Kirish i-bob. Kosmologiya haqida umumiy ma’lumotlar

III-bob. Koinot tuzilishining kosmologik modellari.
3.1-§ Metagalaktika modellari.
Ko’p yillik ilmiy tatqiqotlar metagalaktikaning ikkita fundamental hususiyatga ega ekanligini tasdiqlaydi. Metagalaktika izotrop va bir jinslidir. Metagalaktikaning bir jinsliligi shundan niborat-ki, unda biror hususiyati bilan boshqa nuqtalardan farq qiluvchi nuqtani ko’rsatish mumkin bo’lmasa, bir jinsliligi shundan iborat-ki unda biror hususiyati bilan ajraluvchi yo’nalishni ko’rsatish mumkin emas. Ba’zi hollarda bu hususiyatlarga asosiy kosmologik pastulatlar deb yuritiladi.
Metagalaktikaning kosmologik hususiyatlaridan Habbl qonuni kelib chiqadi. Bu qonunga ko’ra ikkita ixtitoriy kosmik ob’ektning bir-birida uzoqlashish tezligi _{ } ular orasidagi r masofaga proporsionaldir. Proporsionallik koefisenti H ga Xabll doimiysi deyiladi, Xabll doimiysi kosmik ob’ektlar orasidagi masofaga bog’liq bo’lmasdan vaqtga bog’liq bo’ladi. Bunda vaqt (t_{ } metagalaktikaning kengayganidan boshlab o’lchangan vaqtdir.
Xabll qonuni matematik tarzda quydagicha yoziladi.
_{ }r (3.1)
Bu tenglama juda ko’p yechimga ega bo’lishi mumkin. (1) tenglamani asosiy yechimlari sinflarini natijalari quydagilardir.
H=0; r=const (3.2)
H=const_{ }0; r=r₀ e^Ht (r₀=const) (3.3)
H=_{ }; r=bt^a (a,b=const) (3.4)
Berilgan yechimlarda r- ni koinotda ikki ixtiyoriy nuqta orasidagi masofa (masshtabli faktor) yoki r=R_m metagalaktika radiusi deb hisoblash mukin.
Birinchi yechim A. Eynshteyin tomonidan berilgan galaktikaning modeliga mos keladi. A. Eynshten tomonidan berilgan bu yechimning fizik ma’nosi quydagichadir. Metagallakyika statsionardir. Uning barcha parametrlari ixtiyoriy ikki nuqta orasidagi masofasi, o’rtacha zichligi va boshqa xarakteristikalari vaqt o’tishi bilan o’zgarmaudi.
Ikkinchi yechimga mos keluvchi de-Sitter modeli nostatsionardir. Bu modellarga ko’ra koinotda olingan ixtiyoriy ikki ob’ekt orasidagi masofa juda tez (ekspotensial) o’zgaradi, lekin ko’rsatish mumkin-ki, metagalaktika muhitining zichligi doimiy qoladi (statsianar Metagalaktika).
Uchinci yechim A.A Fridman tomonidan berilgan Metagalaktikaning nostatsionar modeliga mos keladi. Bu model doirasida, masshtabli faktr ham, muhit zichligi ham vaqtga bog’liq holda o’zgaradi.
Endi komologiyaning asosiy savollaridan biri paydo bo’ladi. Metagalaktikaning qaysi modeli haqiqatga to’g’ri keladi. Bunday savolga tajriba natijalari javob beradi.
1929-yildan boshlab o’tkazilgan tajriba, aniqrog’i juda ko’p kuzatish natijalarini tasdiqlashicha Metagalaktika nostatsionardir. Galaktikalar orasidagi masofa oshib boryapti. Bunday xulosalrning isboti kosmik ob’ektlarning nurlanish spektrini o’lchash asosida olingan edi. Spektrlar qizil tomonga siljishi kelib chiqdi.
Bundan galaktikalar bir-biridan uzoqlashayotgani, ya’ni masshtabli faktorning qiymati vaqtga bog’liq ravishda oshayotganligi krlib chiqadi. Shunday qilib tajriba natijalari Fridman modeli natijalarini tasdiqlab, Eynshten va de-Sitter modelaridan kelib chiquvchi natijalarni rad etadi. Metagalaktika to’g’risidagi statistik modellar tajribaga qarashlidir.
De - Sitter modeli koinotni kengayuvchan ekanligini tasdiqlasa ham unda odatdan tashqari holat tenglamasi p=-E (p- bosim, E- materiya energiyasi zichligi) kelib chiqadi. Bunday holat tenglamasi tabiatda mavjud bo’lgan hech qanday muhit formasi uchun o’rinli emas.
Oxirgi yillarda olib borilgan tatqiqotlaning ko’rsatishicha Metagalaktika xususiyatlarini to’gri ifodalovchi yagona kosmologik model ham qiyinchiliklardan holi emas.
