სამყაროში მრავალი მაგნეტიზებული ობიექტი არსებობს. მათ შორისაა დედამიწაც, ასევე, სატურნი, ურანი, ნეპტუნი და იუპიტერი, რომლის მაგნიტოსფეროც, ანუ ციური სხეულის გარშემო განლაგებული, მაგნიტური ველის მიერ კონტროლირებადი დამუხტული ნაწილაკების შემცველი არეალი ყველაზე დიდია. ასეთია ზოგიერთი ვარსკვლავიც, მაგალითად, ჩვენი სისტემის ცენტრალური მნათობი — მზე.

და მაინც, ზემოთ ჩამოთვლილი ყველა ობიექტის მაგნიტური ველი, თავად მზისაც კი, მასშტაბებით ბევრად ჩამოუვარდება გალაქტიკებისა და გალაქტიკური კლასტერების მაგნიტურ ველებს, რომელთა წარმოქმნის საკითხიც დღემდე გაურკვეველია.

სამყაროს განვითარების რომელ ეტაპზე გაჩნდა ისინი? რა პროცესების შედეგად მოხდა ეს და როგორი იყო მათი ევოლუცია ამ ხნის განმავლობაში? აღნიშნულ კითხვებზე პასუხები შესაძლოა, პირველად მაგნიტურ ველებში "იმალებოდეს", რომელთა შესწავლასაც მეცნიერები ბოლო ათწლეულებია, ცდილობენ.

ამ კვლევაში ილიას სახელმწიფო უნივერსიტეტისა და გიოტინგენის უნივერსიტეტის ლემან ჰაუპტის საერთაშორისო სკოლის დოქტორანტი, სალომე მჭედლიძეცაა ჩართული, რომლის თანაავტორობითაც ნაშრომი ახლახან რეფერირებად გამოცემაში The Astrophysical Journal გამოქვეყნდა, რაც ძალიან დიდი წარმატებაა. ზემოხსენებულ საკითხთან დაკავშირებით სწორედ მას გავესაუბრე.

ასევე, იხილეთ: ქართველი დოქტორანტის ნაშრომი The Astrophysical Journal-ში გამოქვეყნდა — კვლევა მაგნიტურ ველებს ეხება

სალომე ამბობს, რომ კოსმოლოგიისადმი ინტერესი ჯერ კიდევ ბავშვობაში გაუჩნდა, როცა სამყაროს საწყისებზე ფიქრობდა. სკოლაში სწავლის პერიოდში ის ფილოსოფიითაც იყო დაინტერესებული, თუმცა, როგორც თვითონ აღნიშნავს, მაშინ არ იცოდა, რომ ამ უკანასკნელისგან განსხვავებით, კოსმოლოგია თეორიული მეცნიერებიდან უკვე დაკვირვებით ეტაპზეა გადასული.

"ვფიქრობდი, რომ ფილოსოფიაზე ჩამებარებინა თუმცა მათემატიკა-ფიზიკის ინტერესი ყოველთვის მქონდა. გადაწყვეტილების მიღება გამიჭირდა, მაგრამ ახლა ძალიან მადლიერი ვარ იმ ადამიანებისა, რომელთაც ფიზიკის ფაკულტეტზე ჩაბარებისკენ მიბიძგეს. ბაკალავრიცა და მაგისტრატურაც თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტში დავამთავრე, თსუ-მ ასტროფიზიკა-კოსმოლოგიის მიმართ ინტერესი გამიღრმავა", — მითხრა სალომემ.

ის ახლა ილიაუნისა და გიოტინგენის უნივერსიტეტის ერთობლივი სადოქტორო პროგრამის მონაწილეა. ეს გახლავთ ჩვენი ქვეყნისთვის უპრეცედენტო პროგრამა, რომლის მეშვეობითაც ქართველი დოქტორანტები რუსთაველისა და ფოლცვაგენის ფონდის მიერ გაცემული სტიპენდიების საფუძველზე აქტუალურ კვლევით პროექტებზე მუშაობენ.

"ძალიან მიხარია, რომ ამ პროგრამისა და ჩემი ხელმძღვანელების, თინათინ კახნიაშვილის, იენს ნიმაიარის, აქსელ ბრანდენბურგის კვლევითი პროექტების მონაწილე ვარ. ასევე, ძალიან გამიმართლა, რომ შევხვდი ჩემს კოლაბორატორებს, პაოლა დომინგეზ ფერნანდესსა და შიაოლონ დუს, რომელთა დახმარების გარეშეც რთული იქნებოდა, მემუშავა ისეთ საინტერესო თემაზე, როგორიც დიდმასშტაბოვანი მაგნიტური ველების ევოლუციის საკითხია", — ამბობს ახალგზრდა მეცნიერი.

