Yeni qara dəlik təsvirləri Eynşteyn nəzəriyyəsini sual altına ala bilər

Qara Dəlik Şəkilləri Eynşteyn Nəzəriyyəsini Sınağa Çəkəcək

Yeni araşdırmalar göstərir ki, gələcəkdə qara dəliklərin daha dəqiq şəkilləri elm adamlarına bu obyektlərin Albert Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsi ilə dəqiq təsvir edilib-edilmədiyini, yoxsa alternativ nəzəriyyələr tərəfindən daha yaxşı modelləşdirildiyini müəyyən etməyə imkan verə bilər.

Bu cür qara dəliklərlə bağlı tədqiqatlar, Event Horizon Teleskopu (EHT) tərəfindən tətbiq edilən qara dəlik təsvirindəki irəliləyişlər sayəsində mümkün olub. EHT 2019-cu ildə ilk qara dəlik şəklini çəkmişdi. Bu şəkil, uzaq M87 galaktikasının mərkəzindəki ifrat kütləli qara dəliyə fokuslanmışdı. Qalaktikamızın özünün də Oğlaq A* (Sgr A*) adlı mərkəzi ifrat kütləli qara dəliyi var və EHT əməkdaşlığı 2022-ci ildə onun da şəklini açıqladı.

Lakin qeyd etmək vacibdir ki, qara dəliklər qravitasiya təsirinin o qədər gücləndiyi fəza bölgələridir ki, hətta işığın da oradan qaçmaq üçün kifayət qədər sürəti yoxdur. Beləliklə, EHT tərəfindən çəkilən şəkillər əslində qara dəliklərin özünü göstərmir. Əksinə, onlar bu boşluqların ətrafında fırlanan olduqca isti maddəni izləyir. M87* və Sgr A* şəkillərində gördüyümüz əslində bu qara dəliklərin kölgələridir.

Gələcək Təsvirlər Ümumi Nisbiliyi Necə Sınağa Çəkəcək?

Son araşdırmanın qrupu iddia edir ki, bu kölgələrin gələcək şəkilləri bir gün ümumi nisbilik nəzəriyyəsindən kiçik sapmaları göstərə biləcək. Bu, elm adamlarına qara dəlikləri həqiqətən təsvir edən "reseptin" nə olduğunu araşdırmağa imkan verəcək.

Şanxay Jiao Tong Universitetinin tədqiqat rəhbəri Axil Uniyal Space.com-a verdiyi müsahibədə bildirib: "Biz Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsi tərəfindən proqnozlaşdırılan qara dəliklərin ətrafındakı isti qazın şəkillərini ümumi nisbilikdən sapmalarla proqnozlaşdırılan şəkillərlə müqayisə etmək üçün praktik, simulyasiyalarla dəstəklənən bir yol inkişaf etdirdik. Qaz və maqnit sahələrinin bir çox hipotetik qara dəlik fəza-zamanı üçün realist üçölçülü simulyasiyaları sintetik şəkillər yaratdı və iki şəklin nə qədər fərqli olduğunu ölçən şəkil müqayisə ölçülərini təyin etdi."

Uniyal əlavə edib: "Əsas nəticə odur ki, bir çox alternativlər bugünkü şəkil keyfiyyətində "standart" qara dəliyə çox bənzəsə də, təsvir qətnaməsi və dəqiqliyi yaxşılaşdıqca fərqlər proqnozlaşdırıla bilən şəkildə artır, bu da yeni nəsil üfüq miqyaslı təsvirlərin Eynşteynin qara dəliklərini Eynşteyn olmayan qara dəliklərdən ayırd edə biləcəyini göstərir."

Eynşteynin Qara Dəlik Resepti

1915-ci ildə, EHT qara dəlik şəklini çəkməzdən 100 ildən çox əvvəl, Albert Eynşteyn qravitasiya üzrə "həndəsi nəzəriyyəsini", daha çox ümumi nisbilik nəzəriyyəsi kimi tanınan konsepsiyasını irəli sürdü. O vaxta qədər qravitasiyanın ən yaxşı təsviri İsaak Nyutonun nəzəriyyəsi idi.

Nyutondan fərqli olaraq, Eynşteyn kütləyə malik obyektlərin fəza və zamanın vahid bir varlıq kimi birləşdiyi "fəza-zaman" toxumasını əydiyini irəli sürdü. Və bizim "qravitasiya" kimi təcrübə etdiyimiz şey bu əyilmədən qaynaqlanır. Obyektin kütləsi nə qədər böyük olarsa, fəza-zamanı bir o qədər ekstremal əyər və qravitasiya təsiri də bir o qədər artar.

Qara dəliklər anlayışı ümumi nisbilik nəzəriyyəsindən 1916-cı ildə, Birinci Dünya Müharibəsinin Şərq Cəbhəsində xidmət edən astrofizik Karl Şvarsşildin ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin əsasını təşkil edən tənliklərə bir həll yolu tapması ilə meydana gəldi. Bu həllər göstərdi ki, ümumi nisbilik nəzəriyyəsi fəza-zamanın sonsuz dərəcədə kiçik bir bölgəsində, kütlənin sonsuz sıx olduğu yerdə, fizika qanunlarının pozulduğunu proqnozlaşdırır. Bu nöqtə qara dəliyin mərkəzindəki təklikdir. Bu həll həmçinin göstərdi ki, təklik ətrafında Şvarsşild radiusu adlanan bir limit mövcud olmalıdır ki, bu bölgədən qaçış sürəti işıq sürətini aşsın. Bu, qara dəliyin işığı tutan xarici sərhədi və ya hadisə üfüqü kimi tanınacaqdı.

