Ikki qora tuynuk qoʻshiladi

Ikki qora tuynuk qanday qilib spiral boʻylab yaqinlashgani, fazoning oʻzini silkitgani va 1,3 milliard yildan soʻng Yerda eshitilgani

3D da koʻring

Qadamma-qadam

Qora tuynuklar juftligi

Har biri massiv yulduzdan qolgan qoldiqdir. Kattasining gorizonti taxminan 210 km, kichigining gorizonti taxminan 170 km kenglikda, bir shahardan katta emas; shunga qaramay har birining atrofida orqadagi yulduzlar nuri yoylar va halqalarga egiladi. Bunday ikki tuynuk qanday qilib birga aylana boshlashi hali ham bahsli: ular bir juft ulkan yulduz boʻlib tugʻilgan yoki gavjum yulduz toʻdasida uchrashgan boʻlishi mumkin.

Ularni tashqaridan hech narsa itarmaydi. Orbitasi fazoning oʻzida hosil qilgan toʻlqinchalarga energiya yoʻqotadi va shu sababli kichrayadi: avvaliga sekin, keyin tobora tezroq. Bu masofada ularga taxminan ellik daqiqa qoldi.

Fazodagi toʻlqinlar

Aylanar ekan, ular fazoning oʻzini silkitadi. Gravitatsion toʻlqinlar yorugʻlik tezligida tarqalib, fazoni bir tomonga choʻzadi va boshqa tomonga siqadi, har aylanishda ikki marta.

Albert Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi bu toʻlqinlarni 1916-yilda bashorat qilgan. Harakati oʻzgargan har qanday massa ularni chiqaradi, ammo faqat juda tez harakatlanayotgan ulkan massalargina sezilarli darajada kuchli toʻlqinlar hosil qiladi. Bu yerda ular orbita tekisligida chizilgan: fazo choʻzilgan joylar oltin rangda, siqilgan joylar koʻk rangda; har bir qism toʻlqinning shu qismi yoʻlga chiqqanda juftlik nima qilayotganini koʻrsatadi.

Toʻlqinlar energiyani olib ketadi va bu energiya orbitadan olinadi. Shunday boʻlsa-da, hatto million kilometr uzoqlikda ham ular fazoni atigi milliondan bir qismcha choʻzadi. Soniyasiga taxminan bir marta koʻtarilib-tushadigan bu sekin toʻlqinlarni Yerdagi hech bir detektor sezmaydi.

Tobora tezroq

Vaqt tezlashtirilgan: orbita kichraygan sari tezlashadi, toʻlqinlar esa kuchayadi. Soʻnggi ellik daqiqada tuynuklar 10 000 km dan taxminan 900 km gacha yaqinlashadi va soniyasiga 17 marta aylanadi.

Tuynuklar qanchalik yaqin boʻlsa, shunchalik tez harakatlanadi va chiqaradigan toʻlqinlari kuchliroq boʻladi, shu sababli orbita energiyasini yanada tezroq yoʻqotadi. Spiral oʻz-oʻzidan tezlashib ketadi: bu ellik daqiqaning koʻp qismi keng, sekin aylanishlarda oʻtadi, soʻnggi ming kilometr esa soniyaning uchdan biridan ham kamroq davom etadi.

Toʻlqinlar balandligi orbitaning soniyasiga aylanishlaridan ikki barobar koʻp. U soniyasiga taxminan 30 tebranishdan oshganda, yaʼni LIGO detektorlari sezadigan darajaga yetganda, tuynuklar bir-biriga nisbatan yorugʻlik tezligining uchdan biri bilan harakatlanadi.

Soniyaning soʻnggi beshdan biri

Taxminan yetmish marta sekinlashtirilgan: soniyaning soʻnggi beshdan birida tuynuklar yana besh marta aylanadi va yorugʻlik tezligining yarmidan ham tezroq harakatlanib, taxminan 320 km gacha yaqinlashadi.

LIGO eshitgan qism aynan shu: soniyaning beshdan birida taxminan oʻnta tebranish, balandlik soniyasiga taxminan 35 dan 150 tebranishgacha koʻtariladi, kuchi esa toʻxtovsiz ortadi. Tovushga aylantirilganda u qush chugʻurlashi kabi koʻtariladi, olimlar ham uni shunday atashadi: «chirp».

Bunchalik yaqinlikda tuynuklar fazoni shu qadar kuchli egadiki, spiralning oddiy formulalari ishlamay qoladi. Ularni oxirigacha faqat Eynshteyn tenglamalarini yechuvchi superkompyuterlar kuzata oladi. Olimlar massalarni, 36 va 29 Quyosh massasini, LIGO oʻlchaganini minglab shunday modellar bilan solishtirib topishgan.

Ikkisi bittaga aylanadi

Gorizontlar bir-biriga tegib, qoʻshilib ketadi. Endi uch Quyosh massasi gravitatsion toʻlqinlarga aylandi, uning koʻp qismi soniyaning soʻnggi beshdan birida; choʻqqisida ular kuzatiladigan olamdagi barcha yulduzlardan koʻproq quvvat olib ketadi.

