Mokslas ir IT

2020.10.12 22:10

Kaip buvo atrasti vieni mįslingiausių objektų visatoje – juodosios skylės

VU Fizikos fakulteto Teorinės fizikos ir astronomijos instituto profesorė Gražina Tautvaišienė, LRT.lt2020.10.12 22:10

2020 m. Nobelio fizikos premija skirta juodųjų skylių, kurios yra vieni mįslingiausių objektų Visatoje, tyrėjams, matematinės fizikos teoretikui Rodžeriui Penrouzui ir stebimosios astronomijos atstovams Reihardui Genzeliui bei Andrėjai Ghez. Premija paskirta už tai, kad buvo nustatyta, jog Alberto Einšteino bendroji reliatyvumo teorija, aprašanti gravitaciją, yra suderinama su juodųjų skylių susidarymu, taip pat už tai, kad mūsų galaktikos centre buvo aptiktas supermasyvus kompaktiškas objektas, kuris, ekspertų nuomone, yra juodoji skylė.

Tekstas publikuojamas tinklalapyje „VU naujienos“.

Atradimo ištakos siekia XVIII amžių

Jei Nobelio premija būtų skiriama ne tik gyviems mokslininkams, tokio apdovanojimo tikriausiai būtų nusipelnę ir pirmieji mokslininkai, dar XVIII a. aptarę tamsių objektų, nepajėgiančių skleisti jokių spindulių, egzistavimo galimybę. 1783 m. Anglijos astronomas ir kunigas Džonas Mičelas ir 1796–1799 m. darbus skelbęs Prancūzijos matematikas, astronomas ir fizikas Pjeras Simonas Laplasas svarstė, kad tokie objektai galėtų egzistuoti.

D. Mičelas apskaičiavo, kad jei Saulės tankio žvaigždė būtų 500 kartų didesnė, jos gravitacinė jėga būtų tokia stipri, kad šviesa žvaigždėje būtų įstrigusi ir negalėtų išsprūsti. 1799 m. P. S. Laplasas paskelbė matematinį traktatą, kuriame įvertino, kad 250 kartų didesnė ir keturis kartus už Saulę tankesnė žvaigždė dėl didelės gravitacinės traukos taip pat negalėtų spinduliuoti.

Objektai, kuriuos apmąstė D. Mičelas ir P. S. Laplasas, dabar yra klasifikuojami kaip supermasyvios juodosios skylės, kurių masės yra tarp kompaktiško 4 mln. Saulės masių objekto, esančio mūsų galaktikos centre, šių metų Nobelio premijos objekto, ir dar masyvesnės, 6,5 mlrd. Saulės masių juodosios skylės, atrastos panaudojant pasaulinį „Event Horizon“ radijo teleskopų tinklą, M87 galaktikos centre. Šie mokslininkai ne tik pirmieji iškėlė hipotezę apie juodųjų skylių egzistavimą, bet ir numanė, kad pro tokius objektus praskriejantys kiti dangaus kūnai dėl gravitacinės traukos galėtų išduoti šių monstrų egzistavimą. Būtent tokie eksperimentiniai įrodymai šiemet irgi buvo įvertinti Nobelio premija.

Nepaisant šių ir daugelio kitų darbų, A. Einšteinas, bendrosios reliatyvumo teorijos – Visatos fizikinio pažinimo pagrindų – autorius, 1939 m. rašė netikintis, kad juodosios skylės realioje tikrovėje egzistuoja. Tačiau 1965 m. paskelbtas R. Penrouzo darbas, paremtas novatoriškais matematinės fizikos metodais, įrodė, kad juodųjų skylių susidarymas yra suderinamas su bendrąja A. Einšteino reliatyvumo teorija. Jei A. Einšteinas tuo metu dar būtų buvęs gyvas, tikrai būtų buvęs maloniai nustebintas.

Daugelis po 2020 m. Nobelio premijos paskelbimo tikriausiai susimąstė, kodėl teko 55 metus laukti Nobelio premijos už darbą, kuris po A. Einšteino laikomas svarbiausiu įnašu į bendrąją reliatyvumo teoriją. Mokslininkas, kuriam netrukus sukaks 90 metų, galėjo šio įvertinimo ir nesulaukti, tačiau jis pats žvelgia į tai su humoru. Pasak jo, laimėti Nobelio premiją ne per anksti yra gerai, kitaip laimėjimas trukdytų tolimesniam darbui.

