Qora tuynuklar

Qora tuynuklar zamon-makon uyg‘unligining singulyar og‘ishini namoyon qiladi.

Amalda kashf etilishidan ancha avval mavjudligi ilmiy nazariyalar tomonidan taxmin qilingan obyektlar orasida ehtimolki qora tuynuklar eng qiziqarli, g‘ayritabiiy va shu bilan birga, olimlarda ham, oddiy odamlarda ham vahimali taassurot uyg‘otgan obyektlar bo‘lsa kerak. Qora tuynuklarning mavjudligi haqidagi ilk ilmiy asoslangan taxminlar — Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi e’lon qilinishidan deyarli bir yarim asr avval yangray boshlagan. Shunga qaramay, Koinotda qora tuynuklarning haqiqatan ham mavjudligi amaliy jihatdan qat’iy isbotlanganiga unchalik ham ko‘p bo‘lmadi. Biz hozirda qora tuynuklar — Koinotda hukmron bo‘lgan eng asosiy obyektlardan biri ekanini yaxshi bilamiz. Biroq, XX-asrning 70-80 yillarida ham, qora tuynuklar hali faqat gipotetik obyektlar sifatida qaralardi va hatto fizika-texnika oliygohlarida ham, qora tuynuklarning real borliqda mavjud bo‘lishiga shubha bildirilgan nazariy darsliklarni mutolaa qilish mumkin edi.

Ushbu bir qarashda g‘ayrioddiy g‘alati nazariyaga ko‘ra, Quyosh o‘z atrofida xuddi voronka singari fazo hosil qilgan bo‘lib, Yer go‘yoki ushbu voronka chetlarida aylanadi. Nazariyadan kelib chiquvchi xulosalarga ko‘ra, yuqoridagi misolga o‘xshash, bizni Yerga mahkamlab turgan Yerning tortishish kuchi ham aslida Nyuton ta’kidlagandek gravitatsion kuch emas, balki, zamon-makon geometriyasining o‘zgarishidan boshqa narsa emas. Albatta, tushunish biroz qiyin, lekin, hozircha gravitatsiya tabiatini bayon qilishda eng muvaffaqiyatli nazariya bu umumiy nisbiylik nazariyasi bo‘lib qolmoqda. Olimlar bundan yaxshirog‘ini hozircha o‘ylab topishmadi.

Endi tasavvur qiling, yuqorida taklif etilgan misoldagi og‘ir sharning massasini borgan sari orttirib boraveramiz. Bunda faqat va faqat massa ortadi, lekin sharning geometrik o‘lchamlari o‘zgarmay qoladi. Massa ortib boravergach, ro‘mol matosi ham borgan sari cho‘kib, chuqurroq botib boradi. Oxiri vaziyat nima bilan tugaydi? Albatta, og‘irligi keskin kattalashib ketgan bouling shari o‘zi turgan ro‘molning tarangligini yumshatib-yumshatib boraveradi va oqibatda ro‘mol uni o‘rab, atrofiga yopishib boradi. Eng oxirida, sharning hamma tomonidan ro‘mol to‘liq o‘rab oladi va sharning o‘zi jismonan ko‘rinmay qoladi. Chunki, u o‘zi botib turgan matoga butunlar o‘ralib qoldi. Real olamda ham materiyaning massasi favqulodda ulkanlashib ketishi natijasida shunga o‘xshash jarayon yuz beradi. Materiya yetarlicha massa va zichlik yig‘ib olgani hamonoq, o‘z atrofidagi zamon-makon matosini o‘rab oladi va boyagi obyekt Koinotning qolgan qismi bilan aloqani yo‘qotadi. Ya’ni, u ko‘rinmas bo‘lib qoladi. Qora tuynuklar shu tarzda vujudga keladi.

Qora tuynuklar haqidagi eng vahimali gaplardan biri shuki, qora tuynukka nimaiki tushmasin, u undan qaytib chiqa olmaydi. Bu hatto yorug‘lik nurlariga ham taalluqli gap bo‘lib, aynan shu xossasi tufayli ham bunday obyektlar «Qora tuynuk» nomini olgan: o‘ziga kelib tushayotgan nurni butunlay yutib yuboradigan va o‘zidan hech qanday nur chiqarmaydigan jism — mutlaq qora jism bo‘ladi.

