Сомон йўли марказидаги қора туйнукни кашф қилган олимларга Нобель мукофоти берилди. Улар буни қандай уддалади?

^{Фото: АP}
Нобель қўмитаси Пенроузга «қора туйнукларнинг пайдо бўлиши умумий нисбийликнинг башорат қилишини кашф қилгани» учун, Генцзель ва Гез эса «бизнинг галактикамиз марказида ўта массив ихчам объект топгани» учун мукофот топширди. Россия Фанлар академиясининг Амалий физика институти ходими ва @physh илмий-оммабоп Telegram канал муаллифи физик Артём Коржиманов назариётчи ва кузатувчиларнинг ишлар бир-бирига қандай боғлангани ва Сомон йўли марказида ушбу «ўта массив объект»ни кўриш имконияти ҳақида ҳикоя қилади.

Кетма-кет иккинчи йилдирки, соврин астрофизикадаги ютуқлар учун топширилмоқда – ўтган йили космология соҳасидаги ютуқлар ва узоқдаги юлдузлар атрофида айланиб юрган сайёраларни кашф қилиниши нишонланган эди. Бундан ташқари, уч йил олдин лауреатлар қаторида қора туйнукларнинг бирлашишидан ҳосил бўладиган тортишиш тўлқинларини рўйхатдан ўтказган астрофизиклар бўлишганини эсга олиш мумкин.

Ушбу ишларнинг яна бир ўзига хос хусусияти шундаки, улар анча йил аввал нашр этилган эди. Пенроузнинг асос бўлувчи биринчи мақоласи 1965 йилга тўғри келади. Олим икки ой олдин мақоланинг 89 йиллигини нишонлади. Қолган икки лауреат ёшроқ бўлишига қарамай, уларнинг мукофотланган кузатуви 1990 йилларда амалга оширилган эди.

Шунга қарамай, қора туйнуклар мавжудлигини назарий башорат қилиш ва ушбу дастлабки тахминий нарсаларга хос бўлган барча хусусиятларга эга космик объектларни бевосита кузатиш, шубҳасиз, астрофизиканинг энг муҳим ютуқларидан бири бўлиб, юксак мукофотга сазовор бўлди. Ушбу ютуққа ҳар бир совриндор қандай ҳисса қўшди?

Қора туйнуклар ҳақида тушунча пайдо бўлиши
Рожер Пенроуз 1960 йиллар ўрталарида бир қатор кучли математик ишларга эга эди ва Лондон университети Биркбек коллежида амалий математика профессори мақомига кўтарилди. 1964 йилда у машҳур фазогир Жон Уилердан қора туйнуклар ва уларнинг математик муаммолари ҳақида билиб қолди ва у шу иш билан шуғулланишни бошлади.

Умуман олганда, объектлар мавжудлиги ғояси шунчалик улканки, ҳатто ёруғлик уларни тортиш кучини енгиб ўтолмайди ва замонавий физика меъёрларига кўра у анча эски. XVIII асрда уни инглиз Жон Мишель ва француз Пер-Симон Лаплас мустақил равишда ифода этди. Аммо уларнинг фикри Нютон қонунларига асосланган бўлиб, кейинчалик маълум бўлганидек, ёруғлик ва ўта массив жисмларга тааллуқли эмас эди.

Альберт Эйнштейн ҳар қандай массадаги жисмлар ва ёруғлик учун тўғри тортишиш назариясини яратди. Ушбу назария умумий нисбийлик назарияси (UNN) деб аталади. Ҳозир у тортишишнинг асосий назарияси деб ҳисобланади ва у алоҳида космик жисмлар ва бутун коинотни тасвирлашда кенг қўлланилади. 1916 йилда аллақачон ушбу назариянинг тенгламалари учун Карл Шварцшильд энг оддий қора туйнукни тавсифловчи математик ечимни қўлга киритди.

Кейинги йиллар давомида ушбу соҳада яхши ютуқларга эришилган бўлса-да, қора туйнуклар мавжудлиги ҳеч кимни қизиқтирмади. Аммо уларнинг асосий заифлиги шундаки, уларнинг барчаси энг содда идеализация қилинган ҳолатларда олинган эди ва кўплаб олимлар ҳақиқатда қора туйнук пайдо бўлиши мумкин эканига шубҳа қилди.