Aptikta juodoji skylė

Kiti du premijos laureatai, Reinhardas Genzelis ir Andrea Ghez, buvo pagerbti už 1990 m. pradėtus ir iki šiol plėtojamus eksperimentinius darbus, kurių metu, stebint arti mūsų Paukščių Tako galaktikos centro esančių žvaigždžių judėjimą, buvo įrodyta, kad mūsų galaktikos centre yra supermasyvus objektas, ekspertų nuomone, galintis būti tik juodoji skylė. Manoma, kad šios juodosios skylės, žinomos kaip Šaulio A*, masė yra lygi maždaug 4 mln. Saulės masių, o skersmuo – 24,2 mln. km.

Šie eksperimentiniai darbai yra itin sudėtingi. Arti galaktikos centro skriejančias žvaigždes uždengia tankūs dulkių ir dujų debesys bei visos kitos tarp mūsų ir galaktikos centro skriejančios žvaigždės. Galaktikos centrą nuo mūsų skiria 26 tūkst. šviesmečių. Vis dėlto galaktikos centre esančias žvaigždes galima pamatyti infraraudonųjų spindulių ir radijo bangų srityse.

Pasinaudoję infraraudonųjų spindulių ir radijo bangų teleskopų stebėjimais R. Genzelis ir A. Ghez tyrė kelių dešimčių galaktikos centriniame telkinyje esančių žvaigždžių orbitas ir pateikė svarių įrodymų, kad jos skrieja apie supermasyvų objektą, labiausiai tikėtina – juodąją skylę. Viena iš tirtųjų žvaigždžių S2 šią juodąją skylę apskrieja per mažiau nei 16 metų, tad stebėjimų rezultatai yra gerai patikrinti. Arčiausiai galaktikos centro žvaigždė S2 praskriejo 2002–2018 m. Tuo metu jos greitis siekė 7000 km/s ir atstumas iki juodosios skylės buvo 17 šviesvalandžių, t. y. truputį daugiau nei 18 mlrd. km.

R. Genzelis ir A. Ghez kartu su savo vadovaujamų grupių mokslininkais kūrė ir tobulino tyrimų metodus bei instrumentus ir atliko pagarbos vertus ilgalaikius tyrimus. Iš pradžių R. Genzelis ir jo grupė naudojo naujųjų technologijų teleskopą (New Technology Telescope) ant La Siljos kalno Čilėje, vėliau – labai didelį teleskopą (Very Large Telescope) ant Paranalo kalno taip pat Čilėje. Tuo tarpu A. Ghez vadovaujama amerikiečių grupė stebėjimus atliko su dviem Kecko observatorijos teleskopais, esančiais Havajuose ant Mauna Kea kalno, JAV.

R. Genzelis yra vokiečių astrofizikas, Makso Planko nežemiškos fizikos instituto direktorius, o A. Ghez yra amerikietė, dirbanti Kalifornijos universiteto Fizikos ir astronomijos katedroje Los Andžele. A. Ghez – tik ketvirta moteris, apdovanota Nobelio fizikos premija.

Naujausi premijų verti atradimai

Pastarosiomis dienomis pasaulio astronomų dėmesio susilaukė ne tik Nobelio premijos įteikimas – šie atradimai buvo žinomi jau daugelį metų. Spalio pradžioje mokslininkų grupė aptiko tokią galingą juodąją skylę, kuri pajėgia savo gravitaciniame lauke išlaikyti ir traukti net šešias galaktikas. Šį atradimą paskelbė Italijos astronomas M. Mignolis su kolegomis, atlikę modeliavimus pagal stebėjimus, gautus su labai dideliu Europos pietinės observatorijos teleskopu Čilėje. Daug atradimų pastaruoju metu padaroma ir stebint juodųjų skylių susiliejimus.

Nobelio premija – tai tik vienas iš daugelio mokslinių darbų įvertinimo būdų. Galima sakyti, kad tyrimai, kuriems yra skiriama dešimtys milijardų eurų, kaip, pvz., Džeimso Vebo kosminio teleskopo kūrimas, įvertinami dar didesnėmis premijomis ir turi didelę reikšmę mokslui. Mano nuomone, premijos paskatina ir įkvepia, bet mokslininkams svarbiausia, kad darbas būtų įdomus.

Populiariausi