Gravitatsion to‘lqinlar bu olamda oltin qayerdan paydo bo‘lishi sirini ochib berdi.

Oltin olma duo ol… yoxud Koinot ismli alkimyogarning hunarlari haqida…

Xalqimizda ajoyib bir maqol bor: «Oltin olma duo ol…» deyishadi. Biz hozir falsafaga yo‘grilgan odobnoma darsi o‘tmoqchi emasmiz. Shunchaki, Koinotda oltin aslida qayerdan olinishini ilmiy isbotlangani haqida ma’lumot bermoqchimiz .

Xabaringiz bor, 2016-yilda gravitatsion to‘lqinlarni qayd etgani bilan dunyoga tanilgan LIGO rasadxonasi olimlari fizika bo‘yicha Nobel-2017 mukofotiga loyiq ko‘rildilar. Aslida, o‘sha 2016-yilgi kashfiyot, ya’ni, gravitatsion to‘lqinlarning aniqlanishi shunchaki ularning mavjudligini tasdiqlashdangina iborat emasdi. Balki, uning ahamiyatini yanada oshiradigan jihat ham borki, u ham bo‘lsa, LIGO rasadxonasi, astronomiyada mutlaqo yangi yo‘nalish — gravitatsiya to‘lqinlari vositasida Koinotni kuzatish usulini ham ochib bergani bo‘lgan. Ya’ni, mazkur rasadxona olimlari, Koinotdagi favqulodda yirik obyektlarning, masalan, qora tuynuklar, yoki, neytron yulduzlarning to‘qnashishi natijasida, butun Koinot bo‘ylab yoyilgan fazo-vaqt kontinuumining (zamon-makon uyg‘unligining) tebranishlarini «eshitish»ga muvaffaq bo‘lishdi.

Lekin bu — maqsadning bir qismi edi xolos. Olimlar, gravitatsion to‘lqinlarni kuzatish natijalarini, boshqa oddiy teleskoplar bilan olingan kuzatuv natijalari bilan uyg‘unlashtirib, ulardan olingan ma’lumotlarni o‘zaro taqqoslashlari va bir-birini to‘ldiradigan qaydlarni topishlari mumkin edi. Shunday bo‘lib chiqdi ham.

Fizika sohasida mashhur oynoma jurnal bo‘lmish «Physical Review Letters«ning 2017-yil oktyabr sonida, LIGO rasadxonasi olimlarining jamoaviy muallifligida e’lon qilingan bir sensatsion maqola chop etildi. Maqolada ma’lum qilinishicha, yangi kuzatuvlar orqali, olimlar ikkita neytron yulduzning to‘qnashishidan hosil bo‘lgan gravitatsion to‘lqinlarni qayd etish bilan birga, ushbu yulduzlarning to‘qnashuv koordinatalarini ham aniq belgilay olishgan. Bu esa, jarayonni shunchaki qayd etish bilan cheklanmasdan, aksincha, uni oddiy va elektromagnit teleskoplar orqali ko‘rish imkonini ham berdi. Ya’ni, astrofiziklar bu safar, gravitatsiya to‘lqinlarini ham «eshitib» va ham ko‘rishga muvaffaq bo‘lishgan. Ta’kidlash joizki, ushbu kabi, Koinotdagi hodisani har tomonlama to‘liq qayd etilishi holatlari astrofizikada kamdan-kam uchraydi.