Fridman modelini tasdiqlovchi eksperemental faktlarni keltiramiz. Eng birinchi eksperemental fakt sifatida relikt nurlanishini yechilishini (1965) qayd qilish kerak. Bunday nurlanish bilan koinot to’ldirilganligi Fridman modelidan kelib chiqadi. Relikt nurlanishni mavjudligi, uning bir jinslilgi va izotropligi Fridman modeli to’g’riligini ispotidir. Ikkinchi ilmiy muhim fakt Metagalaktikadagi geliy ulishini tushintirish bo’ldi. Fridman kosmologiyasiga va yadro fizikasining yutuqlariga asosan geliyning ulishi aniqlangan bo’lib, olingan natija eksperemental natijalar asosida tasdiqlandi.
Fridman modelini tasdiqlovchi uchinchi eksperemental fakt Metagalaktika yoshini aniqlashdir. Fridman modeliga ko’ra Metagalaktikaning yoshi 1/H₀ ga tengdir (H₀- bizning eramizdagi Xabll doimiysini qiymati). H₀ – ni qiymatini bilgan holda t_{ }10-20 miliard yil ekanligini aniqlaymiz. t – ning bu qiymatini radioaktiv yemrilishlari asosida aniqlangan eksperemental qiymati tasdiqlaydi.
Fridman modelini to’g’riligini tasdiqlovchi to’rtichi eksperemental fakt koinotning barionli assimetrya hususiyatini tushintrishdir bu nazaryasi doirasida o’ta og’ir zarra X – bozon bo’lishi kerak. X- bozonning massasi 10¹⁵ m_p ga teng bo’lishi lozim (m_p=10^-24gr pratonning massasi). X- bozon quydagi xususiyatlarga ega bo’lishi kerak: X-bozonlar praton va elektronlarga, _{ }- bozonlar antiproton va pazitronlarga bo’linishi kerak, va bumda X-bozonlarning proton va elektronlarga bo’linishi extimoliyati, _{ }antibozonlarning antiproton va pazitronlarga bo’linishi exyimoliyatidan katta bo’lishi kerak. Anashunda tug’ulish extimoliyatini farqi tabiatning barion-antibarion assimatryasiga olib keladi. X-bozonning yarim yemrilishi bilan boshlanuvchi bunday jarayon juda katta temperatura 10²⁸ K da amalga oshadi. Qayd qilish kerak-ki, X- bozonlar paydo bo’lib, barion assilyametryasi vujudga keladigan vaqt juda kichik bo’lib, 10^-35 sekund tartibidadir.
Qayd qilish kerak-ki, katta birlashuv nazariyasidan (kuchsiz o’zaro ta’sir va elektramagnit nazaryalarini birlashtirishda hosil qilingan nazariya) Metagalaktika barion assimetryasi kattaligi _{ } – ni toplish mumkin. Bunda n_p – tabiatdagi protonlar kansentratsiyasi, _{ }- rentgen nurlanishini fatonlari konsentratsiyasi. Eksperement ko’rsatishicha bu nisbati qiymati 10⁸-10¹⁰ intervalda o’zgaradi nazariyani ko’rsatishicha 10⁵ _{ } 10¹⁰ intervalda o’zgarishi kerak.
Fridman modelidan chiquvchi xulosalarni, kosmik nurlar fizikasida olingan eksperemental natijalar ham tasdiqlaydi. Ko’rsatilishicha, muhit kinetik energiysini zichligi, magnit maydon energiyasi zichligi va kosmik nurlar energiyasi zichligi taxminan o’zaro teng bo’lib, _{ }10¹² erg/sm² – ni tashkil etadi. Kengayuvchi koinotda harakatning turli formalari orasida bunday muvozanatni saqlash kosmik nurlar energetik spektrini quydagi AE₀ ko’rinishdagi darajali funksya bilan ifodalanishiga olib keladi. Kosmik nurlar energetik spektrini keng energiya intervalida tajribada o’lchash buni tasdiqlaydi G.T. Zassepin va V.A. Kuzaminlarning ko’rsatishlaricha relikt nurlanishning manjudligi kosmik adronlarning spektrini 10²⁰ eV energiyalarda kesilishiga olib keladi energiyasi 10²⁰ eV – dan katta bo’lgan kosmik adronlar relikt nurlanishlarni fatonlari bilan to’qnashib,pionlar hosil qilish natijasida bo’lmasligi kerak.
O’tkazilgan tajribalar kosmik nurlar energetik spektri haqiqatdan ham yuqoridan _{ }10²⁰ eV energiyalarda kesilganligini tasdiqlaydi. Bundan boshqa galaktikalar ham relikt nurlanish bilan, to’ldirilgan ekanligi kelib chiqadi.
Fridman kosmologiyasida Metagalaktikaning evalyussiyasi bitta parametr Metagalaktikada muhit zichligining o’rtacha qiymati _{ } bilan aniqlanadi. Agar _{ }10^-29 gr/sm³ (bunda _{ }– kritik zichlik) bo’lsa Metagalaktikaning kengayishi kelgusida uning siqilishi bilan almashadi, bunday modelga yopiq model deyiladi. Chunki fridman yopiq modelida Metagalaktikaning hajmi hamma vaqt chekli qiymatga ega bo’ladi. _{ } bo’lganda Metagalaktika cheklanmagan kengayishga ega bo’ladi va bunda uning hajmi cheksiz bo’ladi. Bunday modelga ochiq model deyiladi.