Frozar nazariyasi: Ko'p beriladigan savollar

Umumiy nisbiylik nazariyasida xususiy soatlarning yurish tezligi fazo-vaqt geometriyasiga bog'liq. Statsionar gravitatsion maydonda gravitatsion potensialning chuqurroq qismida joylashgan soatlar uzoqroq hududdagi soatlarga nisbatan sekinroq yuradi. Bu gravitatsion qizil siljishda ham namoyon bo'ladi: kuchli maydondan chiqayotgan yorug'lik chastotasi kamayadi. Frozar nazariyasida kollaps davomida aynan shu sekinlashuvning ortishi moddaning gravitatsion “muzlashi”ga olib keladi.

Berilgan gravitatsion maydondagi ikki soatni taqqoslash ikki teng huquqli inersial kuzatuvchi orasidagi simmetrik kinematik effektga keltirilmaydi. Global sanoq sistemasi va global vaqt belgilanganidan so'ng metrika turli nuqtalardagi xususiy vaqtlar tezliklarining aniq nisbatini belgilaydi. Maydonning chuqurroq qismidagi soatlar uzoqdagi soatlardan muntazam ortda qoladi; kuzatuvchilar o'rnini almashtirish maydon geometriyasini o'zgartirmaydi.

Z. Zakir nazariyasida frozar — umumiy relyativistik kollapsning chegaraviy holati bo'lib, unda modda qatlamlari global vaqtga nisbatan tobora kuchliroq sekinlashadi va o'z gravitatsion chegarasi yaqinida amalda muzlaydi. Sirt bu chegarani hech bir chekli global vaqtda kesib o'tmaydi, shuning uchun fizik obyekt moddiy, nihoyatda ixcham va kuchli qizil siljigan holda qoladi.

Nyutonning qorong'i yulduzi qochish tezligi orqali aniqlanadi: agar u yorug'lik tezligidan oshsa, yorug'lik chiqib keta olmaydi. Standart qora tuynukning relyativistik talqinida hodisalar gorizonti va uning ortidagi soha mavjud. Frozar boshqacha quriladi: kollaps umumiy nisbiylik nazariyasida global tarzda tavsiflanadi va modda global vaqtning har bir chekli onida o'z gravitatsion chegarasidan tashqarida qoladi.

Nazariyaning asosiy talabi — butun tizim holatini global vaqtning bitta va ayni gipersirtida tavsiflash. Kollaps qilayotgan modda gravitatsion chegaraga yaqinlashganda xususiy vaqtning global vaqtga nisbatan yurish koeffitsiyenti nolga intiladi. Shu sababli moddaning bu chegaradan keyingi harakati yulduzning hech bir chekli global vaqtdagi fizik holatiga kirmaydi. Lokal koordinatalardagi davom ettirishlar butun yulduzning bir vaqtdagi global holatini almashtirmaydi.

Qora tuynuk uchun ishlatiladigan ma'noda — yo'q. Frozar nazariyasida modda kesib o'tgach gorizont ortidagi ichki sohaga tushadigan fizik ravishda hosil bo'lgan sirt yo'q. Kollaps qilayotgan modda asimptotik yaqinlashadigan gravitatsion chegara bor va uning yaqinida xususiy vaqt global vaqtga nisbatan amalda to'xtaydi.

Standart Xoking bug'lanishi qora tuynuk gorizontining mavjudligi bilan bog'liq. Frozar nazariyasida bunday hosil bo'lgan gorizont bo'lmagani uchun standart bug'lanish mexanizmi frozarga qo'llanmaydi. Biroq frozar atrofdagi modda va nurlanish bilan akkretsion muhitdagi odatiy fizik mexanizmlar orqali o'zaro ta'sirlashishi mumkin.

Nyuton modelida sferik qobiq o'z gravitatsion maydoni ta'sirida tushadi va bosim bo'lmaganda istalgan chekli radiusdan o'tib siqilishni davom ettirishi mumkin. Bu modelda vaqtning relyativistik gravitatsion sekinlashuvi yo'q.

