ब्लैक होल : एक नया अंतरिक्ष अभियान भौतिकविदों को इन खगोलीय पिंडों को समझने में मदद कर सकता है

(गौरव खन्ना, भौतिकी के प्रोफेसर, रोड आइलैंड विश्वविद्यालय)

किंग्स्टन (यूएस), 16 मई (द कन्वरसेशन) भौतिक विज्ञानी ब्लैक होल को सबसे रहस्यमय वस्तुओं में से एक मानते हैं। विडंबना यह है कि इन्हें सबसे सरल वस्तुओं में से एक भी माना जाता है। वर्षों से, मेरे जैसे भौतिक विज्ञानी यह साबित करने की कोशिश कर रहे हैं कि ब्लैक होल जितने दिखते हैं उससे कहीं अधिक जटिल हैं। और एलआईएसए नामक एक नया स्वीकृत यूरोपीय अंतरिक्ष अभियान इस खोज में हमारी मदद करेगा।

1970 के दशक के शोध से पता चलता है कि आप केवल तीन भौतिक विशेषताओं – उनके द्रव्यमान, आवेश और स्पिन का उपयोग करके एक ब्लैक होल का व्यापक वर्णन कर सकते हैं। इन विशाल मरते तारों के अन्य सभी गुण, जैसे उनकी विस्तृत संरचना, घनत्व और तापमान प्रोफ़ाइल, ब्लैक होल में परिवर्तित होते ही गायब हो जाते हैं। इससे पता चलता है कि वे कितने सरल हैं।

यह विचार कि ब्लैक होल में केवल तीन विशेषताएँ होती हैं, ‘‘नो-हेयर’’ प्रमेय कहा जाता है, जिसका अर्थ है कि उनके पास ऐसा कोई ‘‘बालों वाला’’ विवरण नहीं है जो उन्हें जटिल बनाता है।

बालों वाले ब्लैक होल?

दशकों से, खगोल भौतिकी समुदाय के शोधकर्ताओं ने संभावित बालों वाले ब्लैक होल परिदृश्यों को समझने के लिए नो-हेयर प्रमेय की मान्यताओं की खामियों या खूबियों पर काम किया है। बालों वाले ब्लैक होल में एक भौतिक संपत्ति होती है जिसे – सिद्धांत रूप में – वैज्ञानिक माप सकते हैं जो कि उसके द्रव्यमान, आवेश या स्पिन से परे है। यह संपत्ति इसकी संरचना का स्थायी हिस्सा होनी चाहिए।

लगभग एक दशक पहले, वर्तमान में टोरंटो विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी स्टेफानोस अरेटाकिस ने गणितीय रूप से दिखाया था कि एक ब्लैक होल जिसमें अधिकतम चार्ज हो सकता है – जिसे चरम चार्ज वाला ब्लैक होल कहा जाता है – अपने क्षितिज पर ‘‘बाल’’ विकसित करता है। ब्लैक होल का क्षितिज वह सीमा है जहाँ से पार होने वाली कोई भी चीज़, यहाँ तक कि प्रकाश भी, बच नहीं सकती है।

एरेटाकिस का विश्लेषण अत्यधिक सरलीकृत भौतिक परिदृश्य का उपयोग करते हुए एक विचार प्रयोग था, इसलिए यह कुछ ऐसा नहीं है जिसे वैज्ञानिक खगोलभौतिकीय रूप से देखने की उम्मीद करते हैं। लेकिन सुपरचार्ज्ड ब्लैक होल एकमात्र प्रकार नहीं हैं, जिनमें बाल हो सकते हैं।

चूंकि तारे और ग्रह जैसी खगोलीय वस्तुएं घूमने के लिए जानी जाती हैं, इसलिए वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि ब्लैक होल भी घूमेंगे, यह इस पर निर्भर करता है कि वे कैसे बने हैं। खगोलीय साक्ष्यों से पता चला है कि ब्लैक होल में स्पिन होता है, हालांकि शोधकर्ताओं को यह नहीं पता है कि एक खगोलीय ब्लैक होल के लिए विशिष्ट स्पिन मूल्य क्या है।

कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करके, मेरी टीम ने हाल ही में ब्लैक होल में इसी प्रकार के बालों की खोज की है जो अधिकतम दर से घूम रहे हैं। इस बाल का संबंध क्षितिज पर स्थान-समय की वक्रता के परिवर्तन की दर या ढाल से है। हमने यह भी पता लगाया कि वास्तव में एक ब्लैक होल को बाल रखने के लिए अधिकतम रूप से घूमने की आवश्यकता नहीं होगी, जो महत्वपूर्ण है क्योंकि ये अधिकतम रूप से घूमने वाले ब्लैक होल संभवतः प्रकृति में नहीं बनते हैं।