მას ამ კუთხით კვლევებში ჩართვა სადოქტორო და სამაგისტრო ხელმძღვანელების, თინათინ კახნიაშვილისა და ალექსანდრე თევზაძის მიერ კოლეგებთან ერთად გამოქვეყნებულმა სტატიამ გადააწყვეტინა, რომელშიც კოსმოსის სიცარიელეში (იქ, სადაც მატერია არაა) მაგნიტური ველების არსებობის შესახებ მინიშნებაა. სალომეს თქმით, თუ ეს დადასტურდა, მაშინ დიდი შანსია, რომ ისინი ადრეული სამყაროდან მოდიოდეს, როგორც, მაგალითად კოსმოსური მიკროტალღური ფონი (CMB)*.

*კოსმოსური მიკროტალღური ფონი (Cosmic Microwave Background, CMB) ელექტრომაგნიტური გამოსხივებაა, რომელსაც დღეს ვაკვირდებით. ის დადასტურებაა სამყაროს იმ ცხელი ეპოქის არსებობისა, რომლის დროსაც პირველი მსუბუქი ელემენტები (წყალბადი, ჰელიუმი, ლითიუმი) წარმოიშვა. ეს გამოსხივება უნდა წარმოქმნილიყო სამყაროს ევოლუციის იმ ეტაპზე, როცა გაფართოების შედეგად კოსმოსი საკმარისად გაცივდა, გაჩნდა ნეიტრალური ელემენტები და ფოტონებმა (სინათლის ნაწილაკებმა) გარემოში თავისუფლად გავრცელება დაიწყო.

პირველადი მაგნიტური ველები და მათი როლი კოსმოსის განვითარების შესწავლაში

ასეთ მაგნიტურ ველებს პირველადს უწოდებენ. ამ საკითხის შესწავლა ადრეული სამყაროს ფიზიკის გაგებაშიც დაგვეხმარება. შესაძლოა, მათ არსებობას მატერია-ანტიმატერიის ასიმეტრია გამოეწვია.** ასევე, საინტერესოა პირველადი მაგნიტური ველების როლი სამყაროში არსებული დიდმასშტაბიანი სტრუქტურების (გალაქტიკები, გალაქტიკური კლასტერები***, ფილამენტები****) წარმოქმნაში.

"ჩვენი კვლევის მიზანია, ვაჩვენოთ, როგორ სურათს მოგვცემს სხვადასხვა ტიპის პირველადი მაგნიტური ველის ევოლუცია დიდმასშტაბოვან სტრუქტურებში… თუკი მზეზე მაგნიტური ველი ლოკალურად არსებობს, გალაქტიკური კლასტერების მასშტაბებზე ისინი მთელს გალაქტიკათაშორის სივრცესაც უნდა განჭოლავდეს. მათი შესწავლა მნიშვნელოვანია არა მხოლოდ კოსმოლოგიური, არამედ ასტროფიზიკური კუთხითაც. კერძოდ, საინტერესოა, რა გავლენას ახდენს მაგნიტური ველი, მაგალითად, ვარსკვლავის ფორმირების პროცესზე", — აღნიშნავს სალომე.

მისი თქმით, თანამედროვე მეცნიერებაში კითხვისნიშნის ქვეშაა, როდის გაჩნდა პირველადი მაგნიტური ველები. ეს შესაძლოა, მაშინ მომხდარიყო, როცა კოსმოსი ჯერ კიდევ გავარვარებული პლაზმა იყო ან მოგვიანებით, როცა პირველი ვარსკვლავები და გალაქტიკები ყალიბდებოდა. კვლევები აჩვენებს, რომ თუკი მაგნიტური ველები ადრეული სამყაროდან მოდის, მაშინ მათ მნიშვნელოვანი როლი ექნებოდა მისი ხელახალი გაცხელების (ე.წ. რეიონიზაციას) პროცესსა და პოტენციურად, გრავიტაციული ტალღების გენერირებაშიც.