Sferik qobiq uchun ichki soha bo'sh qoladi, tashqi maydon esa tizimning to'liq massasiga ega sferik-simmetrik metrika bilan tavsiflanadi. Qobiq radiusi kamaygan sari uning xususiy vaqti tashqi sohaning global vaqtiga nisbatan tobora kuchliroq sekinlashadi. Frozar nazariyasi formulirovkasida qobiq gravitatsion chegaraga asimptotik yaqinlashadi va ichi bo'sh frozar hosil qiladi.

Alohida dunyo chizig'ini koordinatalarda davom ettirishning o'zi butun tizimning global holatini belgilamaydi. Frozar nazariyasi qatlamlar va tashqi fazoni bir xil global vaqtda taqqoslashni talab qiladi. Agar koordinatalar almashtirilishi bir vaqtlilik ma'nosini o'zgartirib, turli global onlarga tegishli hodisalarni aralashtirsa, bu qobiq butun holda chekli global vaqtda o'z gravitatsion chegarasi ichiga kirganini isbotlamaydi.

Bu kollaps qilayotgan sferik qobiqning chegaraviy holati: massaning deyarli hammasi gravitatsion chegara yaqinidagi nihoyatda yupqa qatlamda jamlangan, ichki soha esa amalda bo'sh qoladi. Bunday yechim kollapsning global geometriyasini yulduz moddasi murakkabliklaridan ajratish uchun eng sodda model sifatida qulay.

Nyuton manzarasida alohida sferik qatlamlar o'z radiusi ichida joylashgan massa gravitatsiyasi ta'sirida markazga tushadi. Bosim bo'lmaganda markaziy qatlamlar markazga yetadi va zichlik vaqtni muzlatadigan relyativistik mexanizmsiz oshadi.

Yulduz holatlari bir xil global vaqt onida taqqoslanadigan ichma-ich sferik qatlamlar tizimi sifatida qaraladi. Siqilish davomida har bir qatlam uchun xususiy vaqtning gravitatsion sekinlashuvi kuchayadi. Natijada ichki qatlamlar avvalroq muzlay boshlaydi, keyingi qatlamlar esa tobora ixcham ko'p qatlamli tuzilma hosil qiladi. Sirt ham o'z gravitatsion chegarasiga asimptotik yaqinlashadi.

Chunki masala bitta zarra koordinatasining qiymati haqida emas, yulduzning global tuzilishi haqida. Frozar nazariyasi barcha qatlamlarning umumiy bir vaqtlilik gipersirtidagi holatini fizik jihatdan mazmunli deb hisoblaydi. Alohida tushayotgan kuzatuvchi formal sirtni kesib o'tadigan koordinatalar hodisalarni boshqacha tashkil etadi va butun yulduz uni bitta chekli global vaqtda kesib o'tganini ko'rsatmaydi.

Bu juda kuchli siqilgan, ko'p qatlamli va ulkan qizil siljishga ega modda konfiguratsiyasidir. Global vaqtda ichki sohalar kuchliroq va ertaroq, tashqi sohalar esa keyinroq muzlaydi. Uzoq kuzatuvchi obyektni nihoyatda qorong'i va ixcham ko'radi; katta masofalarda uning tashqi maydon xossalari avvalo to'liq massa, zaryad va burchak momenti bilan belgilanadi.

Dinamik va matematik vaqtni farqlash kerak. Massiv yadroning kollapsining asosiy fazasi soniyaning ulushlari yoki bir necha soniya davom etishi mumkin; juda katta gravitatsion sekinlashuvga ega, amalda muzlagan holatdan farqlanmaydigan holat juda tez erishiladi. Ammo global vaqtda $r=r_g$ sirtiga aniq yetish asimptotik bo'lib, hech bir chekli $t$ da sodir bo'lmaydi.

Ha. Aylanish gravitatsion chegaraning geometriyasi va shaklini o'zgartiradi. Frozar nazariyasida aylanish energiyasi tizimning to'liq energiyasiga kiradi va gravitatsion vaqt sekinlashuvini kuchaytiradi. Kollaps vaqtida sirtning aylanishi ham global vaqtga nisbatan sekinlashadi, shuning uchun chegaraviy obyekt fizik ergosferaga ega odatiy Kerr qora tuynugi sifatida talqin qilinmaydi.