बालों का पता लगाना और मापना

मेरी टीम संभावित रूप से इस बाल को मापने का एक तरीका विकसित करना चाहती थी – एक नई निश्चित व्यवस्था जो अपने द्रव्यमान, स्पिन और चार्ज से परे एक ब्लैक होल की विशेषता बता सकती है। हमने यह देखना शुरू कर दिया कि ऐसी नई व्यवस्था तेजी से घूमने वाले ब्लैक होल से निकलने वाली गुरुत्वाकर्षण तरंग पर कैसे निशान छोड़ सकती है।

गुरुत्वाकर्षण तरंग अंतरिक्ष-समय में एक छोटी सी गड़बड़ी है जो आमतौर पर ब्रह्मांड में बड़ी खगोलीय घटनाओं के कारण होती है। ब्लैक होल और न्यूट्रॉन सितारों जैसी कॉम्पैक्ट खगोलीय वस्तुओं की टक्कर से मजबूत गुरुत्वाकर्षण तरंगें निकलती हैं। अमेरिका में लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव वेधशाला सहित गुरुत्वाकर्षण वेधशालाओं का एक अंतरराष्ट्रीय नेटवर्क नियमित रूप से इन तरंगों का पता लगाता है।

हमारे हाल के अध्ययनों से पता चलता है कि कोई तेजी से घूमने वाले ब्लैक होल के लिए गुरुत्वाकर्षण तरंग डेटा से इन बालों वाली विशेषताओं को माप सकता है। गुरुत्वाकर्षण तरंग डेटा को देखने से एक प्रकार के निशान का पता चलता है, जो यह संकेत दे सकता है कि ब्लैक होल में इस प्रकार के बाल हैं या नहीं।

हमारे चल रहे अध्ययन और टीम के एक छात्र सोम बिशोई द्वारा की गई हालिया प्रगति, तेजी से घूमने वाले ब्लैक होल के सैद्धांतिक और कम्प्यूटेशनल मॉडल के मिश्रण पर आधारित है। हमारे निष्कर्षों का अभी तक क्षेत्र में परीक्षण नहीं किया गया है या अंतरिक्ष में वास्तविक ब्लैक होल में नहीं देखा गया है। लेकिन हमें उम्मीद है कि यह जल्द ही बदल जाएगा।

लीसा को हरी झंडी मिल गई है

जनवरी 2024 में, यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी ने औपचारिक रूप से अंतरिक्ष-आधारित लेजर इंटरफेरोमीटर स्पेस एंटीना, या एलआईएसए, मिशन को अपनाया। एलआईएसए गुरुत्वाकर्षण तरंगों की तलाश करेगा, और मिशन का डेटा मेरी टीम को हमारे बालों वाले ब्लैक होल प्रश्नों के उत्तर तलाश करने में मदद कर सकता है।

औपचारिक रूप से अपनाने का मतलब है कि योजनाबद्ध 2035 लॉन्च के साथ, परियोजना को निर्माण चरण में आगे बढ़ने की अनुमति मिल गई है। एलआईएसए में एक पूर्ण समबाहु त्रिभुज में कॉन्फ़िगर किए गए तीन अंतरिक्ष यान शामिल हैं जो सूर्य के चारों ओर पृथ्वी के पीछे जाएंगे। प्रत्येक अंतरिक्ष यान 16 लाख मील (25 लाख किलोमीटर) दूर होगा, और वे एक दूसरे के बीच की दूरी को लगभग एक इंच के अरबवें हिस्से तक मापने के लिए लेजर बीम का आदान-प्रदान करेंगे।

एलआईएसए सुपरमैसिव ब्लैक होल से गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाएगा जो हमारे सूर्य से लाखों या अरबों गुना अधिक विशाल हैं। यह घूमते हुए ब्लैक होल के चारों ओर अंतरिक्ष-समय का एक नक्शा बनाएगा, जिससे भौतिकविदों को यह समझने में मदद मिलेगी कि गुरुत्वाकर्षण ब्लैक होल के निकट के क्षेत्र में सटीकता के अभूतपूर्व स्तर पर कैसे काम करता है। भौतिकविदों को उम्मीद है कि एलआईएसए ब्लैक होल की किसी भी बालों वाली विशेषता को मापने में भी सक्षम होगा।

एलआईजीओ द्वारा हर दिन नए अवलोकन करने और एलआईएसए द्वारा ब्लैक होल के आसपास के अंतरिक्ष-समय में एक झलक पेश करने के साथ, अब ब्लैक होल भौतिक विज्ञानी बनने के सबसे रोमांचक समय में से एक है।

द कन्वरसेशन एकता

एकता

एकता