Har kimning o‘z nuqtai nazari, o‘z tarixi…

Gravitatsiya to‘lqinlari olimlarga Koinotda to‘qnashayotgan (yoki, allaqachon to‘qnashib ketgan) o‘ta massiv yirik obyektlarning o‘lchamlarini va ulardan bizgacha bo‘lgan masofalarni aniqlash imkonini beradi. Keyin esa, gravitatsiya to‘lqinlari orqali olingan ma’lumotlardagi yetishmayotgan qismlarni to‘ldirish uchun, oddiy va elektromagnit teleskoplar orqali olingan kuzatish natijalari ham tekshiriladi. Natijada, o‘sha olis Koinotda to‘qnashgan yirik obyektlarning nimada tuzilgan bo‘lganligi va to‘qnashuv oqibatida qanday kimyoviy elementlar paydo bo‘lganini bilib olinadi. Biz ko‘rib chiqayotgan holatda esa, Koinotda ikkita o‘ta yirik massali neytron yulduzning to‘qnashishi natijasida og‘ir atomli kimyoviy elementlar — oltin, platina va uran hosil bo‘lgani ma’lum bo‘ldi. Albatta, bu kabi to‘qnashuvlar natijasida ushbu elementlar shakllanishini olimlar avvaldan taxmin qilishgan edi. Lekin, shunchaki taxmin boshqa narsa. Mana endi gravitatsiya to‘lqinlari yordamida ushbu taxminlarning haqiqat ekani isbotlandi. Aytish mumkinki, olimlar gravitatsiya to‘lqinlari vositasida Koinotning qanday mohir «alkimyogar» ekaniga shaxsan guvoh bo‘lishdi.

Xaritada × bilan belgilangan koordinata.

2017-yilning 17-avgust sanasining tongida, aniqrog‘i, soat ertalabki 8^-41 da LIGO rasadxonasi sezgir asboblari, Yer sayyorasi orqali o‘tib ketayotgan gravitatsiya to‘lqinlarini qayd etdi. LIGO — Amerikaning Luiziana va Vashington shtatlarida qurilgan va tashqi ko‘rinishida L harfini eslatadigan ikkita o‘zaro bog‘liq rasadxonalardir. Ular zamon-makon uyg‘unligining mavjlanishini, ya’ni, Koinot matosining cho‘zilib-torayishini, ilmiy til bilan aytganda esa, gravitatsion to‘lqinlarni aniqlash vazifasini bajaradi.

So‘nggi ikki yil ichida LIGO rasadxonasi, qadim o‘tmishda sodir bo‘lgan ikkita qora tuynuk to‘qnashuvidan yuzaga kelgan gravitatsiya to‘lqinlarini qayd etishga muvaffaq bo‘lgan edi. Ushbu ish uchun, mazkur rasadxona olimlari 2017-yilgi fizika bo‘yicha Nobel mukofotiga ham loyiq ko‘rilganlar. Biroq, 2017-yilning 17-avgustida qayd etilgan to‘lqinlar mutlaqo boshqacha xarakterda edi. Ya’ni, bu safar to‘lqinlar ancha kuchli bo‘lib, taxminan 100 soniya mobaynida qayd etildi. Qora tuynuklar to‘qnashuvidan keladigan gravitatsiya to‘lqinlari atiga bir necha sekund davom etadi xolos. Bundan olimlar shunday xulosa qilishdiki, bu safargi to‘qnashuv, Yerga yaqin atrofdagi Koinotda sodir bo‘lgan va sodir bo‘lganiga hali ko‘p vaqt o‘tmagan.

LIGO rasadxonasi gravitatsiya to‘lqinlarini qayd etishi bilanoq, avtomatik ravishda, butun dunyodagi LIGO hamjamiyati a’zolariga elektron xabar yuboradi. Shunda, sayyoramiz bo‘ylab joylashgan o‘nlab boshqa rasadxonalar va laboratoriyalardagi olimlar ham ushbu to‘lqinlarni qayd etishga urinib ko‘rishadi. Bu safargi tongi xabarnoma tarqalishi bilan, birinchi bo‘lib qo‘yilgan tashxis shu bo‘ldiki, qayd qilinayotgan kuchli signal qora tuynuklarning to‘qnashuvi natijasi emas, balki, juda katta zichlikka esa massiv obyektlarning — neytron yulduzlarning to‘qnashuvi oqibati bo‘lishi mumkin edi. Og‘ir kimyoviy elementlar ayna shunday yulduzlar to‘qnashishidan keyin vujudga keladi deb taxmin qilinadi.

