Бид шинжлэх ухааны нэн сонирхолтой эрин үед амьдарч байна. Гуравхан жилийн өмнө буюу 2016 оны хоёрдугаар сарын 11-нд Америкийн Нэгдсэн Улсад байрлах LIGO төслөөс Гравитацын долгионыг шууд бүртгэж авснаа зарласан билээ. Харин энэ жил буюу 2019 оны дөрөвдүгээр сарын 11-нд Event Horizon Tele­scope төслийн багийнхан хар нүхний хамгийн анхны зургийг боловсруулснаа ил болголоо.

Гравитацын долгион болоод хар нүх нь Альберт Эйнштейний Харьцангуй Ерөнхий Онолоос шууд гарч ирсэн ойлголтууд юм. 1915 онд Эйнштейн өөрийн харьцангуй ерөнхий онолоо гаргасан бөгөөд энэ онолд масстай биеийн эргэн тойронд огторгуй-хугацаа мурийдаг гэсэн содон санаа агуулагдаж байлаа. Нэг ёсондоо харьцангуй ерөнхий онолын математик тэгшитгэлүүдийн илтгэж буйгаар аливаа масстай биес буюу матери нь огторгуй-хугацааны геометрт нөлөөлдөг, эсрэгээрээ огторгуй-хугацааны геометр нь аливаа биес буюу материйг хэрхэн огторгуй-хугацаагаар хөдлөхийг зааж байдаг болж таарав. Энэ нь ч мөн цаагуураа огторгуй-хугацаа гэдэг зүйл хөндий хий хоосон зүйл биш, харин яг л дэлгээд тавьсан давуутай адил, мурийж, сунаж, мушгирч, долгиолж байдаг гэсэн санааг давхар өгүүлж байлаа. Ньютоны механикаар бол масстай биесийн хооронд гравитацын хүч үйлчилж бие биесээ татлаа гэдэг бол Харьцангуй ерөнхий онолоор масстай бие огторгуй-хугацааг мурийлгаж, тэр мурийлттай огторгуйд өөр биес уг мурийлтаас үүдэн баригдаж байгаа гэсэн үг юм.

Эйнштейний Харьцангуй ерөнхий онолыг шалгахаар Английн астрономичид болох Артур Эддингтон болон Фрэнк Уотсон Дайсон нар 1919 оны нэгдүгээр болон хоёрдугаар саруудад Hyades-ийн бүлэг оддын жинхэнэ байрлалыг тогтоон, уг оныхоо тавдугаар сард нарны бүтэн хиртэлтийн үеэр хэд хэдэн зураг аван, судалж үзэхэд оддын байрлал жинхэнэ байрлалаасаа өөрчлөгдсөн байхыг ажиглажээ. Энэ нь нэг ёсондоо тухайн оддын гэрэл дэлхийд ирэхдээ нарны массаас үүдэн мурийсан гэдгийг илтгэж буй бөгөөд энэ үзэгдлийг гравитацын линзийн үзэгдэл гэдэг. Энэ бол харьцангуй ерөнхий онолыг баталсан хамгийн анхны туршлага байсан юм. Гэхдээ уг онолыг батлах хамгийн том баталгаанууд нь гравитацын долгион болоод хар нүх юм.

ГРАВИТАЦЫН ДОЛГИОН

Масстай бие огторгуй-хугацаагаар хөдлөхөд үүний үр дүнд огторгуй-хугацааны мурийлт ч өөрчлөгддөг. Зарим онцгой тохиолдолд хурдатгалтай хөдөлж буй биет хөдлөхөд огторгуй-хугацааны мурийлтанд өөрчлөлт орж, уг өөрчлөлтийн хөдөлгөөн нь гэрлийн хурдаар долгион байдлаар тархдаг. Яг л усанд чулуу шидэхэд долгион үүсдэг шиг. Уг тархалтыг гравитацын долгион гэдэг. 1916 онд Альберт Эйнштейн гравитацын долгион байх ёстойг өөрийн Харьцангуй Ерөнхий онолоороо харуулсан ба Эйнштейний тэгшитгэлийн шийд нь долгион тэгшитгэл хэлбэртэй бөгөөд үүнийг батлах туршилгын үр дүн дутаж байсан юм.