Umumiy nisbiylik nazariyasiga ko‘ra, obyekt qora tuynuk markazigacha bo‘lgan muayyan chegaraviy — kritik masofaga yetib kelgach, u endi hech qachon ortga qayta olmaydi. Ushbu chegaraviy — kritik masofani ilm-fanda Shvartsshild radiusi deyiladi. Shvartsshild — 1873-1916 yillarda yashab o‘tgan nemis astronomi bo‘lib, u umrining so‘nggi yillarini Eynshteynning o‘sha payt uchun inqilobiy g‘oyalari, ya’ni, nisbiylik nazariyasini tahlil qilish bilan o‘tkazgan. Chunonchi u, Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi tenglamasidan foydalanib, nolinchi hajmga ega bo‘lgan massa atrofidagi gravitatsiya maydonini hisoblab chiqqan. Shvartsshild uslubi bilan istalgan ulkan massali obyektlar uchun Shvartsshild radiusini hisoblab chiqish mumkin. Masalan, bizning yulduzimiz — Quyosh uchun Shvartsshild radiusi 3 km ni tashkil qiladi. Ya’ni, agar Quyoshning hozirgi massasini saqlagan holda, uning hajmini radiusi 3 km bo‘lgan shargacha kichraytirib zichlanlsa, u qora tuynukka aylanadi.

Shvartsshild radiusi ichkarisida esa, yanada g‘ayrioddiy, aql bovar qilmas narsalar yuz beradi: qora tuynukni tashkil qiluvchi materiyaning barchasi cheksiz zichlikka intilgan holda va cheksiz kichik o‘lcham bilan qora tuynukning qoq markazida to‘plana boshlaydi. Matematiklar bunday obyektni singulyar qo‘zg‘alish deb yuritishadi. Materiyaning massasi chekli bo‘lgan holatda uning zichligi cheksizlikka intilishi natijasidan, ushbu materiya fazoga nisbatan nolinchi hajmga ega bo‘lib qoladi. Bu hodisa qora tuynukning ichkarisida haqiqatan ham ro‘y beradimi-yo‘qmi, tabiiyki biz buni eksperimental tajribalar bilan aniqlay olmaymiz. Chunki, Shvartsshild radiusi ichkarisida nima bo‘layotganini bilishning iloji yo‘q va ushbu radius ichkarisiga kirgan har qanday narsa ortga hech qachon qaytmaydi.

Shu tariqa, biz qora tuynuklarni ko‘z bilan ko‘rib kuzata olmaymiz ham. Shunga qaramay, qora tuynukning mavjudligini boshqa bir belgilarga, xususan, uning yaqinidagi gravitatsiya maydonining favqulodda kuchliligi va o‘z yaqin atrofidagi materiyaga nisbatan noodatiy ulkan tortishish kuchi namoyon qilayotgani kabi bilvosita belgilariga ko‘ra aniqlashimiz mumkin.

O‘ta katta massali qora tuynuklar

Bizning Somon Yo‘li galaktikamiz markazida va umuman har qanday boshqa galaktikalar markazida Quyoshdan millionlab marotaba katta bo‘lgan qora tuynuk mavjud. Bunday o‘ta katta massali qora tuynuklar galaktika markazidagi yulduzlararo gaz-chang moddasining aylanish xossalarini tahlil qilish orqali aniqlangan. Kuzatishlarga ko‘ra, galaktika markaziga yaqin hududlardagi gazlarning bu tariqa favqulodda g‘ayritabiiy va shiddatkor aylanishining yagona sababi — ularning qora tuynukka juda yaqin masofada ekani bilan bog‘liqdir. Ya’ni, galaktika markazida joylashgan qora tuynukning gravitatsiya maydonining favqulodda ulkan tortishish kuchi, unga yaqin hududda joylashgan o‘sha gazlarni shu tariqa shiddat bilan aylanishga majbur qiladi. Nyuton mexanikasidan kelib chiqib bajarilgan oddiy matematik hisob-kitoblarning ko‘rsatishicha, galaktika markaziga yaqin hududdagi gazlarni bu darajada katta kuch bilan tortayotgan obyekt favqulodda kichik diametrga ega bo‘lgan holda, favqulodda ulkan massani tashkil qilar ekan. Astrofiziklar bizga uzoq va yaqin qo‘shni bo‘lgan galaktikalarning markazlarida o‘nlab bunday qora tuynuklarni aniqlashgan va ushbu holat hozirda astronomlarga shunday fikr bermoqdaki, demak, har qanday galaktika markazida albatta qora tuynuk mavjud bo‘lar ekan.