LIGO qora tuynuklarning to‘qnashuvini aniqlaganda, osmonda baribir hech nimani ko‘rib bo‘lmaydi. Chunki, o‘z nomiga ko‘ra, qora tuynuklar bu — qora obyektlar bo‘lib, o‘zidan hech qanday axborot chiqarmaydi. Lekin, neytron yulduzlar to‘qnashganda esa, manzara zavq beruvchi mushakbozlikka o‘xshab tomosha qilishga arzigulik o‘ta yorqin chaqnashlarni keltirib chiqarishi lozim.

Haqiqatan ham shunday bo‘ldi. LIGO rasadxonasida gravitatsiya to‘lqinlari qayd etilishidan atiga ikki soniya o‘tib, NASAning Fermi nomli samoviy teleskopi osmonning muayyan qismida o‘ta kuchli gamma-chaqnashini qayd etdi. Gamma-chaqnashi — Koinotda sodir bo‘ladigan eng kuchli portlash ko‘rinishlaridan biri bo‘lib, o‘ta katta quvvatli energiyaning butun Koinotga sochilishi va o‘ta yorqin yorug‘lik paydo bo‘lishi bilan kechadi. LIGO ning gravitatsiya to‘lqinlarni qayd etishi va ikki soniyadan keyin Fermi kuchli gamma chaqnashini kuzatishi shunchaki tasodif emasligi aniq edi.

Jarayon juda tez sodir bo‘ladi. Odatda, kuzatilgan gamma-chaqnash juda tez xiralashadi va ko‘zdan g‘oyib bo‘ladi. Shu sababli, bunday paytda vaqt g‘animat, har bir daqiqa hisobli bo‘lib qoladi. Shu sababli ham, olimlar juda shoshilishlari zarur bo‘ladi. Teleskopga qancha tez yetib borsang, shuncha ko‘p ma’lumot olib ulgurasan. Oddiy va elektromagnit teleskoplardan olingan ma’lumotlar asosida, olimlar yorug‘likni va uning o‘zgarishlarini tekshirishadi va shu orqali ko‘plab ma’lumotlarga, shu jumladan, yuqoridagi kabi neytron yulduzlarning nimadan tuzilgani va ularning to‘qnashuvi natijasida materiyaning qanday o‘zgarishlarga yuz tutganini bilib olishadi.

LIGO rasadxonasi rahbariyati o‘sha zahotiyoq butun dunyo bo‘ylab joylashgan boshqa aloqador rasadxonalar bilan onlayn telekonferensiya tashkil qildi. LIGO singari jihozlangan va o‘xshash tadqiqotlar olib boradigan yana bir rasadxona Italiyada joylashgan bo‘lib, uning nomi VIRGO deyiladi. Telekonferensiyada, zudlik bilan kelishuv amalga oshirildi va LIGO va VIRGO rasadxonalari qayd etilgan gravitatsiya to‘lqinlarining manbaini aniqlashga va uning osmondagi koordinatalarini belgilashga kirishishdi. VIRGO rasadxonasi bu paytda hech qanday gravitatsiya to‘lqinini qayd etmadi. Chunki, VIRGOning asboblari osmonning hamma qismini ham qamray olmaydi. Lekin, VIRGO asboblari qamramagan osmon qismlari ham juda tor bo‘lib, demakki, qayd etilayotgan gravitatsiya to‘lqinlarining manbaini, shunday hududlardan, ya’ni, VIRGO kuzatuv doirasiga kirmaydigan osmon qismlaridan qidirish kerak edi. Izlanishlar natijasida, tez orada qidiruv maydoni shunchaki musht kattaligigacha qisqardi. Lekin, astronomik miqyoslarda qaraganda, oddiy musht kattaligidagi osmon kengligiga ham minglab galaktikalar sig‘ishi mumkin.