LIGO ТӨСӨЛ

Гравитацын долгион маш сул хэмжигдэхүүн бөгөөд зайнаас урвуу хамааралтай буюу холдох тусмаа улам сулардаг. Гравитацын долгион маш сул учраас түүнийг мэдрэх маш нарийн мэдрэгч, мөн асар том үүсгэгч шаардлагатай. Тийм үүсгэгчид бол хар нүх, нейтрон од, суперновагийн дэлбэрэлт зэрэг сансрын хамгийн хачирхалтай биетүүд, тэнд явагдах үзэгдлүүдээс гарах боломжтой юм. Ийм нарийн долгионыг бүртгэх бүртгэгч нь LIGO буюу Лазер Интерферометрээр Гравитацын долгионыг ажиглах төв юм. LIGO төслийн үндсэн хоёр ажиглах төв нь Вашингтон мужид орших Ханфорд, нөгөө нь Луизиана мужийн Ливингстонд байрлах бөгөөд хоорондоо 3002 км зайтай буюу гэрлийн хурдтай дохио ойролцоогоор 10 миллисекунд хурдаар туулах зайд оршино. Ингэж хоёр талд байрлуулдаг нь дохионы ирж буй чиглэлийг тодорхойлох боломжийг олгоно. Ажиглалтын төв тус бүрдээ тэгш өнцөгт L-хэлбэрийн 4 км урт интерферометрийн маш өндөр вакум хоолой, мөн толь болон лазерын туссан ба ойсон гэрэл нааш цааш нэвтрэх зам зэргээс бүрдэнэ.

LIGO- Лазер интерферометр нь хоёр юм уу түүнээс дээш тооны гэрлийг нийлүүлж интерференцийн үзэгдэл үүсгэх зориулалттай. Хэрэв нэг гэрлийн долгионы доод утга, нөгөө гэрлийн долгионы дээд утгатай тохирвол харилцан усталцах ба үүнийг устах интерференц гэдэг. Харин хоёр гэрлийн дээд утга давхцан илүү өндөр утгатай дохио болж гарвал үүнийг дэмжих интерференц гэдэг. LIGO–д лазер үүсгүүрээс гарч перпендикуляр хоолойгоор яван буцан ойж, бие биенээ устах интерференц үүсгэхээр тохируулагдсан байдаг ба үр дүнд нь фотодетекторт юу ч бүртгэгдэхгүй. Хэрэв гравитацын долгион явж өнгөрвөл, огторгуй-хугацааг агшааж, эсвэл сунгаснаар уг устгах интерференц эвдэрч, улмаар фотодетекторт фотон бүртгэгдэнэ.

2016 оны хоёрдугаар сарын 11-д LIGO төслийн эрдэмтэд LIGO интеферометрийн өндөр мэдрэх чадвар бүхий детекторын системийн тусламжтайгаар анх удаа гравитацын долгионыг бүртгэж авсан тухайгаа зарласан. Уг гравитацын долгион нь 1.3 тэрбум жилийн тэртээ нарнаас 29 ба 36 дахин их масс бүхий сансрын хоёр хар нүх нэгдэх үед үүсчээ. Үүгээрээ хар нүх байдаг гэсэн давхар шууд нотолгоо болсон юм.

ХАР НҮХ

Эйнштейний Харьцангуй ерөнхий онолын хамгийн анхны онцгой шийдийг 1916 онд Германы физикч Карл Шварцшильд олсон бөгөөд тэрээр хангалттай их масс, нягттай гэрэл хүртэл зугтаж үл чадах одны тухай анх таамагласан бөгөөд энэ нь хожмоо хар нүх гэж нэрлэгдэх зүйлийн эхлэл байлаа.

Шварцшильдийн шийдэд Шварцшильдийн радиус гэдэг хэмжигдэхүүн байдаг ба аливаа биес өөрийн Шварцшильдийн радиуст ороход тэр зүйл асар их гравитацын улмаас хэмжээсгүй цэг буюу сингуляр цэгт төвлөрч, хар нүх болох ёстой. Шварцшильдийн радиус гэдэг нь сансрын хурд гэрлийн хурдтай тэнцүү буюу аливаа гравитацын орноос зугтах хурд нь хамгийн багадаа гэрлийн хурдтай тэнцүү байж байж мултрах радиусын заагийг хэлдэг.Шварцшильдийн радиус нь массаас шууд хамаарч байдаг. Энэ нь масс хэдий чинээ их байх тусам уг радиус төдий чинээ их байна гэсэн үг юм.

