91��ý

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің физика-техникалық факультетінің ғалымдары заманауи астрофизиканың ең күрделі әрі қызықты нысандарының бірі – қара құрдымдарды зерттеуде жаңа қадам жасап отыр. Қазіргі уақытта ғарыш кеңістігіндегі қара құрдымдардың табиғатын түсіну тек іргелі ғылым үшін ғана емес, бүкіл адамзаттың әлем құрылымы туралы түсінігін кеңейту үшін де зор маңызға ие. Осы бағытта ҚазҰУ зерттеушілері «Дилатонды қара құрдымдардың бақыланатын белгілерін зерттеу» атты ауқымды жобаны қолға алды. Бұл жоба қара құрдымдардың стандартты модельдерінен өзгеше, баламалы гравитация теорияларында қарастырылатын дилатонды қара құрдымдардың бірегей қасиеттерін анықтауға бағытталған.

Соңғы жылдары астрофизика саласындағы ең айтулы оқиғалардың бірі – «Event Horizon Telescope» (EHT) телескоптар желісінің көмегімен M87* және Sgr A* қара құрдымдарының көлеңкелерінің алғашқы суреттерінің алынуы болды. Бұл жетістік қара құрдымдардың бар екенін дәлелдеп қана қоймай, олардың айналасындағы кеңістік-уақыт метрикасын зерттеуге жаңа мүмкіндіктер ашты. Дегенмен, қазіргі бақылау деректері Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясымен сәйкес келгенімен, кейбір деректер, мысалы, Галактика орталығындағы G2 нысанының радиалды жылдамдығы мен айналу параметрлеріндегі сәйкессіздіктер, Керр моделінен басқа баламалы модельдердің де өзектілігін көрсетеді. Дәл осы жерде ҚазҰУ ғалымдарының зерттеу нысаны болып табылатын дилатонды қара құрдымдар ерекше маңызға ие болады. Бұл нысандар қосымша скалярлық өрістері бар Эйнштейн теңдеулерінің шешімі болып табылады және олардың оптикалық әрі динамикалық сипаттамаларын зерттеу гравитация теорияларын тексеруге мүмкіндік береді.

Жобаның негізгі мақсаты – дилатонды қара құрдымдардың кеңістік-уақытындағы аккрециялық дискілердің, квазипериодтық осцилляциялардың және қара құрдым көлеңкелерінің сипаттамаларын аналитикалық және сандық әдістермен зерттеу. Бұл зерттеулер дилатонды қара құрдымдарды стандартты Шварцшильд немесе Керр қара құрдымдарынан ажыратуға мүмкіндік беретін бірегей қасиеттерді іздеуге бағытталған. Ғалымдар аккрециялық дискілердегі бөлшектердің орбиталық параметрлерін, атап айтқанда бұрыштық жылдамдықты, импульс моментін, энергия мен тиімді потенциалды есептеуді жоспарлап отыр. Осы параметрлер негізінде Новиков-Торн-Пейдж моделін қолдана отырып, айналмалы орбиталардың тұрақтылығы, ең жақын тұрақты орбитаның радиусы, сәулелену ағыны мен жарықтылық талданады. Бұл есептеулер физикалық параметрлердің аккрециялық дискілердің сипаттамаларына қалай әсер ететінін тереңірек түсінуге жол ашады.

Зерттеудің тағы бір маңызды бағыты – дилатонды қара құрдымдардың метрикасындағы бөлшектердің іргелі эпициклдік жиіліктерін анықтау. Стелла-Вьетри релятивистік прецессия моделі негізінде ғалымдар теориялық модельдеуді бақыланатын квазипериодтық осцилляциялар (QPO) деректерімен салыстырады. Бұл әдіс GRO J1655-40, XTE J1550-564 және GRS 1915+105 сияқты нақты астрофизикалық нысандар үшін қара құрдымдардың массасы мен заряды сияқты маңызды параметрлерін анықтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, жоба аясында жарық бөлшектері үшін геодезиялық теңдеулер шешіліп, фотондық сфералардың радиустары мен көлеңкелердің қарқындылығы есептеледі. Бұл ретте сфералық аккреция жағдайында дилатонды қара құрдымдардың көлеңкесі мен фотондық сақинасының жарықтылығы модельденеді.