^{Фото: Google Photos}
Пенроуз қандай қилиб қора туйнукларни ҳақиқатга айлантира олгани ҳақида
1960 йиллар бошларида квазарлар деб номланган ғаройиб космик жисмлар топилди. Уларнинг ёрқинлиги, астрономларнинг фикрига кўра, минглаб галактикаларнинг ёрқинлигидан ошиқ бўлиши керак эди. Биз уларни махсус жиҳозларсиз кўра олмасак ҳам бу фақат улар Ердан узоқ масофада коинотнинг четига яқинроқ жойда жойлашгани сабабли содир бўлади. Бундан кўриниб турибдики, квазар сингари ёрқин жисм оддий юлдуз эмас эди.

Бунда битта сабаб бор – юлдуз қанчалик ёрқин бўлса, унинг умри шунчалик қисқа бўлади. Катта ва ёруғ юлдуз жуда тезлик билан бутун термоядровий ёниш учун зарур бўлган водород захирасини ёқиб юборади. Квазарнинг ёрқинлиги билан «тирик» юлдузни топиш умуман имконсиз бўлар эди, шунинг учун квазарларнинг феноменал ёрқинлигини тушунтириш учун бир гипотеза илгари сурилди, унга кўра, квазарлар аслида ўта катта қора туйнуклардир. Атрофдаги моддани сўриб олиш орқали улар ушбу модда энергиясининг бир қисмини ёрқин нурланиш оқимлари шаклида чиқаради.

Айнан мана шу гипотеза сабабли олимлар қора туйнукларнинг пайдо бўлиш эҳтимоли янада қатъий математик асослаш муаммосига қайтди ва буни ҳал қилишга Рожер Пенроуз муваффақ бўлган эди. Зукко математик аппаратдан фойдаланиб, у Эйнштейннинг умумий нисбийлик назарияси тенгламаларида ҳақиқатан ҳам идеал шароитлардан узоқ бўлса ҳам қора туйнуклар пайдо бўлишини тавсифловчи ечимлар борлигини кўрсатди.Ушбу далиллар квазарларни кузатиш билан биргаликда, аксарият астрофизиклар бундай экзотик жисмлар мавжудлигига ишонч ҳосил қилди, бу яқинда тортишиш тўлқинларини кузатиш билан яна бир бор тасдиқланди. Дарҳақиқат, «қора туйнук» атамасининг ўзи ушбу ишлардан кейингина кучга кирди.

Қора туйнук қандай топилади?
Квазарлар кашф этилганидан кўп ўтмай, улкан қора туйнуклар нафақат баъзи узоқ галактикаларда, балки уларнинг деярли ҳар бирининг марказида ҳам мавжуд, деган фараз илгари сурилди. Шу билан биргаликда, биз яшайдиган галактика – Сомон йўлида ҳам. Уларнинг массаси квазарларники сингари унчалик катта эмас, улар атрофдаги моддаларни бундай тезликда ўзига ютмайди, шунинг учун уларни оддий кузатиш билан кўриб бўлмайди. Аммо уларни қандай қилиб топиш мумкин?

Яқин вақтгача телескопларнинг ҳал қилувчи кучи ҳатто энг катта қора туйнуклар атрофини ҳам тўғридан-тўғри кўришга уриниш учун етарли эмас эди.Ўтган йили Эвент Ҳоризон телескопи тармоғининг ишга туширилиши билан ниҳоят «қора туйнук сояси» тасвирини олиш имкони пайдо бўлди.

Райнхард Генсек ва Андрей Гез бошчилигидаги олимлар гуруҳи Сомон йўлимиздаги қора туйнукни топди, бунда улар бошқача йўл билан – билвосита ҳаракат қилди, аммо бу ишончли ҳаракат эди. Улар галактикамиз марказидан узоқ бўлмаган жойдаги юлдузлар айланиш тезлигини ўлчашга қарор қилди. Тарихий сабабларга кўра, астрономлар ушбу марказни А ўқ («Юлдузли А ўқ») деб атади.

Агар унда унга нисбатан кичикроқ масса бўлса, атрофида айланаётган юлдузларнинг тезлиги шунча паст бўлади. Бу Кеплернинг таниқли қонунларидан ва интуитив равишда Қуёш тизимидаги сайёраларнинг марказдан атрофга ўтишда тезлиги қандай камайганидан келиб чиқади. Агар Сомон Йўлининг марказида ихчам нарса бўлмаса ва бутун масса катта ҳажмга тақсимланган бўлса, у ҳолда юлдузларнинг тезлиги масофага қараб бутунлай бошқача тарзда ўзгарган бўлар эди.