Choʻqqida toʻlqinlar taxminan 3,6 × 10⁴⁹ vatt olib ketadi, bu kuzatiladigan olamdagi barcha yulduzlar nurining jamidan qariyb ellik baravar koʻp, lekin faqat soniyaning bir necha mingdan birida. Hammasi boʻlib 36 va 29 Quyosh massasidan 62 lik tuynuk hosil boʻldi: yetishmayotgan uchtasi toʻlqin boʻlib ketdi.

Qoʻshilishning oʻzi bu yerda soddalashtirib chizilgan. Superkompyuter modellari aslida nima boʻlishini koʻrsatadi: ikki gorizont bitta, notekis gorizontga birlashadi va u tezda shaklini topadi. Bu jarayon davomida toʻlqinlardan boshqa hech narsa chiqib ketmaydi: boʻsh fazoda qoʻshilayotgan ikki qora tuynuk umuman yorugʻlik chiqarmaydi.

Bitta qora tuynuk

Qolgani 62 Quyosh massali bitta qora tuynuk, uning gorizonti soniyasiga taxminan 100 marta aylanadi. U urilgan qoʻngʻiroqdek, soniyasiga taxminan 250 tebranish bilan jarangladi va deyarli darhol jim boʻldi.

Bu jarang yangi gorizontning shaklini topishidir. Uning balandligi va qanchalik tez soʻnishi faqat tuynukning massasi va aylanishiga bogʻliq, umumiy nisbiylik nazariyasi aynan shuni bashorat qiladi, LIGO eshitgani esa bunga mos keladi.

Stiven Xoking 1971-yilda qora tuynuklar gorizontlarining umumiy yuzasi hech qachon kichraya olmasligini koʻrsatdi. Bu yerda ikki gorizontning yuzasi jami taxminan 230 000 km² edi; yangisiniki taxminan 370 000 km², yaʼni koʻproq, garchi uch Quyosh massasi yoʻqotilgan boʻlsa ham. 2025-yilda aniqroq eshitilgan qoʻshilish, GW250114, buni har qachongidan ravshanroq tasdiqladi.

Olam boʻylab

Toʻlqinlar yorugʻlik tezligida uzoqlashadi, tarqalgan sari zaiflashadi. Bir soniyadan sal koʻproq vaqtda ular Yerdan Oygacha boʻlgan masofani, sakkiz daqiqada esa Yerdan Quyoshgacha boʻlgan masofani bosib oʻtadi.

Ularning kuchi masofaga mutanosib kamayadi: oʻn barobar uzoqda — oʻn barobar zaif. Yorugʻlikdan farqli oʻlaroq, ular yulduzlar, gaz va chang orqali hech narsa yoʻqdek oʻtadi, shuning uchun yoʻlga chiqqanidek, faqat zaifroq holda yetib keladi.

Ular 1,3 milliard yil yoʻl bosdi. Ular yoʻlga chiqqanda Yerdagi hayot hali asosan bir hujayrali edi. Yoʻlda olam kengaydi va ularni ham choʻzdi: ular chiqqanidan 9% uzunroq va pastroq ohangda yetib keldi, olimlar massalarni hisoblashda buni hisobga oladi.

LIGO eshitadi

2015-yil 14-sentabr, soat 09:50:45 UTC da toʻlqinlar janubiy osmon tomondan Yerni kesib oʻtdi. LIGOning Livingstondagi (Luiziana) detektori ularni birinchi sezdi; 3000 km naridagi Xenforddagi (Vashington) detektor esa soniyaning 7 mingdan biri oʻtib.

Har bir LIGO detektori 4 km uzunlikdagi ikki yelkadan iborat L harfi boʻlib, ularda lazer nuri u yoqdan-bu yoqqa yuradi. Oʻtayotgan toʻlqin bir yelkani choʻzib, ikkinchisini siqadi; choʻqqida bu yelkalar uzunligi proton kengligining taxminan mingdan biricha oʻzgardi va LIGO buni oʻlchadi.

Toʻlqinlar yorugʻlik tezligida harakatlangani uchun detektorlar orasidagi 7 ms manbani janubiy osmondagi halqaga joylashtirdi; ikki detektor bundan ortigʻini ayta olmasdi. Amerikada tun edi: Luizianada tonggi soat 4:50. Bu yerda vaqt taxminan oltmish marta sekin oʻtadi.

Yana yuzlab

Gravitatsion toʻlqinlar ilk bor qayd etildi, Eynshteyn ularni bashorat qilganidan bir asr keyin. 2025-yilga kelib detektorlar taxminan 300 ta qora tuynuk qoʻshilishini eshitdi, har bir necha kunda bittadan.

Bu kashfiyot Rayner Vays, Barri Barish va Kip Tornga 2017-yilgi fizika boʻyicha Nobel mukofotini keltirdi. Endi LIGO Italiyadagi Virgo va Yaponiyadagi KAGRA bilan birga tinglaydi: uch yoki undan koʻp detektor bilan manbani osmonda ancha aniqroq topish mumkin.

Hozirgacha eshitilgan eng ogʻir juftlik, GW231123, taxminan 225 Quyosh massali qora tuynuk hosil qildi. 2017-yilda ikki neytron yulduzining toʻqnashuvi eshitildi, keyin teleskoplar oltin kabi ogʻir elementlar yaratiladigan portlash nurini tutdi.