Qora energiya

Kosmologiya va astronomiyada qora energiya energiyaning nomaʼlum shakli boʻlib, u koinotga eng katta miqyosda taʼsir qiladigan kuchlardan biri. Qora energiyaning asosiy taʼsiri koinotning kengayishini tezlashtirishdir. Katta portlash nazariyasiga tayangan holda, qora energiya koinotning dominant komponenti boʻlib, hozirgi koinotdagi jami energiyaning 68% ni qora energiya, qora materiya 26% va barionlar esa 5% ni tashkil qiladi. Neytronlar va fotonlar kabi boshqa komponentlar 1% ni tashkil qilgan holda deyarli ahamiyatsiz hisoblanadi. Qora energiyaning zichligi juda katta boʻlib: tahminan uning zichligi 7×10−30 g/sm3 ni tashkil qiladi (massa-energiyasida 6×10−10 J/m3), galaktikalar ichidagi qora materiya yoki qora energiyaning zichligidan ancha kuchliroq. Qora energiya koinotda muhim ahamiyatga ega, chunki u kosmosning hamma joyida bir xil va oʻzgarmasdir.

Qora energiya mavjudligining birinchi kuzatuv dalillari oʻta yangi yulduzlarning yorugʻlik oʻlchovlarini oʻlchashi hisobiga olingan. IA guruhiga kiruvchi oʻta yangi yulduzlar doimiy yorugʻlikka ega, yaʼni ular aniq masofa oʻlchovlari sifatida ishlatilishi mumkin. Bu masofani oʻlchash uslubi koinot kengayishi tezlashayotganini koʻrsatadi. Bu kuzatuvdan avval olimlar koinotdagi materiya va energiyaning tortishish kuchi vaqt oʻtishi bilan olam kengayishini sekinlashishiga olib keladi deb oʻylashgan. Olamning kengayishi tezlashishing kashf etilgandan beri, qora energiya mavjudligini tasdiqlovchi bir nechta asosli dalillar topilgan.

Qora energiyaning aniq tabiati sir boʻlib qolmoqda va tushuntirishlar juda koʻp. Asosiy nazariyalar kosmologik konstanta (boʻshliqni bir hil toʻldiruvchi doimiy energiya zichligini ifodalaydigan nazariya) va kvintessensiya va moduli kabi skalyar maydonlar haqidagi nazariyalar hisoblanadi(vaqt va makonda oʻzgaruvchan energiya zichligiga ega dinamik miqdorlar haqidagi nazariya). Kosmologik konstanta vaqt va makonda doimiy boʻlib qoladi, skalyar maydonlar esa oʻzgarishi mumkin. Bu nazariyalarda qora energiyaning oʻzaro taʼsiridan tashqari kuzatuvchi effekti va kosmologik bogʻlanishlar haqida ham asosli fikrlar ilgari surilgan.

Enshteynning kosmologik konstantasi 
Kosmologik konstanta – bu Enshteynning nisbiylik nazariyasi va maydon tenglamalariga qoʻshilishi mumkin boʻlgan doimiy atama. Agar maydon tenglamasi atama sifatida qaralsa, uni boʻsh joy massasiga (kontseptual jihatdan ijobiy yoki salbiy boʻlishi mumkin) yoki vakuum energiyasiga ekvivalent sifatida koʻrish mumkin.

Kosmologik konstanta Enshteyn tomonidan birinchi marta gravitatsion kuchni ifodalash uchun ishlatilgan va bu qora energiyadan samarali foydalangan holda statik koinotga olib keladigan gravitatsion maydoni tenglamasining yechim mexanizmi sifatida taklif qilingan. Enshteyn kosmologik konstantning ramziy belgisi sifatida Λ (gerkcha lambda) belgisini bergan.