^{Фото: Google Photos}
Ушбу кузатувларнинг биринчи муаммоси галактика марказида жуда кўплаб юлдузлар ва юлдузлараро газ ва чанглар мавжудлиги эди. Тўғрироғи, бу марказ жуда ёмон кўринади. Кузатувларни кўринадиган нурда эмас, балки инфрақизил диапазонда ўтказиш орқали бу муаммони ҳал қилиш мумкин эди – бундай тўлқинлар юлдузлараро материя томонидан анча заифроқ ютилади (лекин афсуски, атмосфера томонидан яхши сингиб кетади, бу уларни кузатишни қийинлаштиради).

Яна бир муаммо юлдузларнинг осмондаги ҳаракати жуда секинлиги эди. Табиийки, уларни тезлигини ўлчаш ва уларни кузатиш жуда кўп вақт талаб этади. Бу кузатувлар машҳур Ҳаббл телескопи каби ускуналар орқали амалга оширилади, бошқа кузатувлар ҳам вақт талаб этади. Шу сабабли, улар ердаги телескоплардан фойдаланишлари зарур эди.

Аммо ердаги телескопларда ҳам бир нечта нохуш ҳолатлар мавжуд – уларга Ер атмосфераси халал беради. Астрономлар осмондаги кичик бир жисмини кўриш вақтида шамол ёки нотекис исиш сабабли келиб чиққан ҳаво тебранишлари тасвирни бузиб юборади. Айнан мана шу техник муаммоларни ҳал қилиниши Генцель ва Гез гуруҳига Нобель мукофоти келтирган кашфиётга сабаб бўлди.

Галактика марказидаги қора туйнукни кўришга қандай муваффақ бўлишди?
Биринчидан, Сомон йўлининг марказида жойлашган улкан қора туйнукнинг аниқ тасвирини олиш учун Гензел ва Гез қисқа таъсир қилиш вақтидан фойдаланди, яъни камера линзаларини бир сония ичида очишди. Шу вақт ичида камеранинг плёнкасига кам миқдорда ёруғлик тушди, шу сабабли унга махсус юқори сезгир детектор ўрнатилган эди.

Иккинчидан, ҳаво ҳаракати туфайли юлдузларнинг турли хил суратлардаги тасвирлари бир-бирига нисбатан силжиган, шу сабабли астрономлар уларни текислашнинг махсус ишлаб чиқилган усулини қўллади, бу уларни асл ҳолатини тиклашга имкон беради.

Ниҳоят, учинчидан, иккала гуруҳ ҳам бир неча йил давомида ўз ўлчовларини мустақил равишда амалга оширди. Генцель Чилида Ла Силла расадхонасида, Гез эса Гавайида Кек расадхонасида. Кейин улар ўз кузатувларини таққослади ва натижалар ўртасида мукаммал ўхшашлик кузатилди. Юлдузларнинг тезлиги идеал равишда Кеплер қонунларига тўғри келди, бу галактика марказида ўта катта массага эга ихчам объект мавжудлигининг исботи эди.

Кейинчалик, мураккаб усуллардан фойдаланган ҳолда олиб борилган кузатишлар фақат дастлабки хулосаларни тасдиқлади ва қўшимча равишда, бу улкан жисм ҳақиқатан ҳам қора туйнук экани учун янада кучлироқ исбот бўлди.

^{Фото: Google Photos}
Хусусан, 1992 йилда, С2 юлдузи кашф қилинди, у атиги 16 йил ичида марказ атрофида тўлиқ айланиб чиқди. Яъни Сомон йўли марказини кузатиш пайтида у аллақачон бирдан ортиқ айланиш амалга оширишга муваффақ бўлди. Маълум бўлишича, унинг ҳаракатини Нютон қонунлари билан таърифлаб бўлмайди, лекин у Эйнштейннинг умумий нисбийлик назариясига жуда мос келади, бу галактика марказида ўта ихчам жисм мавжудлигини кўзда тутади.

