Qora tuynuklar va ularning tabiati

5 – rasm.
Aylanayotgan qora tuynukka tushayotgan jism dastlab, qora tuynuk aylanayotgan tomonga o’z harakatini og’diradi, ergosfera chegarasidan o’tadi va asta – sekin gorizontga yaqinlashib keladi. Tashqi kuzatuvchiga tushayotgan jismdan tarqalayotgan yorug’lik ko’proq qizil rangli va intinsivligi pastroq bo’lib ko’rinadi va so’ngra butunlay sunadi. Jism gorizont ostiga o’tib kuzatuvchiga ko’rinmay qoladi. Gorizontda hamma jismlar uning qaysi joyiga tushishidan qat’iy nazar bir xil burchak tezlikka ega bo’ladi.
Hamma jismlar uchun umumiy burchak tezlik _ qora tuynukning gorizontida uning aylanish tezligini bildiradi.
4
  ( 8 )
m s
Bu yerda I – jismning qora tuynukni hosil qilgan impuls momenti, m – massa, s – qora tuynuk gorizontining yuzasi. Qaralayotgan jism qora tuynugining impuls momenti istalagancha katta bo’lmasligi mumkin. I va _max larning mumkin bo’lgan maksimal qiymatlari shu bilan aniqlanadiki, qora tuynuk hosil bo’layotganda jism ekvatori nuqtalarining chiziqli tezligi yorug’lik tezligidan katta bo’lmaydi. _ ning qiymati
c
^max ^ r_g (9)
tartibda bo’ladi. Massasi quyosh massasiga teng bo’lgan qora tuynuk uchun max 105.
Aylanayotgan qora tuynukning gravitatsion tortishi aylanmayotgan qora tuynukka nisbatan bir muncha farq qiladi. Qora tuynuk aylanayotgan tomonga qarama – qarshi harakatlanayotgan zarrachalar unga yaqinlashganda osongina tortiladi. Qora tuynuk aylanayotgan tomonga harakatlanayotgan zarrachalar esa unga yaqinlashganda tortilishi qiyinroq kechadi. Buni qora tunuk atrofidagi vaxrli maydon quyunning harakatiga o’xshab, qora tuynukka yaqin harakatlanuvchi zarrachalarni tezlatib, shu bilan birga maydon vixri aylanayotgan tomonga og’dirib aylantiradi va aksincha, vixrga qarshi harakatlanayotgan zarrachalatni tortib oladi deb tasavvur qilish mumkin.
Misol uchun, maksimal tez aylanayotgan qora tuynukning ekvator tekisligida harakatlanish fotonining ishg’ol etilishini qaraymiz. Qora tuynuk aylanish yo’nalishida harakatlanayotgan foton uchun nishon parametr l l_ishg'ol  rg aylanishga teskari harakatlanayotgan foton uchun nishon r
parametr ko’p marta katta:
l_ishg'ol 4rg ( 10 )
Aylanma orbitalar uchun ham vaziyat o’zgaradi. Aylanmayotgan qora tuynuk uchun keyingi mustahkam orbita 3rg radiusga ega, u bo’yicha harakatlanayotgan zarracha c/2 tezlikka ega bo’ladi va eng muhimi, shu orbitaga tushish uchun, m massali zarracha E 0.06mc² energiyani
(bog’lanish energiyasi) masalan, gravitatsion nurlanish ko’rinishida berishi zarur.
Maksimal tez aylanayotgan tuynuk holida oxirgi doiraviy orbita ergosfera ichkarisida gorizontga yaqin ekvatorial tekislikda yotadi. Biroq bu yerda zarracha faqat qora tuynukning aylanish yo’nalishi bo’ylab harakatlanadi.
Bu orbitasi tushgan zarracha tomonidan ajratilgan energiya juda katta va E 0.42mc² ga teng bo’ladi. Shu vaqtning o’zida tuynuk atropfida teskari yo’nalishda harakatlanayotgan zarrachaning oxirgi mustahkam orbitasi ergosfera tashqarisida yotadi va unga tushgan zarracha E 0.04mc² energiya ajratadi. Aylanayotgan qora tuynukning to’liq massasi uning o’lchamlari (gorizont yuzasi S) va aylanish energiyasi orqali quyidagi ifoda bilan aniqlanadi.

