1-qism. U yerda tuynuk! Olimlar Somon yo‘li markazida nimani ko‘rdi? to’liq malumot oling

Yarim asr muqaddam astronomlar galaktika markazida katta qora tuynuk borligini ilk marta taxmin qilgan edi. Ushbu versiyani qoʻllab-quvvatlovchi koʻplab maʼlumotlar bor, hatto bu ixcham va oʻzidan nur taratmaydigan obyektning ogʻirligi ham hisoblab chiqilgan. Ammo yaqindagina, 2022-yil 12-may kuni biz Somon yoʻlining qoq markazidagi zulmatni koʻrishga muvaffaq boʻldik. Maks Plank jamiyati radioastronomiya instituti va FIAN Astrokosmik markazi xodimi Mixail Lisakov olimlarning bu tasvirni qanday qoʻlga kiritgani va unda nimalarni koʻrgani haqida soʻzlab beradi.

Hodisalar gorizonti teleskopi (Event Horizon Telescope, EHT) 300 dan ortiq olim va oʻnlab radioobservatoriyalardan iborat boʻlib, ular bitta global tarmoqqa birlashgan tizimdir hamda bitta ulkan radioteleskop sifatida ishlaydi. Uning vazifasi, nomidan koʻrinib turganidek, katta qora tuynuklarni imkon qadar batafsil oʻrganish, burchak oʻlchamlari bilan ularda sodir boʻladigan voqealar manzarasini koʻrishdan iborat.

EHT oʻzining birinchi natijasini 2019-yilda taqdim etdi. Oʻshanda u M87 galaktikasi markazidagi qora tuynuk soyasini suratga oldi (biz bu haqda “Ufq ortidan nazar” maqolasida suhbatlashgan edik). Biroq bu tasvirni yaratish uchun zarur boʻlgan maʼlumotlarni astronomlar 2017-yilning bahorida olgan edi. Maʼlumotlarni kalibrlash, modellarni va tasvirlashning yangi usullarini ishlab chiqish uchun ikki yil kerak boʻldi.

Somon yoʻli markazidagi oʻta massiv qora tuynuk Oʻqotar A yulduzi soyasini tasvirlash uchun maʼlumotlar 2017-yil aprel oyida hamkorlikda toʻplangan edi. Nega olimlarga buni qayta ishlash uchun yana uch yil kerak boʻldi?

M87 va Somon yoʻlidagi supermassiv qora tuynuklar bir-biridan qanday farq qiladi?

EHT 2019-yilda namoyish etgan supermassiv qora tuynuk gigant boʻlib, bizga maʼlum boʻlgan eng katta qora tuynuklardan biridir. Uning ogʻirligi Quyoshnikidan 6,5 milliard marta koʻp. Uning uyi Yerdan 55 million yorugʻlik yili uzoqlikdagi, Parizod yulduz markazida joylashgan, ulkan elliptik galaktika boʻlmish Parizod A dir (Messier 87). M87’dagi qora tuynuk akkretsiya diski bilan oʻralgan va relativistik oqimlarni — yorugʻlik tezligiga yaqin tezlikda harakatlanadigan, zaryadlangan zarrachalar oqimini ishlab chiqaradi. M87’dagi nurlanishlar butun elektromagnit spektrda aniq koʻrinib turadi.

Chandra rentgen kosmik teleskopi tomonidan kuzatilgan M87 galaktikasining markazidagi qora tuynuk nurlari / NASA

Bizning qora tuynugimiz boʻlmish Oʻqotar A (Sagittarius A) ancha sodda boʻlib, koinotda bunday qora tuynuklar juda koʻp. U bizga ancha yaqinroqda joylashgan, masofa 27 ming yorugʻlik yili masofasidan iborat va ogʻirligi M87 qora tuynugidan uch baravar kichikroq — taxminan 4 million quyosh ogʻirligiga teng. Oʻqotar A’da materiyaning toʻplanish tezligi ham ancha past va u nur chiqarishi haqida hech qanday dalillar yoʻq.

Ammo u bizga eng yaqin masofada joylashgan. 1990-yillarda biz uning ogʻirligini aniqlashga muvaffaq boʻldik. Astronomlar tomonidan SgrA atrofida harakatlanuvchi yulduzlarning orbitalari oʻrganildi va bu orbitalar xususiyatlari boʻyicha ogʻirlik hisoblandi. Shu bilan birga, ikki xil teleskopda mustaqil ravishda olingan ikki guruhning natijalari yuqori aniqlik bilan birlashtirildi. 2020-yilda ushbu ish uchun fizika boʻyicha Nobel mukofoti berildi.