დოქტორანტი გვიყვება, რომელ ხერხს მიმართეს მან და ნაშრომის სხვა ავტორებმა გარკვეულ დასკვნებამდე მისასვლელად და რა იყო მათი მიზანი:

"ჩვენი მეთოდი რიცხვით თვლებს ეფუძნება, ე.ი., ფიზიკური პროცესების შესაბამისი განტოლებები რიცხვითი მეთოდების (კომპიუტერული თვლის) მეშვეობით იხსნება, რაშიც ათეულობიდან ასობით კომპიუტერული ბირთვი შეიძლება იყოს ჩართული. ვინაიდან პირველადი მაგნიტური ველების ევოლუცია სტრუქტურების ფორმირების პროცესში გვაინტერესებს, ვიყენებთ ENZO კოლაბორაციის მიერ შექმნილ კოდს, რომელიც მაგნიტური ველების ევოლუციასაც ითვალისწინებს.

ჩვენი მიზანი იყო, გვეჩვენებინა, როგორ ევოლუცირებს სხვადასხვა ტიპის პირველადი მაგნიტური ველი, ე.ი., სხვადასხვა პროცესების შედეგად გაჩენილი მაგნიტური ველი და რა დაკვირვებით ანაბეჭდებს ტოვებს დღევანდელ დიდმასშტაბოვან სტრუქტურებზე. ამ უკანასკნელის მეშვეობით კი შესაძლებელია, შევზღუდოთ მათი წარმოქმნის სცენარები, ანუ ვივარაუდოთ, როგორი ტიპის პირველადი მაგნიტური ველები უნდა დაგენერირებულიყო ადრეულ სამყაროში".

დადგინდა, რომ დიდმასშტაბიანი სტრუქტურების ფორმირებისას მაგნიტური ველების ევოლუცია განსხვავებულია და ეს მათ მორფოლოგიაზეა (განაწილებაზე) დამოკიდებული. მეტი სიცხადისთვის, თუ ისინი ადრეულ სამყაროში გაჩნდა, გამოდის, რომ მაგნიტური ველის ენერგია დიდ მასშტაბებში იყო კონცენტრირებული (ფილამენტების რიგის) და სტრუქტურის ჩამოყალიბებისას უფრო გაძლიერდებოდა. მეორე მხრივ კი, გალაქტიკური კლასტერების რიგის (შედარებით მცირემასშტაბიანი) პირველადი მაგნიტური ველები ევოლუციისას ნაკლებ სიდიდეს მიაღწევდა.

"დღევანდელი მაგნეტიზებული, დიდმასშტაბოვანი სამყაროს ‘სურათი’ დამოკიდებულია პირველადი მაგნიტური ველების განაწილებაზე, ე.ი., თუ როგორი საწყისი მორფოლოგია ჰქონდა ადრეულ სამყაროში ამ ველებს. ჩვენი შედეგები იმედს იძლევა, რომ მომავალი დაკვირვებების მეშვეობით შევძლებთ, ვიწინასწარმეტყველოთ, მაგნიტური ველების რომელ საწყის განაწილებას შეესაბამება დღევანდელი სურათი და რა პროცესების შედეგად უნდა დაგენენირებულიყო პირველადი მაგნიტური ველები", — აცხადებს ნაშრომის თანაავტორი.

ფაქტობრივად, ესაა ადრეული სამყაროს რელიქტი, ერთგვარი გადმონაშთი, რომელიც იმ შორეულ პერიოდზე გვაწვდის ინფორმაციას. მისი მიხედვით კოსმოსის განვითარების ეტაპებზე გვექმნება წარმოდგენა და გრავიტაციულ ტალღებთან კავშირის გამო, ფუნდამენტური ფიზიკის ზოგიერთი საკითხის კვლევის საშუალებაც გვეძლევა.

რაც შეეხება სამომავლო გეგმებს, სალომეს იმედი აქვს, რომ პირველად მაგნიტურ ველებსა და მათ ევოლუციას მეცნიერთა სხვა ჯგუფებიც განიხილავენ, რადგან საინტერესოა, რა დასკვნებამდე მივლენ ისინი.

"თუ ჩვენი შედეგები სხვა რიცხვითი თვლების მეშვეობითაც დადასტურდება, ვფიქრობ, ეს პირველადი მაგნიტური ველების გენერაციის მექანიზმების გამოსარიცხად წინ გადადგმული ნაბიჯი იქნება. მომავალ შრომებში ორიენტირებულნი ვიქნებით ამ შედეგების დაკვირვებებთან შედარებაზე, რათა დავადგინოთ, რომელი ტიპის პირველადი მაგნიტური ველები შეესაბამება დღევანდელ მაგნეტიზებულ სამყაროს. უფრო ზუსტად, ჩვენი მიზანია, დავადგინოთ კონკრეტულად რომელ ეპოქაში შეიძლებოდა დაგენერირებულიყო პირველადი მაგნიტური ველები მათი დაკვირვებითი მახასიათებლების მიხედვით, გალაქტიკური კლასტერებისა და ფილამენტების მასშტაბებში. სამომავლო გეგმებშია ასევე ისეთი პროცესების რიცხვითი მოდელირება რომლებიც საშუალებას მოგვცემს, შევისწავლოთ მაგნიტური ველები კოსმოსურ სიცარიელეში", — მითხრა მან.