1980-yillarda kosmologik tadqiqotlarning aksariyati faqat materiyadagi kritik zichlikka ega modellarga asoslangan. Bu tadqiqotlarda koinotning 95%i qora materiya va 5%i oddiy materiya (barionlar)dan tashkil topgan degan tushuncha mavjud boʻlgan. Ushbu modellar gallaktikalarning shakllanishini tavsiflab bergan, ammo 1980-yillarning oxirlarida bu modellarda baʼzi kamchiliklar paydo boʻlgan: xususan, model Hubble konstanti uchun talab qilinganidan pastroq qiymatni talab qilgan va model katta hajmdagi kuzatuvlarni tahlil qila olmagan. Bu kamchiliklar 1992-yilda COBE kosmik apparati tomonidan kosmik toʻlqinlar fonida anizotropiya aniqlangandan keyin kattalashgan va 1990-yillarning oʻrtalarida bir nechta modifikatsiyalashgan qora materiya modellari faol ravishda oʻrganilgan. Ayniqsa kosmologik konstanta (qora energiya haqidagi model) bular ichida asosiysi hisoblangan. Qora energiya uchun birinchi toʻgʻridan-toʻgʻri dalil 1998-yilda olim Riess tomonidan oʻta yangi yulduzlarning kuzatuv natijalarida olingan. Buning natijasida kosmologik konstanta modeli yetakchi modelga aylangan.

1930-yillardagi Fritz Zwicky tomonidan qora materiya atamasi qoʻllangan. Bu atamadan foydalangan holda 1998-yilda Michael S. Turner tomonidan qora energiya atamasi fanga kiritilgan.

Koinotning kengayishi 
Koinotning kengayish tezligining vaqt va makonda qanday oʻzgarishini tushunish uchun yuqori aniqlikdagi oʻlchovlar talab qilinadi. Umumiy nisbiylik nazariyasida kengayish tezligining evolyutsiyasi koinotning egri chizigʻi va holatning kosmologik tenglamasi (har qanday kosmos mintaqasi uchun harorat, bosim va materiya, energiya va vakuum energiyasining zichligi oʻrtasidagi bogʻliqlik) asosida hisoblanadi. Qora energiya uchun holat tenglamasini oʻlchash bugungi kunda kuzatuv kosmologiyasidagi eng katta saʼy-harakatlardan biridir.

2013-yilda kosmologik konstanta modelini batafsilroq oʻrganish uchun Plank kosmik kemasi Supernova deb nomlangan kosmik ekspeditsiyaga chiqqan. Bu tadqiqotlar natijasida kosmologik kuzatuvlar bu modelning togʻri ekanligini yana bir bor isbotlashgan. Ekspeditsiyaning birinchi natijalari qora energiyaning oʻrtacha xatti-harakati (yaʼni, holat tenglamasi) Eynshteynning kosmologik konstanta modeli kabi 10% aniqlikda harakat qilishini aniqlashgan. Higher-Z jamoasining Hubble kosmik teleskopida amalga oshirgan soʻnggi tadqiqot natijasida qora energiya kamida 9 milliard yil oldin paydo boʻlgan va u koinotning kengayishidan oldin ham bor boʻlgan deya xulosaga kelishgan. Bundan tashqari 1998-yilda High-Z jamoasi tomonidan amalga oshirilgan boshqa bir kuzatishlar natijasida IA guruhiga mansub oʻta yangi yulduzlar turkumi kashf etilgan. Ushbu kashfiyoti uchun High-Z jamoasining aʼzolari boʻlgan Saul Perlmutter, Brayan P. Shmidt va Adam G. Riss fizika boʻyicha 2011-yilgi Nobel mukofoti bilan taqdirlanganlar.

Oʻshandan beri bu kashfiyot bir qancha mustaqil manbalar tomonidan tasdiqlangan. Baʼzi olimlar qorongʻu energiya mavjudligining yagona koʻrsatkichlarini gallaktikalararo masofani oʻlchash orqali bilish mumkin deya taʼkidlaydilar.

Supernovalar kosmologiya uchun foydalidir, chunki ular kosmologik masofalarda mukammal joyda joylashgan yulduzlar hisoblanadi. Ular tadqiqotchilarga obyektgacha boʻlgan masofa va uning yerda qanchalik tez uzoqlashishini koʻrsatadi. Bu imkoniyat kosmologlarga koinotning kengayish tarixini oʻlchash imkonini beradi. Odatda, astronomlar kosmosda masofani oʻlchashda standart shamlardan foydalanadilar. Standart shamlar deb – yorqin yulduzlar, ichki yorqinligi yoki mutlaq kattaligi maʼlum boʻlgan obyektlarga aytiladi. IA guruhiga mansub oʻta yangi yulduzlar ekstremal va doimiy yorqinligi tufayli kosmologik masofalar boʻylab eng mashhur standart shamlar hisoblanadi.