M87 markazidagi qora tuynuk SgrAʼdan ming marta ogʻirroq, lekin undan ming marta uzoqroq ham. Qora tuynuk hodisa gorizontining oʻlchami uning ogʻirliga toʻgʻridan toʻgʻri, osmondagi burchak oʻlchami esa uning masofasiga teskari proporsional boʻlgani sababli har ikkala qora tuynukning soya tasvirlari taxminan bir xil oʻlchamda koʻrinadi. Ammo SgrAʼni suratga olish ancha qiyinroq boʻlib chiqdi.

Birinchidan, biz Somon yoʻli diskining tekisligida joylashganmiz va uning markaziga nurlanishlar yoʻlida joylashgan zich gaz va chang bulutlari orqali qarashimiz kerak.

Ushbu bulutlar orqali oʻtayotganda radiatsiya susayadi va tasvir yanada xiralashadi. Bu hodisa Rossiyaning “Radioastron” teleskopi tomonidan aniqlangan tarqalish nuqtasining pastki tuzilmalarini paydo qiladi (bu haqda “Radioastron besh yoshda” materialida oʻqing). Yakuniy tasvirni yaratishda ham nurning yutilish, ham radiatsiya buzilishini hisobga olish kerak. Bu taʼsirlar nazariy jihatdan oldinroq bashorat qilingan, ammo boshqa koʻpchilik faol galaktik yadrolar uchun ular kichikdir va amalda deyarli hisobga olinmaydi. Shu tufayli EHT birlashmasi oxir-oqibat aniq tasvirlarni olish uchun bunday buzilishlarni hisobga olish usullarini ishlab chiqishi kerak boʻldi.

Ikkinchidan, SgrA M87’dan kichik boʻlgani uchun undagi barcha jarayonlar tezroq kechadi.

“M87 uchun voqea gorizontining oʻlchami taxminan bir yarim yorugʻlik kunini tashkil qiladi va shuning uchun bu miqyosda uning surati juda sekin oʻzgaradi. Agar siz M87 qora tuynugini oddiy kamera bilan suratga olsangiz, bu kamera obyektivini sakkiz, toʻqqiz soat davomida ochiq saqlashingiz mumkinligini anglatadi. Ushbu vaqt ichida tasvir deyarli oʻzgarmaydi va siz ushbu davrda toʻplangan barcha maʼlumotlardan bitta manzarani yaratish uchun bemalol foydalanishingiz mumkin”, — deb tushuntiradi ASC FIAN xodimi Yuriy Kovalyev N+1 nashriga bergan intervyusida.

“Galaktikamiz markazidagi qora tuynuk bilan bogʻliq vaziyat esa butunlay boshqacha, unda tasvirlar tezroq oʻzgaradi va mana shu hodisa bizning hamkasblarimizga uzoq vaqt kerak boʻlganining asosiy sababidir”.

“SgrA soyasining oʻlchami taxminan oʻn yorugʻlik daqiqasini tashkil qiladi, yaʼni bir necha oʻn daqiqada plazma va gazning harakati tasvirni oʻzgartiradi. Teleskop bunday tasvirni olishga ulgurmaydi”, — deydi u.

Odatda EHT yordamida bitta obyektni kuzatish sessiyasi 10–12 soat davom etadi, ammo bir soat ichida SgrA atrofidagi halqaning tuzilishi butunlay oʻzgarib ketishi mumkin. Shunday qilib, radio astronomlar jumboqning juda koʻp qismlarini olgani maʼlum boʻldi, ammo ularning barchasi turli xil rasmlarga tegishli edi. Chunki olimlar bu qismlarni olishi bilan tasvir oʻzgargan.

Ularni bitta tasvirga yigʻish uchun besh yil kerak boʻldi.

“Mutaxassislar juda koʻp sonli modellarni yaratdi va kuzatuv maʼlumotlarining kichik qismlari turli modellar tomonidan berilgan natijalar bilan solishtirildi va qaysi toifadagi modellar maʼlumotlarga eng mos kelishini aniqlashga harakat qilindi. Ular toʻrtta model klasterini, eng yaxshisiga toʻgʻri keladigan toʻrt turdagi tasvirlarni topdi”, — deydi Kovalyev.