Tekshirishlarni tezkor davom ettirgan olimlar guruhi bir necha soat ichida gravitatsiya to‘lqinlari manbaining osmondagi joylashuvini aniqlashga muvaffaq bo‘lishdi. Bunda, LIGO, VIRGO, Fermi va Integral rasadxonalarining olgan axborotlari o‘zaro uyg‘unlashtirilib, osmonning mana bunday xaritasi hosil qilindi. Xaritadagi to‘rtala rasadxonaning ma’lumotlari ustma-ust kelgan nuqtani esa × belgisi bilan belgilab qo‘yishdi. Bu — ikkita neytron yulduzning o‘zaro to‘qnashgan joyi koordinatasi edi!

Zudlik bilan mazkur xarita butun dunyo bo‘ylab rasadxonalarning navbatchi astronomlariga yubordi. Shu paytda qorong‘ulik og‘ushida bo‘lgan hamma rasadxonalardagi teleskoplar osmonning o‘sha nuqtasiga yo‘naltirildi.

Ha! o‘sha kuni astrofizikalrning kuni tug‘di! Yerdagi bir necha rasadxona haqiqatan ham osmonda ikkita neytron yulduz to‘qnashuvidan hosil bo‘lgan o‘ta yorqin chaqnashni — kilonova hodisasini kuzatishga muvaffaq bo‘ldi. Quyida o‘sha hodisaning fotosuratlarni keltirilgan. Chap tarafdagi suratda, kilonova chaqnagan paytdan bir necha soat o‘tib olingan vaziyat. o‘ngdagisi esa chaqnashdan atiga to‘rt kun o‘tib, 21-avgustda tushirilgan surat namoyish qilinmoqda. Ko‘rinib turibdiki, atiga to‘rt kun ichida chaqnash yog‘dusi sezilarli darajada xiralashgan.

Osmonning aynan o‘sha qismining kilonova chaqnashidan atiga bir necha hafta oldin olingan fotosurati (yuqorida) va kilonova chaqnash paytidagi fotosuratlari (pastda) esa quyidagi rasmlarda keltirilgan. Tasvirlar sizga xira bo‘lib ko‘rinishi mumkin; lekin, undan olish mumkin bo‘lgan axborot miqdori dengiz kabidir. Tasvirlarning xiraligi sababi, esa, ular bir necha rasadxonalar tomonidan olingan fotosuratlarni o‘zaro ustma-ust uyg‘unlashtirish orqali hosil qilinganligi tufaylidir.

Neytron yulduzlar qanday to‘qnashadi?

Neytron yulduzlari — biroz g‘alati, noodatiy kosmik jismlardir. Ular yulduzning gravitatsion kollapsi (masalan, o‘ta yangi chaqnashi) natijasida vujudga keladi. Tasavvur qiling, massasi Quyosh massasi bilan teng bo‘lgan, lekin diametri esa atiga 25 km bo‘lgan obyekt qanday ulkan zichlikka ega bo‘ladi?! Neytron yulduzlar shunday favqulodda ulkan zichlikka ega yulduzlar bo‘ladi. Bu taxminan 330 000 ta Yer sayyorasining Toshkent shahriga teng keladigan shar o‘lchamida siqilgani kabi zichlikka teng bo‘ladi. Neytron yulduz ichkarisidagi bosim shu qadar favqulodda ulkan bo‘ladiki, bunday bosim ostida faqat neytronlargina turish bera oladi. Shu sababli ham yulduz nomi «neytron yulduz» deyiladi.

Biz ko‘rib chiqayotgan hodisada, Yerimizdan taxminan 130 million yorug‘lik yili masofasidagi galaktikada ikkita qo‘shaloq neytron yulduz bir-birining atrofida «raqsga tushgan». Ilmiy tilda aytadigan bo‘lsak, u yerda ikkita neytron yulduz, umumiy massalar markazi atrofida aylanib, bir-biriga tobora yaqinlashib borgan va oxiri o‘zaro to‘qnashib ketgan. To‘qnashuv natijasida esa, butun Koinot bo‘ylab vaqt va fazoni egrilantiruvchi (koinot matosini tebrantiruvchi) kuchli energiyali to‘lqinlarni hosil qilgan. Shu bilan birga, o‘ta kuchli energiyali gamma-chaqnashi yuzaga kelgan. Gravitatsiya to‘lqinlari ham, gamma-nurlar ham fazo bo‘ylab yorug‘lik tezligida harakatlangan. Bu ham bo‘lsa, Albert Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasining yana bir amaliy isboti bo‘ldi. Ehtimol, o‘sha qo‘shaloq neytron yulduz o‘zaro to‘qnashib, qo‘shilib ketgach, balki yangi bir qora tuynuk hosil qilgandir. Chunki, ularning massasi buning uchun yetarli darajada bo‘lgan. Biroq, olimlar hozircha bu borada aniq bir xulosa qilgani shoshilishmayapti.