Oʻta yangi yulduzlar (supernovalar) haqidagi soʻnggi kuzatuvlar koinotning 71,3%ini qora energiya va 27,4%ini qora materiya va barionlar birikmasidan tashkil topganiga mos keladi.

Tabiati 
Qora energiyaning tabiati qora materiyanikidan koʻra koʻproq noaniq va u haqida koʻp narsalar nomaʼlumligicha qolmoqda. Qora energiyaga tortishish kuchidan tashqari biron bir asosiy kuchlar orqali oʻzaro taʼsir qilishi maʼlum emas. U kamdan-kam uchraydigan va massiv boʻlmaganligi uchun uni laboratoriya tajribalarida aniqlab boʻlmaydi. Qora energiya koinotga shunday chuqur taʼsir koʻrsatishi mumkinki, buning natijasida u koinotning 68% ni tashkil qiladi.

Vakuum energiyasi, yaʼni Geyzenbergning energiya-vaqt formulasidagi noaniqlik prinsipiga muvofiq vaqt oraligʻida hosil boʻlgan va oʻzaro yoʻq qilingan zarracha-antizarra juftligi koʻpincha qorongʻu energiyaning asosiy elementlari sifatida qoʻllanadi. Umumiy nisbiylik nazariyasi tomonidan qabul qilingan massa-energiya ekvivalenti vakuum energiyasi tortishish kuchiga ega boʻlishi kerakligini anglatadi. Buning natijasida, vakuum energiyasi kosmologik konstantaga taʼsir koʻrsata oladi degan faraz mavjud, bu esa oʻz navbatida koinotning kengayishiga taʼsir qiladi.

Haqiqiy tabiatidan qatʼi nazar, qora energiya koinot kengayishining tezlashishini amalga oshirish uchun kuchli salbiy bosimga ega boʻlishi kerak. Umumiy nisbiylik nazariyasiga koʻra, modda ichidagi bosim, xuddi uning massa zichligi kabi, boshqa jismlar uchun tortishish kuchiga yordam beradi. Buning sababi, moddaning tortishish taʼsirini keltirib chiqaradigan jismoniy miqdor energiya tenzori boʻlib, u moddaning energiya (yoki materiya) zichligini va uning bosimini oʻz ichiga oladi. Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker modeli shuni koʻrsatadiki, butun olamdagi kuchli doimiy salbiy bosim (yaʼni keskinlik), agar koinot allaqachon kengayib borayotgan boʻlsa, kengayishning tezlagining sekinlashishiga olib keladi. Ushbu tezlashtiruvchi kengayish effekti baʼzan gravitatsion itarilish deb ham nomlanadi.

Texnik taʼrifi 
Kosmologiyada koinotning uchta komponenti mavjud: materiya, radiatsiya va qora energiya. Materiya energiyasi zichligi r ρ ∝ a−3ga teng boʻlgan har qanday narsa, nurlanish esa r ρ ∝ a−4 ga teng boʻlgan har qanday narsadir. Misol tariqasida, kub shaklidagi quti ichidagi oddiy zarracha uchun quti chetining uzunligini ikki baravar oshirish zichlikni sakkiz martaga kamaytiradi. Radiatsiya uchun esa energiya zichligining pasayishi kattaroqdir.

Yakuniy komponent qora energiya esa kosmosning oʻziga xos xususiyati sifatida koʻrib chiqilayotgan hajmning oʻlchamlaridan qatʼi nazar, doimiy energiya zichligiga ega ρ ∝ a0. Shunday qilib, oddiy materiyadan farqli oʻlaroq, u boʻshliqning kengayishi bilan kamayb qolmaydi.

Manbalar 

Koinot
Kosmos
Yulduzlar
Qora tuynuklar
Kosmik kema
Kosmologiya
Fizika
Gallaktika
Kvant modellar
Kvant fizika
Olam
Sayyoralar
Neologizm
Astranomiya