Standart Kerr metrikasida bu tushunchalar qora tuynuk geometriyasiga tegishli. Frozar nazariyasida kollaps davomida fizik ergo-soha hosil bo'lishiga yo'l qo'yilmaydi: ekvatorial sohalar bunday ichki soha shakllanishidan oldin muzlaydi. Shu sababli tashqi geometriya aylanayotgan yechimga o'xshashi mumkin, ammo uning fizik talqini va chegaralari boshqacha.

Zaryad tashqi elektromagnit va gravitatsion maydonlarni hamda chegaraviy sirtning o'rnini o'zgartiradi. Sferik-simmetrik modelda oxirgi holatdagi zaryad sirt qatlamida jamlanadi; bunday qatlam ichida elektr maydoni yo'q. Nazariya zaryadlangan frozarni gorizontning ichki sohasi hosil bo'lmaydigan moddiy obyekt sifatida ko'radi.

Frozar nazariyasi terminologiyasida yopishish sodir bo'ladi. Ikki obyekt shunchalik yaqinlashadiki, ularning umumiy global vaqtga nisbatan gravitatsion sekinlashuvi ekstremal bo'ladi va nisbiy harakat amalda muzlaydi. Ikki markazli, keyin ko'p markazli frozar klasteri hosil bo'ladi; u katta masofalarda bitta yanada massiv ixcham obyektga o'xshashi mumkin.

Ha. Kuchli muzlashgacha tizimning o'zgaruvchi kvadrupol va yuqori multipol momentlari mavjud bo'lib, u gravitatsion to'lqinlar chiqaradi. Nazariya qora tuynuk modelidan eng qiziqarli farqlar yaqinlashuvning kech bosqichlarida va ko'p markazli tuzilmaning deyarli statsionar holatga o'tishida namoyon bo'lishini kutadi.

Tushayotgan modda gorizont ortida yo'qolmaydi. U frozar maydonida tobora kuchliroq sekinlashadi, radial yo'nalishda yassilanadi va o'z energiyasini obyektning to'liq massasiga qo'shadi. Agar tushayotgan fragment yetarlicha massiv bo'lsa, sirt va tashqi gravitatsion maydonda vaqtincha lokal notekislik hosil qilishi mumkin.

Prinsip jihatdan modda yo'q qilinmagan va fizik gorizont ortida yashirilmagan, ammo amalda u nihoyatda katta qizil siljish va vaqt sekinlashuvi sohasida qoladi. Uzoq kuzatuvchi uchun bunday moddani chiqarib olish erishib bo'lmaydigan sharoitlarni talab qiladi; shuning uchun gorizontning yo'qligi tushish jarayonining amaliy qaytaruvchanligini anglatmaydi.

Kuzatuvlar yulduz massali va o'ta massiv juda ixcham qorong'i obyektlar mavjudligini ishonchli ko'rsatadi. Standart astrofizikada ular odatda qora tuynuklar sifatida talqin qilinadi. Frozar nazariyasi ayni nomzodlarga boshqa fizik talqin taklif qiladi. Shuning uchun alohida masala — qaysi kuzatuvlar ikki modelni farqlay olishi.

Nomzodlarga rentgen qo'sh tizimlaridagi yulduz massali ixcham obyektlar, gravitatsion to'lqinlar orqali aniqlanadigan obyektlar va galaktika yadrolaridagi o'ta massiv ixcham obyektlar kiradi. Bu frozar nazariyasi doirasidagi tasnif bo'lib, modelning har bir tafsilotining mustaqil kuzatuv isboti emas.

Chegaraviy sirtga yaqinlashgan sari jarayonlar tobora sekinroq, nurlanish esa tobora kuchliroq qizil siljigan va zaifroq ko'rinadi. Modda tashqi kuzatuvchi uchun amalda “muzlaydi”. Real akkretsiyada kuzatiladigan nurlanishning katta qismi bundan oldinroq — issiq diskda, zarba to'lqinlarida va magnit tuzilmalarda hosil bo'ladi.