Lekin hozirda aytilayotgan aniq gap shuki, o‘sha qo‘shaloq neytron yulduz to‘qnashuvidan keyin, ko‘plab neytronlar o‘zaro qo‘shilishib ketdi va davriy jadvaldagi og‘ir atomli elementlarni, xususan, oltin, platina va uranni hosil qildi.

Bizning tanamiz ham, va umuman, Yerda va samoda mavjud hamma-hamma narsa yulduz moddasidan tashkil topgan. Koinot yaralishidagi Ulkan Portlash natijasida, avvaliga faqat yengil kimyoviy elementlar — vodorod va geliy paydo bo‘lgan. Ushbu elementlarning birlashishi va birikishi natijasida esa yulduzlar vujudga kelgan. Yulduzlardagi termoyadro reaksiyalaridan esa qolgan massasi biroz og‘ir elementlar paydo bo‘la boshlagan.

Yulduzlarning kollapsga uchrab keyinchalik portlashi natijasida, yanada og‘ir elementlar hosil bo‘lgan. Lekin, olimlar tabiatda oltin va platinaning paydo bo‘lishi uchun, yulduzlardagi termoyadro reaksiyalari ham va yulduzning kollapsi ham yetarli energiyaga ega emasligini bilishardi. Hattoki, o‘ta yangi chaqnashlari ham, ushbu nodir qimmat elementlarning paydo bo‘lishiga yetarli quvvatga ega bo‘lmaydi.

Albatta, olimlar kilonova chaqnashi (ya’ni, ikki neytron yulduzning to‘qnashishi) natijasida ushbu metallar hosil bo‘lsa kerak degan taxminni avvaldan muhokama qilib kelishgan. Lekin, bu taxminlar mana endi, LIGO, VIRGO, Fermi va boshqa rasadxonalar astronomlarining jonbozliklari evaziga, hamda, gravitatsion to‘lqinlar vositasida ilmiy tasdiqlandi. 2017-yil 17-avgustda chaqnagan kilonova, platina va tillaning aynan neytron yulduzlardan hosil bo‘lishini amalda ko‘rsatib berdi. Aytish mumkinki, astronomlar Koinot ismli buyuk alkimyogarning ishni o‘z ko‘zlari bilan kuzatishga muvaffaq bo‘lishdi.

Ushbu maqolani yozar ekanman, kompyuter klavishlariga bosim o‘tkazayotgan qo‘limdagi tilladan yasalgan nikoh uzugi albatta e’tiborimni tortdi. o‘ylab qarasam, demak u qachonlardir, Koinotda, qo‘shaloq neytron yulduz moddasidan paydo bo‘lgan ekan-da! (olaaaa )

Astronomiya yangi davrga qadam qo‘ymoqda.