ХАР НҮХНИЙ ҮҮСЭЛ БА АНГИЛАЛ

Одод бол асар их хий тоосонцроос бүрэлдсэн, ихэнхдээ устөрөгчийн атомоос тогтох асар их масстай тэнгэрийн эрхис юм. Оддын цөмд халуун цөмийн урвалж явагдаж, устөрөгчийн атомууд урвалд орж гели болдог ба ингэхдээ гэрэл, дулаан ялгаруулж, мөн бусад арай хүнд элементүүдийг үүсгэж байдаг. Оддын халуун цөмийн урвалаас үүссэн цацраг нь тэлж байдаг бол үүнийг оддын асар их массаас үүдэх гравитацын хүч тогтоон барьж байдаг. Тухайн одны цөмд хангалттай түлш буюу устөрөгч байгаа л бол од тэнцвэртэй байсаар л байна. Гэхдээ оддын амьдрах хугацаа гэж байдаг ба жишээ нь жирийн дундаж од болох манай нар 4.6 тэрбум жилийн настай бөгөөд устөрөгчийнхөө хагасыг аль хэдийнэ зарцуулчихсан. Манай нар цаашид таван тэрбум жил амьдрах настай гэсэн таамаг байгаа бөгөөд эцэст нь дэлбэрэн, эргэн тойрныхоо гаригуудыг залгих аварга улаан од болж, үүнийхээ дараа буцан агшиж цагаан одой од болно.Манай нарнаас хавьгүй том оддын хувьд цөмд нь байгаа асар их даралт болон температураас болж хүнд элементүүд үүсэх боломжтой болдог. Ингэж элементүүд үүссээр хамгийн сүүлд төмөр үүснэ. Бусад элементүүдтэй адилгүй нь төмөр нэгдэх урвалаас үүсэхдээ энерги ялгаруулдаггүй ба нэгэнт төмөр үүссэн л бол нэмэгдэж явсаар тодорхой утганд хүрэхэд, тухайн одны халуун цөмийн урвалаас үүсэх цацраг одны асар их гравитацыг эсэргүүцэж чадахгүйн улмаас одны цөм өөрөө өөр дээрээ унаж, харин одны гадаад давхраа нь супернова болон тэсэрдэг. Од тэсрэхэд үлдсэн цагаан одой од нарнаас 1.4 дахин их масстай бол бүх электрон нь атомын цөм рүүгээ унан протонтойгоо нэгдэж зөвхөн нейтроноос тогтох нейтрон од, эсвэл сингуляр цэг хүртлээ агшиж гэрэл хүртэл үл зугтаж чадах хар нүх болдог.

Хар нүхийг ерөнхийд нь эргэлтгүй тогтвортой хар нүх болон эргэлдэж буй хар нүх хэмээн хоёр хуваан авч үздэг. Эргэлтгүй тогтвортой хар нүхийг Шварцшильдийн хар нүх гэдэг. Ийм хар нүх нь байгаль дээр бараг байх боломжгүй бөгөөд идеал тохиолдол юм. Ийм хар нүх зөвхөн сингуляр цэг болон үзэгдлийн хаяавч зэргээс тогтоно. Эргэлтгүй хар нүхний хувьд зөвхөн тойрсон хуйлралын диск л харагдах ба үүний хамгийн дотоод хэсгийг хамгийн тогтвортой дотоод орбит гэдэг бөгөөд хар нүхний төвөөс Шварцшильдийн радиус хүртэлх зайг гурав дахин авсантай тэнцүү зайд байдаг.

Харин эргэлдэж буй хар нүхийг Керрийн хар нүх гэдэг бөгөөд Шинэ Зеландын математикч Рой Керр Эйнштейний орны тэгшитгэлд бас нэгэн шийд олсон ба уг шийд нь эргэлдэж буй хар нүхийг таамагласан. Эргэлдэж буй хар нүх нь байгаль дээр хамгийн түгээмэл хар нүх бөгөөд түүнийг үүсэхээс өмнөх од нь эргэлдэж байсан учир өнцөг момент хадгалагдах хууль /физикийн үндсэн хадгалагдах хуулиудын нэг/ ёсоор, хар нүх ч мөн эргэлдэх ёстой. Эргэлдэж буй хар нүх нь цагираг сингуляр, үзэгдлийн хаяавч, эргосфер, статик хязгаар зэргээс тогтдог. Эргосфер гэдэгт эргэлдэж буй хар нүх эргэн тойрныхоо огторгуй-хугацааг цугт нь чирч эргэлдэж байгаа хэсгийг нь хэлдэг. Харин статик хязгаар гэдэг нь эргосфер болон ердийн огторгуйн заагийг хэлдэг. Эргэлдэж буй хар нүхний хувьд хар нүх хэдий чинээ хурдан эргэнэ, хамгийн тогтвортой дотоод орбит нь үзэгдлийн хаяавч руу төдий чинээ ойртох болно.