Юқорида айтиб ўтганимиздек, ўтган йили том маънода телескопларнинг бутун тармоғи ёрдамида астрономлар А ўқ * нинг яқин атрофини кўришга муваффақ бўлди ва уларнинг қиёфаси жуда катта қора туйнукдан кутилган нарсага ҳақиқатан ҳам тўғри келишини кўрсатди.

Қора туйнук – коинотдаги энг экзотик нарсалардан биридир. Лекин уларни нафақат бирор жисм, ҳатто ёруғлик ҳам тарк эта олмагани билан қизиқарли. Физиклар учун, авваламбор, баъзида ҳал қилиниши қийин бўлган жуда кўп сонли парадокслар уларнинг назарияси билан боғлиқлиги қизиқ: бу жисмлар, олимларнинг фикрига кўра, замонавий физик назариялар ўз фаолиятини тўхтатадиган ва уларни тўлиқ тавсифлаш учун мутлақо янги назария – квант тортишиш кучини яратиш керак бўлган жисмлардир. Бундай назария юлдузлар дунёсини бошқарадиган жисмларнинг микродунёси, квант физикаси ва тортишиш кучи қонунларини бирлаштиради.

П.К. Штенберг номидаги давлат астрономик институти етакчи илмий ходими ва нейтронли юлдузлар бўйича мутахассис Сергей Попов:

«Бу йилги Нобель мукофоти уч маротаба ҳайратланарли. Биринчидан, астрофизикларга мукофот кетма-кет иккинчи йил топширилди. Астрофизикларга бу мукофот камдан-кам ҳолларда берилади ва кутилмаганда бу соҳанинг кетма-кет Нобель олиши жуда ажабланарли.

Мени ҳайратга солган иккинчи нарса шуки, Нобель қўмитаси ўзининг тарихи давомида кўрсатган консерватизмдан чиқиб кетди: тажриба ўтказувчилар бирон бир муҳим масала бўйича аниқликка эришгани учун мукофотларга сазовор бўлди ва назариётчилар фақат уларнинг башоратлари тажриба ёки кузатувда жуда ишончли қайд этилган тақдирдагина мукофотларга сазовор бўлди. Аммо қора туйнуклар, таърифга кўра, бундай шартларни бажариш жуда қийин ёки ҳатто имконсиз бўлган майдон саналади. Райнхард Генцель ва Андреа Гез «галактиканинг марказида супермассив ихчам объект»ни кашф этгани учун ҳозирги мукофотга сазовор бўлди – ҳатто «қора туйнук» атамаси ҳам асл формулада мавжуд эмас.

Дунёдаги астрофизикларнинг 99,9 фоизи бу қора туйнук эканига амин бўлишига қарамай, бизда ҳали ҳам ушбу жисм учун уфқ борлиги тўғрисида тўғридан-тўғри далиллар мавжуд эмас. Бундан ҳам аниқроғи, уфқ остида, ичида ўзига хосликнинг мавжудлиги. Ҳозир биз Пенроуз ишига ўтамиз. Ярим асрдан кўпроқ вақт олдин Пенроуз умумий нисбийлик доирасидаги қора туйнукларнинг ички тузилишига оид бир неча асосий теоремаларни исботлади, аммо математик кузатилмаган (тўғридан-тўғри) бўлмагани учун мукофот олгани ва биз кузатишга имконимиз йўқлиги ажабланарли ҳолат.

Ва ниҳоят, мени ажаблантирган учинчи ҳолат бу – яна бир жиҳатда консерватив қарашлардан воз кечилгани бўлди. Олимлар турли хил нарсаларга нисбатан ғайритабиий қарашларни қабул қилишлари одатий ҳолдир, аммо Нобель қўмитаси ўз фаолияти давомида ҳар қандай қатъий консерватив бўлмаган қарашларнинг тарафдорлари сифатида танилган одамларга мукофот беришдан сақланиб қолди. Бу ерда ёрқин мисол, астрофизикада жуда катта хизмат кўрсатган ва ўлимигача муҳим рақиб деб ҳисобланган Фред Хойлдир.