Yulduz massasiga ega qora tuynuklar

Yulduzlar evolyutsiyasiga oid hozirgi zamon ta’limotiga ko‘ra, massasi bizning Quyosh massasidan taxminan 30 barobardan kattaroq bo‘lgan yulduz o‘z umrining so‘nggi bosqichiga yetib kelganda, u o‘ta yangi yulduz chaqnashini namoyon qilgan holda portlab ketadi. Portlash natijasida, endilikda yo‘qlikka yuz tutgan sobiq yulduzning tashqi qatlamlari Koinotga sochilib ketadi. Yulduzning ichki qatlamlari esa aksincha, uning o‘z markazi tomon shiddat bilan qulaydi va yulduzning tugab-bitgan yoqilg‘isi o‘rnida qora tuynuk hosil qiladi. Yulduzlararo fazoda, sobiq yulduz o‘rnida vujudga kelgan bunday qora tuynuklarni ham aniqlashning amalda deyarli imkoni yo‘q. Chunki u yulduzlararo bo‘shliqda, ya’ni, vakuumda joylashgan bo‘ladi va boz ustiga, gravitatsion o‘zaro ta’sirlarda ham ishtirok etmaydi. Lekin, bunday qora tuynuk avval qo‘shaloq yulduz[1] bo‘lgan sistema o‘rnida paydo bo‘lgan bo‘lsa, yulduzlardan birining o‘rnida paydo bo‘lgan qora tuynuk o‘ziga juft bo‘lgan ikkinchi yulduzga gravitatsion ta’sir ko‘rsatishda davom etadi. Hozirda xalqaro astronomlar guruhlari shunday qora tuynuk-yulduz sistemalaridan o‘nga yaqinini bilvosita belgilarga ko‘ra taxminiy-nazariy aniqlashgan bo‘lib, endilikda o‘sha nazariyalarning isboti kutilmoqda.

Qo‘shaloq yulduzlarning birining «o‘lishi» natijasida, uning o‘rnida hosil bo‘lgan qora tuynuk, o‘ziga juft bo‘lgan hali «tirik» yulduzga gravitatsiya ta’sirini ko‘rsatar ekan, bu jarayonda tirik yulduzning moddasi qora tuynuk tomon oqib keta boshlaydi. Natijada, qora tuynuk yutib yuborayotgan yulduz moddasi unga yaqinlashgan sayin, Shvartsshild radiusi ichkarisiga kirib borar ekan, spiralsimon uyurma ko‘rinishida aylanib, qora tuynuk qa’riga singib ketadi. Biroq, aynan shu joyda juda qiziq va paradoksal hodisa yuz beradi: borsa kelmas joyga kirib borar ekan, Shvartsshild radiusi chegarasidan o‘tish jarayonida modda o‘ta katta tezlanish oladi. Zichligi ham nihoyatda kattalashib boradi va qora tuynukning tortish kuchining shiddatidan, hamda, zichlikning o‘ta yuqoriligi sababidan, tuynukka sho‘ng‘ib borayotgan moddani tashkil qiluvchi zarrachalarning o‘zaro to‘qnashishi ham favqulodda ko‘p sonni tashkil qila boshlaydi. Natijada, qora tuynukka borsa qaytmas bo‘lib sho‘ng‘iyotgan yulduz moddasining harorati elektromagnit nurlanishlar diapazonining rentgen nurlanishlari sohasiga tegishli bo‘lgan to‘lqinlar nurlanish energiyasigacha bo‘lgan energiya darajasigacha qiziydi. Astronomlar esa aynan ushbu nurlanish energiyasini va uning intensivligining o‘zgarishlarini o‘lchashlari mumkin. Ushbu o‘lchash natijalarini qayd etib borib, olimlar ular asosida tizimli tahlil yuritadilar va qora tuynukning xossalarini, xususan, uning massasini va diametrini aniqlaydilar. Agar, obyekt massasi Chandrasekar chegarasidan (Quyosh massasining 1,4 baravaridan) katta bo‘lsa, ushbu obyekt oq mittiga aylana olmaydi. Yuqorida aytilgani singari qo‘shaloq yulduz sistemalarining aksariyatida rentgen nurlanishlarga ega massiv obyekt odatda yulduzlarning biri bo‘lgan ulkan neytron yulduz bo‘ladi. Lekin, yuqorida aytganimizdek, bu kabi samoviy rentgen nurlarining manbai sifatida, qo‘shaloq yulduz sistemasida vafot etgan yulduzlarning birining o‘rnida vujudga kelgan qora tuynukning mavjudligi yagona izoh sifatida qaraladigan o‘nlab holatlar aniqlangan.