Yakuniy manzara va toʻrtta klasterdan toʻrtta tasvir. Chiziqli diagrammalar har bir klasterning yakuniy tasvirga qoʻshgan hissasini koʻrsatadi / ESA

Ushbu toʻrtta klasterdan yakuniy tasvir ishlab chiqilgan.

Agar EHT 100 ta teleskopdan iborat boʻlsa, SgrA oʻzgaruvchanligi muammo boʻlmasdi. Olimlar har 10 daqiqada yuqori sifatli tasvirlarni olishi va bir kuzatish sessiyasida qora tuynuk qanday yashashi va oʻzgarishi haqida butun boshli film suratga olishi mumkin edi.

Ammo EHTʼda 2017-yilda bor-yoʻgʻi sakkizta teleskop bor edi va sifatli tasvirni yaratish uchun Yerning aylanishidan foydalanish kerak boʻldi. Uning yordamida har bir teleskop juftligi asosining proyeksiyasi vaqt oʻtishi bilan oʻzgaradi, shuning uchun bitta kuzatishda oʻlchangan turli burchakli shkalalar soni, manzara oʻzgarmasligi sharti bilan tasvirlash uchun yetarli. Maʼlumki, SgrA uchun bunday tabiat xos emas.

Kelajakdagi kuzatuvlarda EHTʼdagi teleskoplar sonini koʻpaytirish orqali qora tuynuk atrofidagi materiyaning xatti-harakati haqida chindan ham video suratga olish mumkin boʻladi. Bu nafaqat qora tuynukning parametrlarini aniqlashtirishga, balki toʻplangan plazma fizikasini yaxshiroq tushunishga imkon beradi.

Syurpriz nimada?

M87 misolida boʻlgani kabi bizning galaktikamiz markazining tasviri oʻrtada — qorongʻi zonada ega yorqin halqaga oʻxshaydi. Qora tuynuklarning oʻzi nurlanmaydi, lekin ularning ustiga tushgan materiya qiziydi va yorqin nur taratadi. Bunday holda qora tuynukning tortishish kuchi, xuddi linza kabi atrofdagi gazning nurlanishini faqat sindirish koʻrsatkichlari farqiga emas, balki foton trayektoriyalarining tortishish egriligiga bogʻliq.

M87 va Somon yoʻlining markazida biz koʻrgan “teshikkulchalar” nisbiy tezlikka qadar tezlashtirilgan zaryadlangan zarralar tomonidan chiqariladigan radio emissiyasini hosil qiladi.

“Radio diapazonida nurlanishni qabul qilish uchun zaryadlangan zarralarni yorugʻlik tezligiga yaqin tezlikka qadar tezlashtirish kerak. Biz magnit maydonda tezlashtirilgan zarrachalardan hosil boʻlgan fotonlarni koʻramiz. Bundan tashqari, qora tuynuk tutib olmagan fotonlarni ham koʻrishimiz mumkin, lekin ular tuynuk taʼsir qilgan harakat yoʻnalishi boʻylab harakatlanadi. Qora tuynuk atrofini bir marta, hatto ikki marta aylanib chiqqan fotonlar ham bor”, — deb tushuntiradi Kovalyev.

Qora tuynuk atrofida bir yoki ikki marta aylangan fotonlar bizga yupqa porlayotgan foton halqasi kabi koʻrinadi. Buni Devid Gilbert 1916-yilda, Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi nashr etilgandan soʻng bashorat qilgan edi.

“Biz koʻrgan narsa bu — foton halqasi va qora tuynuk tomonidan linzalangan boshqa materiya nurlanishi. Bularning barchasi teleskopning ideal boʻlmagan burchak oʻlchamlari tufayli xiralashib koʻrinadi”, — deydi Kovalyev.

Ammo markazdagi qorongʻi nuqta biz koʻra olmaydigan tasvirdir. Bu hududdagi barcha fotonlar qora tuynuk changalidan qochib qutula olmagan va hodisalar gorizonti ostiga tushgan.

Maqolaning 2-qismini bu yerda o‘qing → sinaps.uz/maqola/13041

Muallif: Mixail Lisakov. Ushbu maqola nplus1.ru saytidagi “Там дыра. Что астрономы увидели в центре Млечного Пути” nomli maqolaning tarjimasi.
Muqova surat: Tumanlik modellari (chapda) va Hubble teleskopidan olingan tasvirlar (oʻngda). Rayan Klermont va boshqalar / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society jurnali, 2022-yil