Bu asosan obyekt massasiga va undan masofaga bog'liq. Yulduz massali frozar sirtiga yaqin joyda gravitatsion maydon gradienti ulkan va yemiruvchi bo'lishi mumkin. O'ta massiv obyekt uchun ayni nisbiy radiusdagi tidal gradient ancha kichik bo'lishi mumkin, biroq ekstremal qizil siljish sohasidan chiqish baribir amalda imkonsiz.

Ixcham obyektlar uchun qo'llanadigan ayni astrofizik usullar majmui bilan: yulduzlar va gaz orbitalari, qo'sh tizimlar dinamikasi, gravitatsion linzalanish, spektroskopiya, parallaks va masofaning boshqa mustaqil shkalalari orqali. Frozar nazariyasi markaziy obyekt talqinini o'zgartiradi, bu asosiy o'lchash usullarini emas.

U faqat sirtning fizik radiusi bilan emas, yorug'lik nurlarining kuchli og'ishi bilan ham belgilanadi. Shu sababli soya sirtdan ancha katta bo'lishi va birinchi yaqinlashuvda ayni massadagi o'ta ixcham obyekt soyasiga masshtab bo'yicha yaqin bo'lishi mumkin. Farqlarni yorqinlikning nozik tuzilishi, assimetriyalar, aylanishga bog'liqlik va akkretsiyalangan moddaning uzoq muddatli tuzilishidan izlash kerak.

Ha, bu nazariyaning xarakterli imkoniyatlaridan biridir. Modda sirt yaqinida qolganligi sababli massiv tushayotgan fragment lokal qalinlashuv va gravitatsion maydon notekisligini hosil qilishi mumkin. Prinsip jihatdan bu soya tuzilishiga va yaqin orbital obyektlar harakatiga ta'sir qilishi mumkin.

Nazariyada ierarxik o'sish mumkin: modda akkretsiyasi, yulduz massali frozarlarning yopishishi va ko'p markazli klasterlarning hosil bo'lishi. Klaster o'sgan sari katta masofalarda uning maydoni umumiy massa va burchak momenti bilan tobora yaxshiroq tavsiflanadi. Bunday obyektlar galaktika yadrolari shakllanib va evolyutsiyalanib boradigan massiv markazlar bo'lishi mumkin.

Agar ixcham frozarlar ilk bosqichlarda paydo bo'lgan bo'lsa, ular atrofdagi moddani akkretsiya qilishi va bir-biriga yopishib, yanada massiv klasterlar hosil qilishi mumkin edi. Komponentlar umumiy gorizont ortida yo'qolib ketadigan ssenariydan farqli ravishda, nazariya ko'p markazli moddiy tuzilma tasavvurini saqlaydi, garchi katta masofalarda u bitta maydon manbai kabi ko'rinishi mumkin.

Nazariya doirasida gorizont orqali standart bug'lanish yo'q. Izolyatsiyalangan frozar uzoq yashovchi gravitatsion muzlagan obyekt hisoblanadi. Uning keyingi evolyutsiyasi akkretsiya, boshqa ixcham obyektlar bilan o'zaro ta'sir, atrofdagi modda nurlanishi va gravitatsion to'lqinlar orqali energiya yo'qotishi, shuningdek chegaraviy zichliklardagi modda fizikasi bilan belgilanadi.

Faqat tashqi massaga emas, balki moddiy sirtning mavjudligi va uning tarixiga sezgir kuzatuvlar eng axborotlidir: yuqori dinamik diapazonli soya tasvirlari, akkretsiyadan keyin saqlanadigan lokal notekisliklar, yopishish paytidagi gravitatsion-to'lqin signalining kech bosqichlari, shuningdek aylanish va chegaraviy sirt shakli effektlari. Vazifa — gorizontli va gorizontsiz modellar bilan bir xil tarzda tushuntirib bo'lmaydigan belgilarni topish.