Gravitacinis spindulys (angl. Gravitational radius) – spindulys, kurį turėtų masės m materialus kūnas, jei iš jo dėl gravitacijos poveikio negalėtų sklisti elektromagnetiniai spinduliai: RS=2Gm/c2, čia G – gravitacijos konstanta, c – šviesos greitis.
Jei Saulės masė būtų sutelkta gravitacinio spindulio (~3 km) tūryje, tai Žemės stebėtojas jos nematytų. Gravitacinio spindulio sferos viduje esantis kūnas tampa juodąja bedugne.
Masės sutelkimas ir šviesos greičio riba
Ši sąvoka, dar žinoma kaip Švarcšildo spindulys, apibrėžia kritinį tankį, kurį pasiekus kūno gravitacinė trauka tampa tokia stipri, kad antrosios kosminės (pabėgimo) greitis viršija šviesos greitį. Tai reiškia, kad jokia informacija, fotonas ar materijos dalelė negali kirsti šios ribos iš vidaus į išorę.
Teoriškai bet koks objektas – nuo mikroskopinės dalelės iki planetos – gali tapti juodąja bedugne, jei jį pavyktų suspausti iki jo gravitacinio spindulio.
Pavyzdžiui, mūsų Žemė virstų juodąja bedugne, jei visą jos masę pavyktų sukoncentruoti į sferą, kurios spindulys siektų vos apie 9 milimetrus.
Įvykių horizontas ir erdvėlaikio iškraipymas
Gravitacinis spindulys tiesiogiai apibrėžia sferinį paviršių, vadinamą įvykių horizontu. Tai yra „negrįžtamo taško“ riba erdvėlaikyje. Pasak bendrosios santykinumo teorijos, pasiekus šį atstumą, laiko ir erdvės savybės susikeičia. O pati erdvėlaikio geometrija tampa tokia iškreipta, kad visi keliai veda tik į centrą – singuliarumą.
Stebėtojui iš šalies objektas, artėjantis prie gravitacinio spindulio, atrodytų vis labiau raudonuojantis (dėl gravitacinio raudonojo poslinkio) ir judantis vis lėčiau, kol galiausiai ties pačia riba jis sustotų ir išnyktų.
Esminiai faktai apie gravitacinį spindulį
Suvokimas apie šį parametrą leidžia fizikams klasifikuoti dangaus kūnus ir prognozuoti jų evoliuciją:
- Proporcingumas masei: Gravitacinis spindulys tiesiogiai priklauso nuo kūno masės. Dvigubai masyvesnis objektas turės dvigubai didesnį gravitacinį spindulį.
- Kritinis tankis: Mažėjant objekto masei, tankis, kurio reikia juodajai bedugnei suformuoti, auga eksponentiškai. Milžiniškos juodosios skylės gali turėti mažesnį vidutinį tankį nei vanduo.
- Nematomumo zonos: Už šios ribos esantys procesai yra visiškai paslėpti nuo išorinės Visatos, todėl įvykių horizontas yra fizikinio pažinimo riba.
- Žvaigždžių kolapsas: Tik pačios masyviausios žvaigždės savo gyvenimo pabaigoje gali natūraliai susitraukti iki savo gravitacinio spindulio ir tapti bedugnėmis.
Pabaigai
Gravitacinio spindulio koncepcija padeda mokslininkams nustatyti egzotiškų objektų prigimtį. Matuojant aplink nematomą centrą skriejančių žvaigždžių greičius, galima apskaičiuoti to centro masę ir nustatyti, ar tas objektas yra mažesnis už savo gravitacinį spindulį.
Šie skaičiavimai buvo kritiškai svarbūs nuotraukų fiksavimui iš M87* ir Paukščių Tako centro, kurias padarė Įvykių horizonto teleskopas (EHT).
Tai leido pirmą kartą vizualiai patvirtinti, kad materija iš tiesų kaupiasi ties paties gravitacinio spindulio riba, suformuodama ryškų akrecijos diską prieš išnykstant juodojoje bedugnėje.