Bununla belə, elm adamları uzun müddətdir ki, ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin qara dəliklər üçün doğru "resept" olmaya biləcəyini fərz edirlər. Bu cəlbedici bir ehtimaldır, çünki qara dəliklərin digər nəzəriyyələri fizikanın, o cümlədən ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin dağıldığı narahatedici mərkəzi təklik ehtiva etməyə bilər.

Digər tərəfdən, bu alternativ nəzəriyyələr çox vaxt çox xüsusi xüsusiyyətlərə malik maddə və ya hətta fizika qanunlarının digər pozuntularını tələb edir.

Uniyal bildirib: "Ümumi şəkildə desək, ümumi nisbilik nəzəriyyəsi tərəfindən təsvir edilən standart fırlanan qara dəliklər, yəni Kerr qara dəliklər var, sonra isə müxtəlif nəzəriyyələrlə motivasiya olunmuş bir sıra alternativlər mövcuddur. Bütün bu alternativlər Eynşteyn tərəfindən irəli sürülənlərdən daha mürəkkəbdir, lakin onlar təkzib olunana qədər nəzəri cəhətdən etibarlı qalır."

Qara Dəlik Kölgələri Gizli Sirləri Necə Açacaq?

Alternativ nəzəriyyələri sınaqdan keçirməyə əsas maneə hadisə üfüqüdür, bu da qara dəliyin daxilindən hər hansı bir məlumatın xarici müşahidəçiyə çatmasına mane olur. Qara dəliklərin təsvirinin artıq bir faktor olması və bu təsvirin yaxın gələcəkdə təkmilləşdirilməsi ilə Uniyal və həmkarları elm adamlarının bu şəkillərdə və qara dəliklərin kölgələrində ümumi nisbilik nəzəriyyəsindən sapmanı göstərə biləcək nə görə biləcəklərini müəyyən etməyə başladılar.

Uniyal izah edib: "Qara dəlik kölgəsi, foton tutulması və güclü qravitasiya linzası ilə əmələ gələn qaranlıq siluetdir ki, bu da kompakt obyektə çox yaxın fəza-zaman həndəsəsini kodlayır. Kiçik metrik sapmalar kölgənin ölçüsündə və formasında, habelə ətrafında işıq halqalarının necə əmələ gəlməsində kiçik, sistematik dəyişikliklərə çevrilir. Beləliklə, kölgəni dəqiq ölçmək, əsas qravitasiyanın Eynşteynin proqnozlarına uyğun gəlib-gəlmədiyinin birbaşa diaqnostikasını təmin edir."

"Qara dəlik ətrafındakı fəza-zaman hissəcik orbitlərini və işıq yollarını idarə etdiyi üçün, kiçik metrik dəyişikliklər qazın hara orbit etdiyini və necə şüalandığını dəyişdirə bilər, bu da yığılma dinamikasını, jetlərin buraxılma bölgələrini, şüalanma səmərəliliyini və uzaq müşahidəçilər tərəfindən görünən parlaqlıq və polarizasiya nümunələrini dəyişə bilər. Həddindən artıq hallarda, fərqli bir daxili quruluş, məsələn, əsl hadisə üfüqünün olmaması, keyfiyyətcə fərqli müşahidə siqnallarına da səbəb ola bilər."

Tədqiqatçı əlavə edib ki, qara dəliklərin kifayət qədər ətraflı gələcək şəkli, məlumatların ümumi nisbilik nəzəriyyəsi ilə təsvir edilən "a" qara dəliyi ilə, yoxsa alternativ bir nəzəriyyə ilə təsvir edilən "b" qara dəliyi ilə daha uyğun olduğunu müəyyən etmək üçün qiymətləndirilə bilər.

Uniyal bildirib: "Nəticələrimiz göstərir ki, hansı 'a' və ya 'b' qara dəlikləri nəzərə alınsa da, fərqlər kiçik olacaq və buna görə də çox dəqiq ölçmələr lazımdır. Xoşbəxtlikdən, bu müşahidələr yaxın gələcəkdə mümkün olacaq. İki ruhlandırıcı və bir qədər təəccüblü nəticə o oldu ki, modellər arasındakı fərqlər təsvir qətnaməsi yaxşılaşdıqca sistematik və proqnozlaşdırıla bilən şəkildə artır, yəni daha yüksək dəqiqlikli şəkillər həqiqətən sınaq gücünü artıracaq və araşdırma modellərin ayırd edilə bildiyi şəkil uyğunsuzluğu üçün konkret, faiz səviyyəsində rəqəmsal anlayış yaratdı, bu da gələcək rəsədxanalar üçün aydın hədəflər verir."

Bu araşdırma üçün növbəti addımlar EHT-ni təşkil edən 11 alətin şəbəkəsinə əlavə teleskopların əlavə edilməsi, habelə potensial kosmik Çox Uzun Baza İnterferometriya alətlərinin araşdırılması yolu ilə qara dəlik təsvirinin keyfiyyətini artırmaq üçün davamlı axtarışı əhatə edir.

Uniyal qeyd edib: "Müxtəlif astrofiziki ssenarilərin araşdırılması Kerr qara dəliklərindən sapmalara kəmiyyət məhdudiyyətləri qoya bilər, ya da mövcud olarsa, gələcək müşahidələrin köməyi ilə alternativ nəzəriyyələrin imzalarını aşkar edə bilər."

24 saat