დაკვირვებებისთვის სპეციალისტებს სხვადასხვა ხელსაწყოც გამოადგებათ, მაგალითად, ავსტრალიასა და სამხრეთ აფრიკაში მშენებარე რადიოტელესკოპი Square Kilometre Array (SKA). ამაში არაპირდაპირი გზებით საკუთარ წვლილს ჯეიმს ვების კოსმოსური ტელესკოპიც შეიტანს, რომლის მიერ გადაღებული პირველი სურათებიც ახლახან ვიხილეთ. მსოფლიოში უმძლავრესი ობსერვატორია ინფრაწითელ სპექტრზეა ორიენტირებული, ამიტომ მას უშუალოდ მაგნიტური ველების შესასწავლად ვერ მომართავენ, სამაგიეროდ, მისი მონაცემების დახმარებით ჰაბლის მუდმივას გაზომვაა შესაძლებელი (სამყაროს გაფართოების სიჩქარე).

"ჰაბლის მუდმივა სხვადასხვა მეთოდის მეშვეობით იზომება და დღესდღეობით ამ მნიშვნელობებს შორის სხვაობა არსებობს (ე.წ. Hubble tension). შესაძლოა, რომ გამოთვლები, რომლებიც CMB-ს ეყრდნობა, არ ითვალისწინებს ადრეული სამყაროს კონკრეტულ ფიზიკას, რის შედეგადაც ჰაბლის მუდმივას განსხვავებულ მნიშვნელობას ვიღებთ. ერთ-ერთი მოდელის თანახმად, პირველადი მაგნიტური ველების გათვალისწინება ჰაბლის მუდმივას ასეთ გამოთვლებში გაზომვებს შორის არსებულ სხვაობას შეამცირებს და პრობლემას გადაჭრის. შესაბამისად, ჯეიმს ვების ტელესკოპით ზემოხსენებული მაჩვენებლის დიდი სიზუსტით გაზომვა დაგვეხმარება, გავიგოთ შესაძლებელია თუ არა პირველად მაგნიტურ ველებს წვლილი შეჰქონდეს ადრეული სამყაროს პროცესებში", — ამბობს სალომე.

ასეა თუ ისე, პირველადი მაგნიტური ველების შესწავლის კუთხით პირველი ნაბიჯები უკვე გადადგმულია და თამამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ამ საქმეში ქართველი მეცნიერების, მათ შორის სალომე მჭედლიძის, დამსახურება დიდია, რაზეც მათი ბოლოდროინდელი ნაშრომიც მოწმობს.

ვიმედოვნებთ, რომ ეს მხოლოდ დასაწყისია და წინ მრავალი საინტერესო აღმოჩენა გველის.

** ელემენტარულ ნაწილაკებს, როგორიც ელექტრონია, შესაბამისი ანტინაწილაკი გააჩნია (ელექტრონის შემთხვევაში, პოზიტრონი, საწინააღმდეგო მუხტის მქონე). ნაწილაკი თავის ანტინაწილაკთან ურთიერთქმედების შედეგად ანიჰილირდება და გამოსხივებას წარმოქმნის. თუკი სამყაროში თანაბარი რაოდენობის ნაწილაკ-ანტინაწილაკი იყო, მაშინ ანიჰილაციას მივიღებდით და არა ნუკლეოსინთეზსს (BBN), ანუ არა ქიმიური ელემენტების (და შემდგომში სტრუქტურის) წარმოქმნას. შესაბამისად, მიიჩნევა, რომ ადრეულ სამყაროში ნაწილაკ-ანტინაწილაკების რაოდენობა თანაბარი არ იყო, ვინაიდან ფორმირებულ სტრუქტურებს ვაკვირდებით.

***გალაქტიკური კლასტერები გალაქტიკების გაერთიანებაა. ისინი ერთმანეთთან გრავიტაციულადაა ბმული და კლასტერულ სტრუქტურას ქმნის.

**** ფილამენტები არის სტრუქტურები, რომელთაც სამყაროს დიდ მასშტაბებზე კვანძოვანი ფორმა აქვს. ფილამენტები აერთიანებს გალაქტიკურ კლასტერებს და კოსმოსურ სიცარიელეებს.