Avvallari munajjimlar osmonni shunchaki oddiy ko‘z bilan kuzatar edilar. o‘sha munajjimlarning aksariyati, samoviy jismlar harakatini ilm-fan uchun emas, balki, qandaydir bo‘lmag‘ur «bashorat»lar tuzishga va uydirma-to‘qima tole’nomalar yozish uchun kuzatishgani ham rost gap. Keyinchalik fan taraqqiy etib borgani sayin, astronomik kuzatishlar ham takomillashib bordi. Xususan, teleskoplar rasadxonalarning asosiy ish quroliga aylandi. Endi, Koinotni shunchaki ko‘z bilan kuzatish jarayonini olimlar «qurollanmagan ko‘z bilan kuzatish» deb atay boshladilar. Astronomiya ham munajjimlar bashorati tuzishdek bo‘lmag‘ur ishdan voz kechib, haqiqiy ilm bilan shug‘ullanishga o‘tdi. Hozirda esa olimlar Koinotni nafaqat oddiy teleskoplar bilan, balki, radioto‘lqinlar, rentgen to‘lqinlari, infraqizil, ultrabinafsha nurlari diapazonlarida ham kuzata oladigan mukammal elektromagnit teleskoplarga egalar. Endilikda, ushbu an’anaviy kuzatish usullari qatoriga, Koinotni gravitatsion to‘lqin vositasida kuzatish usuli ham qo‘shildi. Bu esa, kuzatishlarni yanada keng diapazonda olib borish, oddiy teleskoplardan olib bo‘lmaydigan ma’lumotlarni olish imkoni beradi. Xullas, endi Koinotni yanada to‘liq va mukammalroq o‘rganish imkoni yuzaga keldi.

Voqe’likning ahamiyatini shunday tasavvur qilish mumkin: masalan, siz derazasi yo‘q xonada o‘tirib, momaqaldiroq gumburlashini eshitar edingiz. Bunda siz faqat eshitganingiz sababli, voqe’lik haqida to‘liq tasavvur hosil qila olmaysiz. Aytaylik, siz uni qaysi tomonda gumburlaganini bilolmaysiz. Chaqmoq chaqnashiniku ko‘ra olmasliginigiz aniq. Endi, tasavvur qiling-a, shunday xonadan siz boshqa xonaga — derazalari bor joyga o‘tdingiz. Siz endi shunchaki momaqaldiroqni gumburlashini eshitish bilan cheklanmasdan, balki, chaqmoq chaqishini ham ko‘ra olasiz. Farqni sezayotgandirsiz? Derazasiz xonada shunchaki momaqaldiroq gumburlashini eshitish umuman boshqa, derazali xonada chaqmoq chaqishini ko‘rib turib, momaqaldiroq ovozini eshitish mutlaqo boshqa narsa. Har ikkalasidan olinadigan bilimning, foydali ma’lumotning farqi yer bilan osmoncha bor.

Gravitatsion to‘lqinlarni kuzatishdagi eng yaxshi tarafi — ushbu jarayonning tezkorlik talab etmasligidir. LIGO va VIRGO rasadxonalari Yer yaqin atrofidan o‘tgan har qanday gravitatsiya to‘lqinlarini o‘sha kunning o‘zidayoq qayd etadi. Qayd etilgan har bir signal esa, Koinotning qaysidir bir qismida yangi oltin va platinaga to‘la yangi «xazinalar oroli» paydo bo‘lganini, yoki, qayerdadir ikkita qora tuynuk to‘qnashganidan boxabar qiladi. Lekin, gravitatsiya to‘lqinlari bizga avval xayolimizga ham kelmagan, qandaydir, mutlaqo yangi samoviy hodisalar haqida ham axborot berishi mumkin. Xuddi, Galiley teleskopini Yupiterga qaratmagunicha, boshqa sayyoralarning ham tabiiy yo‘ldoshlari bo‘lishi mumkinligi birovning miyasiga kelmagani singari, biz ham gravitatsiya to‘lqinlarini qayd etishni o‘rganmaguncha, yetti uxlab tushimizga ham kirmagan Koinot hodisalarini o‘zimiz uchun kashf qilishimiz mumkin. Astronomlar esa Ulkan Portlashning o‘zidan qolgan gravitatsiya to‘lqinlarini tutishdan umidvor tarzda, LIGO va VIRGO rasadxonalari asbob-uskunalarini mukammallashtirish ustida bosh qotirishmoqda. Yaqin orada, biz Koinot haqida yanada yangi va olamshumul yangiliklardan xabardor bo‘lsak ajab emas…

Maqolaning asl manbai ingliz tilida ushbu havolada