Boshqa turdagi qora tuynuklar

Qora tuynuklarning hozircha amaliy tasdiqlanmagan va nazariy jihatdan ham ko‘p-muncha bahs-munozaralarga sabab bo‘layotgan boshqa xayoliy turlari ham mavjud. Bunday qora tuynuklar haqidagi farazlarning o‘zi ham ko‘p holatda qandaydir erish tuyuladi va odatda chayqovchilarning savdoda qo‘llaydigan ayyorona nutqlariga o‘xshab ketadi. Shunday, xayoliy-gipotetik qora tuynuk turlaridan biri — «mini-qora tuynuklar» deb yuritiladi. Gipotezaga ko‘ra, bu kabi mini qora tuynuklar massasi o‘rtacha tog‘ massasidek bo‘lib, lekin hajmi proton radiusiga teng bo‘lar emish. Bunday mini qora tuynuklar Ulkan Portlashdan keyin Koinot shakllana boshlagan ilk bosqichlarda paydo bo‘lganligi va ular Koinotda har tomondan mavjudligi haqidagi g‘oyani mashhur fizik olimlardan biri — Stiven Xoking o‘rtaga tashlagan edi. Xokingning fikricha, Koinotda kuzatilayotgan gamma nurlar chaqnashlarini, aynan shunday mini qora tuynuklarning portlashi natijasi deb izohlash mumkin ekan. Xoking nazariyalari aslida ham g‘ayritabiiy, g‘alati shamoili bilan doim ajralib turgan. Shundoq ham g‘alati obyekt bo‘lgan qora tuynuklarning yana bir yanada g‘alati va hozircha xayoliy-gipotetik turkumi haqida elementar zarralar fizikasiga oid ayrim nazariyalar bashorat beradi. Elementar zarralar fizikasidan kelib chiquvchi ayrim xulosalarga ko‘ra, Koinotda mikroo‘lchamlardagi qora tuynuklardan iborat butun boshli uyumlar bo‘lishi mumkin emish va yana emishki, bunday mikro-qora tuynuklar, Koinot yaralishidan qolgan qurilish chiqindilari bo‘larmish. Bunday mikro-qora tuynuklarning diametri taxminan 10^-33 sm deb keltiriladi. Ya’ni, ular protondan ham milliardlab marta kichik emish. Biroq, ta’kidlanganidek, hozirgi kunga kelib bu kabi na mini-qora tuynuklarning, na mikro-qora tuynuklarning haqiqatan ham mavjudligini dalillovchi biror bir eksperimental uslublar tugul, bilvosita belgilarning ham o‘zi mavjud emas. Shu bois, bu kabi g‘alati qora tuynuklarning yanada g‘alati turlari haqida hozircha faqat xayolot mevasi sifatida fikr yuritish o‘rinli xolos deb o‘ylayman.

[1] bir-biriga nisbatan massalar markazi atrofida aylangan ikkita qaynoq yulduzdan iborat juftlikni qo‘shaloq yulduz deyiladi