EVENT HORIZON TELE­SCOPE (EHT) ТӨСӨЛ

2019 оны дөрөвдүгээр сарын 10-нд Event Hori­zon Telescope төслийнхөн хар нүхний хамгийн анхны зургийг боловсруулснаа ил болголоо. EHT төсөл нь долоон жил үргэлжилсэн төсөл бөгөөд олон орны 60 институт, 200 гаруй эрдэмтэн, судлаачдаас бүрдсэн төсөл юм. Event Horizon Telescope гэдэг телескопийн систем нь дэлхийн найман газарт байрлах найман радио телескопуудаас бүрддэг.

Эдгээр ажиглалтын төвүүд нь very-long-baseline interferometry (VLBI) буюу маш урт баазлайн интерферометр гэдэг аргачлалыг ашигладаг бөгөөд энэ аргачлалаар найман байрлалд байгаа бүлэг телескопуудыг синхронд оруулж, дэлхийн өөрийнх нь эргэлтийг ашиглан дэлхийн хэмжээтэй аварга телескоп үүсгэсэн. Уг аргачлал нь EHT телескопийг 20 микро-арксекундын өнцөг нягтралтай болох боломжтой болгосон бөгөөд энэ нь Парисаас Нью-Йоркод байгаа сонинг уншиж болмоор өндөр нягтралтай гэсэн үг.

Ийм хүчирхэг телескопын системийн ачаар маш удаан хүлээсэн хар нүхний шууд нотолгоо болсон зургийг харах боломжтой болсон. Уг зурган дээрх хар нүх нь охины ордод байх аварга эллиптик галактикийн төвд байрлах супер хар нүх Messier 87 бөгөөд манай нарнаас 6.5 тэрбум дахин их масстай ба биднээс 55 сая гэрлийн жилийн алсад байгаа юм. Уг хар нүхний сүүдэр буюу харанхуй хэсэг нь хэмжээгээрээ манай нарны аймагтай дүйнэ.

Зургаас харахад харьцангуй ерөнхий онолын таамаглаж байсан хар нүхний сүүдэр хэсэг буюу төв хэсэгтээ байгаа бөгөөд харин гэрэл гарч буй хэсэг нь хар нүхэнд татагдсан асар их хий тоосонцроос тогтох хуйлралын диск маш хурдтай эргэлдсэнээс болж ялгарч буй цацраг юм. Зургийн нэг хэсэг нь илүү тод, нөгөө хэсэг нь бүдэг байгаа нь эргэлдэж буй хар нүхнээс үүдэн нааш цацагдсан асар хурдтай цацрагууд ийнхүү тодорч харагдаж байгаа юм.

Уг хар нүхний зургийн дата нь таван петабайт буюу 5x1015 байт хэмжээний асар их өгөгдөл бөгөөд үүнийг интернэтээр дамжуулах ямар ч боломжгүй учир хагас тонн гаруй хатуу дискэнд хуулан 2017 онд Германы Макс Планкийн Институт болон АНУ-ын Массачусетсийн Технологийн Институтэд тус тус аваачин суперкомпьютерээр хоёр жил гаруй боловсруулан нэгтгэж, ийнхүү хар нүхний хамгийн анхны зургийг хүргэж байгаа билээ.

Ингэж Альберт Эйнштейний Харьцангуй ерөнхий онол хоорондоо гурван жилийн зайтай хоёр ч том туршлагыг амжилттай даван гарлаа. Хамгийн гайхалтай нь энэ бүхэн тэртээ 100-гаад жилийн өмнө математик тэгшитгэлээс гарч ирсэн таамаглал байсан хэдий ч, үнэндээ бодит байдал болохыг бид одоо харж байна.

Физик технологийн хүрээлэнгийн Эгэл бөөм цөмийн физикийн салбар ЭШАЛ.Мөнхжаргал