Sc⁴ 4I²

m = 16G₂ ^ _Sc2 (11)
Agar aylanish bo’lmasa (I=0) m qora tuynukning faqat o’lchamlari bilan aniqlanadi. Qora tuynukning mumkin bo’lgan maksimal tez aylanishida ildiz ostidagi birinchi qo’shiluvchi ikkinchisiga teng bo’ladi.
Qora tuynuk ergosferasida uning aylanish energiyasini kamaytirishga olib keluvchi jarayonlar yuz berishi mumkin, ya’ni qora tuynuk energiyasini yo’qotishi mumkin. Xususan, qora tuynukdan uzoqda E₁ energiyaga ega zarracha egosferaga uchib kirayotgan bo’lsa, u ikkita zarrachaga bo’linadi va yemirilish shunday bo’lishi mumkinki, zarrachaning bittasi qora tuynukka qulab tushadi, ikkinchisi esa yemirilish vaqtida o’z energiyasini biroz oshirib shunday orbitaga tushadiki, egosferadan juda katta tezlik bilan uchib chiqib ketadi. Bu tezlik zarrachaning egosferaga uchib kirayotgan vaqtdagi tezligidan ko’p va yemirilish vaqtidagi tezligi o’zgarishidan ko’p marta oshib ketishi mumkin. Natijada uchib chiqayotgan zarrachaning E₂ energiyasi E₁ dan katta bo’ladi. E₂ -E₁ ortiqcha energiya qora tuynukning aylanish energiyasidan olinadi. Qora tuynukning aylanish energiyasi elektromagnit to’lqinlarning undan sochilishi tufayli ham kamayishi mumkin. Sochilgan to’lqin ma’lum sharoitlarda tushayotgan to’lqinlarga nisbatan intensivligi kattaroq bo’lishi mumkin.
Qora tuynukning zarrachaning egosferada yemirilish vaqtida aylanish energiyasini yo’q etishi yemirilish gorizontda yuz berayotganda maksimumga yetadi. Shu vaqtda gorizontning yuzasi o’zgarmaydi. Qolgan hamma hollarda gorizontning yuzasi qora tuynukka yiqilgan zarrachaning energiyasi hisobiga oshadi. Qora tuynuk gorizontining yuzasi qolgan har qanday boshqa holatlarda hech qanday kamaymas ekan ( qora tuynukning ixtiyoriy bug’lanishidan tashqari). Masalan, qora tuynuklar to’qnashishi bittaga birlashishi mumkin. Ularning bir qism energiyasi gravitatsion maydonning nurlanishi tufayli yo’qotiladi. Ammo qora tuynukning hosil bo’lgan gorizontning yuzasi tuynuklarning dastlabki gorizontlari yuzalarining yig’indisidan katta bo’ladi. Boshqa hech qanday ta’sirning ostida ( birlashish va h.k) qora tuynuk yoki undan ortiq bo’lmagan qora tuynuklarga bo’linmaydi.
Qora tuynuklar egosferasida zarrchalar hosil bo’lishining kvant jarayonlari kechishi mumkin. Qora tuynukning kuchli tortishish maydonida vakuum ( eng past energetik holatdagi fizik maydon ) turg’un emas va undan zarracha va antizarrachalar asosan, massaga ega bo’lmagan foton, neytrino, gravitonlar hosil bo’lishi mumkin.
Hosil bo’lgan zarrachalar ergosferadan cheksizlikka uchib ketayotib qora tuynuk energiyasini olib ketadi. Hosil bo’lgan fotonlarning harakterli chastotasi _ kattalik bilan bir xil tartibda bo’ladi. Qora tuynukning aylanish energiyasining yo’qotish tezligi quyidagi
Eayl 2
 (12) t
munosabat bilan aniqlanadi. Eng muhimi vacuum aylanayotgan ham aylanmayotgan qora tuynukning tortishish maydonida turg’un emas. Bu shuni ko’rsatadiki, aylanmayotgan qora tuynukning kvant jarayonlari hisobiga ham energiya yo’qotiladi, hamda uning massasi va o’lchamlari kamayadi.
Aylanmayotgan qora tuynuk harorati T=10¹¹(10¹⁵m/k) bo’lgan mutlaq qora jism kabi nurlanadi, elektromagnit nurlanishning to’la quvvati ^{23 15} j
L =10 (10 /m)