Бироқ «Катта портлаш» атамаси муаллифи сифатида у ушбу космологик моделга қарши бўлган эди ва кўпчилик шу сабабли у мукофотни олмаган деб ҳисоблайди. Улар унга Нобель мукофоти совриндори мақоми каби «оғиз» беришни хоҳламади. Бу ерда ҳам Нобель қўмитаси ўзининг қадимий-консерватив усулидан чиқиб, Пенроузни мукофотга лойиқ кўргани аҳамиятлидир. Ахир у жуда таниқли назариётчи бўлса-да, оддий одамлар орасида кўпроқ илмий-оммабоп китобларнинг муаллифи сифатида танилган бўлиб, унда у бир оз ғайриоддий ғояларни (онг ва космология табиати тўғрисида) ҳимоя қилади.

«Ноодатийлик» нимада?
Рожер Пенроуз ҳаётида жуда бошқача ишларни қилди ва уларнинг ҳаммаси ҳам қора туйнуклар билан боғлиқ эмас эди. Энг машҳурларидан бири бу даврий бўлмаган йўлка ёки «Пенроуз товуқлари» бўлиб, тадқиқотчи уни ҳали ҳам «ҳақиқий математик» деб аташ мумкин бўлганда ихтиро қилган эди. У фақат иккита керакли рақамга эга бўлган ҳолда, чексиз йўлакчани яратиши мумкинлигини кўрсатди, у чексизлигига қарамай, ҳеч қаерда такрорланмайди – бу жуда ноанъанавий кашфиёт, масалан, квазикристаллар назарияси учун жуда муҳимдир.

Аммо илмий-оммабоп адабиёт ўқувчилари орасида ҳозирги лауреат ҳаттоки шу билан эмас, балки унинг онг ҳақидаги ўта экзотик (шунчаки псевдоилмий) қарашлари билан танилди. Умуман олганда, онгнинг субъектив табиати ёки файласуфлар айтганидек, «қийин муаммо» – сўнгги ўн йилликларда кўплаб муаллифлар учун диққат марказига айланди, уларнинг ҳаммаси ҳам умуман фан билан боғлиқ эмас. Бу соҳада Даниэль Деннетт, Жон Сиарл, Томас Метзингер, Сюзан Блекмор каби ҳар йилги Аризона онг конференциясида доимий қатнашчилар атрофида Пенроуз ўзининг узоқ йиллик ҳаммуаллифи, америкалик анестезиолог Стуарт Хамероф билан биргаликда эҳтимол энг радикал ва экзотик позицияни эгаллади.

Пенроузнинг фикрига кўра, инсон онги шу қадар мураккаб нарсаки, уни нейронлар, синапслар ва умуман ҳар қандай «дунёвий» илмлар билан изоҳлаб бўлмайди, шунинг учун бу ерда илмдан иложи борича экзотик тарзда фойдаланиш керак. Умуман онг қандай пайдо бўлишини тушунтириш учун Пенроуз Гёделнинг тўлиқсизлиги теоремаси, квант цикли тортишиш кучи ва ҳужайра ичидаги микротубулалар (бу тортишиш баъзи сабабларга кўра яхши яшайди) ва бошқа кўп нарсалардан фойдаланади.

Буларнинг барчаси агар унчалик машҳур бўлмаган олим томонидан ифода этилган бўлганида, оддий ёлғоншуносликка йўйилар эди, аммо хайриятки, Пенроуз фантастик фаразларга қарамай, ҳар қандай қатъий догматизмга мутлақо бегона бўлди. Ҳатто машҳур китобларида ҳам у ўқувчиларни уларга сингдириш ўрнига муаммоларни кўтаради ва экзотик гипотезаларни муҳокама қилади. «Қийин муаммо» соҳасида ҳанузгача келишувга ишора бўлмагач, ҳар қандай назариялар, хоҳ экзотик физика, хоҳ «оддий» физиология билан боғлиқ бўлсин, бир-бирига тенг ҳуқуқли ҳисобланади.

Ва ниҳоят, астрофизика учун мамнун ва ажабланган тарзда Стивен Ҳокинг ҳеч қандай мукофот олмагани учун бироз хафа бўламан. У ҳақда ҳам худди шу баландпарвоз сўзлар айтилган эди: улкан ҳисса қўшган, аммо моделлари ҳали кузатувларда тасдиқланмаган назариётчи. Шунинг учун кўпчилик ишонганидек, Ҳокинг Нобель мукофотига даъво қила олмайди. Аммо энди Пенроуз мукофотни олгани, менинг фикримча, Ҳокинг ҳам агар у тирик бўлганида, уни олиши мумкинлигини исботлайди. «Замин» янгиликларини «Вконтакти»да кузатиб боринг