Gravitatsiya to‘lqinlari yoki gravitatsion to‘lqinlar — bu tezlanish bilan harakatlanayotgan massalar hosil qiladigan fazo-vaqt to‘qimasidagi tebranishlardir. Oddiy qilib aytganda, massa mavjud bo‘lsa, gravitatsion kuch ham yuzaga keladi.
Massaga ega obyekt tezlanganda, gravitatsiya manbadan cheksiz kosmik fazoga tomon fazo-vaqt to‘qimasi orqali yorug‘lik tezligida to‘lqinsimon tarzda tarqaladi. Bu gravitatsiya to‘lqinlari deb ataladi.
Bu nazariya ilk bor 1905-yilda Anri Puankare (Henri Poincare) tomonidan ilgari surilgan va 1916-yilda Albert Eynshteyn (Albert Einstein) tomonidan uning nisbiylik nazariyasi asosida bashorat qilingan.
Kuzatuv astronomiyasi tarkibida gravitatsion-to‘lqin astronomiyasi deb ataladigan yo‘nalish mavjud. Bu sohada gravitatsiya to‘lqinlari qayd etilib, qo‘shaloq yulduz tizimlari haqida kuzatuv ma’lumotlari yig‘iladi. Bunday tizimlar neytron yulduzlar, oq mittilar, qora tuynuklar va boshqa obyektlardan iborat bo‘lishi mumkin. Bu to‘lqinlar supernova kabi hodisalarni, shuningdek, ilk koinot — Katta portlashdan keyin shakllangan dastlabki koinotning paydo bo‘lishini tushunish uchun ham o‘rganiladi.
Rasm (a): Gravitatsion to‘lqinlar spektri. Bu rasmda gravitatsiya to‘lqinlarining chastota spektri, ularning manbalari hamda detektorlari ko‘rsatilgan.
Gravitatsion to‘lqinlarning nazariy asosi 1916-yilda yaxshi shakllantirilgan bo‘lsa-da, ular amalda bir necha o‘n yilliklardan keyin kuzatildi. Jozef H. Teylor kichik (Joseph H. Taylor Jr.) Rassell A. Hals (Russell A. Hulse) bilan birga 1993-yilda gravitatsiya to‘lqinlari mavjudligini ilk bor bilvosita aniqlagani uchun nufuzli Nobel mukofotiga sazovor bo‘ldi. Keyinchalik, 2015-yilda LIGO observatoriyasida gravitatsiya to‘lqini birinchi marta bevosita qayd etildi.
Gravitatsion to‘lqinlar nimadan hosil bo‘ladi?
Barchasi Eynshteyn tomonidan butun koinot mutlaqo yangi nuqtayi nazardan qayta tasavvur qilinganidan boshlandi. U o‘zining inqilobiy nazariyasi — nisbiylik nazariyasida koinot modelini yaratdi. Eynshteyn fazo va vaqtni bir-biridan ajralmas, butun koinot bo‘ylab mato kabi yoyilgan birlik sifatida ko‘rdi. Shu sababli u buni fazo-vaqt to‘qimasi deb atadi. Koinotdagi hamma narsa ana shu to‘qima ustida “suzib” yuradi. Gravitatsiya fazo-vaqtdagi egrilik natijasi deb qaraladi, bu egrilik esa massaning mavjudligi tufayli yuzaga keladi. Umuman olganda, ma’lum bir hajm ichida massa qancha ko‘p jamlansa, shu hajm chegarasi yaqinidagi egrilik shuncha kuchli bo‘ladi.
Koinotdagi hamma narsa dinamik holatda bo‘lgani uchun, massaga ega obyektning fazo-vaqt bo‘ylab yoki uning ichida harakatlanishi tabiiydir. Obyektlarning harakati ularning joylashuvi o‘zgarishini aks ettirish uchun egrilikning ham o‘zgarishiga olib keladi. Ayrim holatlarda tezlanayotgan massalar fazo-vaqt egriligida o‘zgarish hosil qiladi. Bu o‘zgarish to‘lqinsimon shaklda, yorug‘lik tezligida tashqariga tarqaladi. Ana shu tarqalish hodisasi gravitatsion to‘lqinlar deb ataladi.
Gravitatsiya to‘lqini tarqalganda, obyektlar orasidagi masofa ham shu to‘lqin chastotasiga mos ravishda o‘zgaradi. Bunday ta’sirning kattaligi manbadan bo‘lgan masofaning kvadratiga teskari proporsionaldir. Nazariy jihatdan gravitatsion to‘lqinlar har qanday chastota diapazonida mavjud bo‘lishi mumkin. Chastotaning eng chekka qiymatlarini asboblarimiz imkoniyatlari cheklanganligi sababli aniqlab bo‘lmaydi. Biroq Verner Izrael (Werner Israel) va Stiven Xoking (Stephen Hawking) tomonidan aniqlanishi mumkin bo‘lgan gravitatsiya to‘lqinlarining turli chastota diapazonlari keltirilgan. Bu diapazon 10-7 Hz dan 1011 Hz gacha bo‘lgan oraliqni qamrab oladi.
Quyida gravitatsion to‘lqinlarning bir necha muhim jihatlari keltirilgan:
- Koinotni o‘rganish uchun yangi imkoniyat ochadi
- Gravitatsion hodisalar hamma joyda bir vaqtning o‘zida sodir bo‘ladi degan Nyuton nazariyasini inkor etadi
- Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasini tasdiqlaydi
- Gravitatsion to‘lqinlar spektrining kashf etilishiga hissa qo‘shgan
- Yangi qurilmalar va texnologiyalar yaratilishiga olib kelishi mumkin
Yuqorida gravitatsion to‘lqinlarning ayrim muhim jihatlari sanab o‘tildi. Gravitatsion to‘lqinlar olimlarga Katta portlash fizikasi haqida, boshqa hech qanday usul bilan kuzatib bo‘lmaydigan davrlarga oid ma’lumot olish imkonini berishi mumkin. Koinotning ilk lahzalarida ikkita fundamental kuch — kuchsiz yadroviy kuch va elektromagnit kuch — bir-biridan farqlanmagan. Bu kuchlar ajralgan paytda ular gravitatsion to‘lqinlar hosil qilgan bo‘lishi mumkin.