ҚазҰУ зерттеушілер тобы бұл күрделі есептерді шешу үшін заманауи есептеу әдістерін, соның ішінде Python, Mathematica және Maple бағдарламалау тілдерін қолданады. Әсіресе, қара құрдымдардың көлеңкелерін және фотондық сақиналарын модельдеу үшін сәулелерді кері бағытта қадағалау (ray-tracing) әдісі қолданылады, бұл код GPU-жеделдету (графикалық процессор) арқылы оңтайландырылған. Бұл технологиялық шешім фотондардың қисық кеңістік-уақыттағы траекторияларын жоғары дәлдікпен және жылдамдықпен есептеуге мүмкіндік береді. Осындай инновациялық тәсілдердің арқасында алынған нәтижелерді EHT телескопынан алынған Sgr A* және M87* бақылау деректерімен салыстыру арқылы дилатонды қара құрдымдардың параметрлеріне шектеулер қою жоспарлануда.

Жобаның ғылыми жаңалығы – дилатонды қара құрдымдардың айналасындағы аккрециялық дискілердің оптикалық қасиеттері мен квазипериодтық осцилляцияларының алғаш рет кешенді түрде зерттелуінде. Бұл зерттеулер қара құрдымдардың кластарын ажыратуда шешуші рөл атқаруы мүмкін. Жоба пәнаралық сипатқа ие болып, жалпы салыстырмалылық теориясы, астрофизика, математикалық физика және сандық есептеулер сияқты салаларды қамтиды. Бұл бағыттағы жұмыстар тек теориялық білімді толықтырып қана қоймай, халықаралық деңгейдегі ірі ғылыми орталықтармен ынтымақтастықты нығайтуға, тәжірибе алмасуға мүмкіндік береді.

Бұл зерттеулердің Қазақстанның ғылыми-техникалық әлеуетін арттырудағы маңызы зор. Жоба аясында жоғары білікті мамандарды, соның ішінде докторанттар мен постдокторанттарды даярлауға ерекше көңіл бөлінген, бұл елдегі астрофизика саласындағы кадрлық әлеуетті нығайтады. Зерттеу нәтижелері беделді халықаралық ғылыми журналдарда жарияланып, қазақстандық ғылымның әлемдік деңгейдегі бәсекеге қабілеттілігін арттырады. Жоба фундаменталды сипатта болғанымен, ол астрофизика мен салыстырмалылық теориясының базасын кеңейтіп, болашақта ғарыштық технологиялар мен деректерді талдаудың жаңа әдістерін жасауға негіз болады.

Жобаның жүзеге асу мерзімі 2025-2027 жылдарға жоспарланған және оған мемлекет тарапынан 118 миллион теңгеден астам гранттық қаржы бөлінген. Бұл қаражат заманауи есептеуіш техниканы қолдануға, халықаралық конференцияларға қатысуға және зерттеу жұмыстарын жоғары деңгейде жүргізуге бағытталады. Жоба соңында технологиялық дайындық деңгейі (УГТ) іргелі зерттеулерден жаңа астрономиялық әдістер мен тәсілдерді әзірлеу деңгейіне жетеді деп күтілуде.

Қорыта айтқанда, Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ ғалымдарының бұл бастамасы қара құрдымдардың құпияларын ашуға, гравитацияның жаңа қырларын тануға және отандық ғылымды әлемдік биіктерге шығаруға бағытталған нық қадам болып табылады. Дилатонды қара құрдымдардың көлеңкелері мен динамикасын зерттеу біздің ғалам туралы көзқарасымызды өзгертіп қана қоймай, болашақ астрофизикалық ашылуларға жол ашады.