ब्लैक होल्स का एक नया युग आ गया है

खगोलविदों ने एक ब्लैक-होल खजाने की खोज की है जो ब्रह्मांड के बारे में हमारा दृष्टिकोण बदल रहा है।

मार्क लहसुन / विज्ञान फोटो पुस्तकालय / गेट्टी

जब पहली ब्लैक होल टक्कर 2015 में पता चला था, यह खगोल विज्ञान के इतिहास में एक महत्वपूर्ण क्षण था। गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उपयोग करते हुए, खगोलविद ब्रह्मांड को बिल्कुल नए तरीके से देख रहे थे। लेकिन इस पहली घटना ने ब्लैक होल के बारे में हमारी समझ में क्रांतिकारी बदलाव नहीं किया- और न ही ऐसा कर सका। यह टकराव कई लोगों में से पहला होगा, खगोलविदों को पता था, और केवल उस इनाम के साथ ही उत्तर आएंगे।

पहली खोज हमारे जीवन का रोमांच थी, विक्की कलोगेरा कहते हैं, नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी में एक खगोल भौतिकीविद् और लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (LIGO) सहयोग का हिस्सा जिसने 2015 का पता लगाया। लेकिन आप एक स्रोत से खगोल भौतिकी नहीं कर सकते।

अब, कलोगेरा और अन्य भौतिकविदों का कहना है कि वे ब्लैक-होल खगोल विज्ञान के एक नए युग में प्रवेश कर रहे हैं, जो उनके द्वारा देखे जा सकने वाले ब्लैक होल की संख्या में तेजी से वृद्धि से प्रेरित है।

नवीनतम कैटलॉग इन तथाकथित ब्लैक-होल बाइनरी विलय-दो ब्लैक होल के एक-दूसरे की ओर बढ़ते हुए और टकराने के परिणाम- ने अध्ययन के लिए उपलब्ध ब्लैक-होल विलय डेटा को चौगुना कर दिया है। खगोल भौतिकीविदों की जांच के लिए अब लगभग 50 विलय हैं, अगले कुछ महीनों में दर्जनों और आने वाले वर्षों में सैकड़ों और होने की उम्मीद है।

ब्लैक-होल खगोल भौतिकी में गुरुत्वाकर्षण तरंगों से क्रांति आ रही है, क्योंकि संख्या इतनी बड़ी है, कलोगेरा कहते हैं। और संख्याएँ हमें गुणात्मक रूप से भिन्न प्रश्न पूछने की अनुमति दे रही हैं। हमने खजाना खोल दिया है।

इस डेटा के बल पर, नए सांख्यिकीय रूप से संचालित अध्ययन इन गूढ़ वस्तुओं के रहस्यों को प्रकट करना शुरू कर रहे हैं: ब्लैक होल कैसे बनते हैं, और वे क्यों विलीन होते हैं। यह बढ़ती हुई ब्लैक-होल सूची ब्रह्माण्ड संबंधी विकास की जांच करने का एक नया तरीका भी पेश कर सकती है - बिग बैंग से लेकर पहले सितारों के जन्म और आकाशगंगाओं के विकास तक।

मुझे निश्चित रूप से उम्मीद नहीं थी कि हम पहली बार पता लगाने के तुरंत बाद इन सवालों पर गौर करेंगे, कहते हैं माया फिशबैक , एक खगोलशास्त्री भी नॉर्थवेस्टर्न में। मैदान में विस्फोट हो गया है।

ब्रह्मांड का समग्र रूप से अध्ययन करने के लिए ब्लैक होल का उपयोग करने से पहले, खगोल भौतिकीविदों को पहले यह पता लगाना चाहिए कि वे कैसे बने हैं। अब तक, दो सिद्धांत बहस पर हावी रहे हैं।

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कुछ खगोलविदों का सुझाव है कि अधिकांश ब्लैक होल सितारों के भीड़-भाड़ वाले समूहों के अंदर उत्पन्न होते हैं - ऐसे क्षेत्र जो कभी-कभी हमारे अपने गैलेक्टिक पिछवाड़े की तुलना में एक लाख गुना घने होते हैं। हर बार जब कोई बहुत बड़ा तारा फटता है, तो वह अपने पीछे एक ब्लैक होल छोड़ जाता है जो तारा समूह के बीच में डूब जाता है। क्लस्टर का केंद्र ब्लैक होल से मोटा हो जाता है, जो गुरुत्वाकर्षण द्वारा एक घातक ब्रह्मांडीय नृत्य में शामिल हो जाते हैं। खगोलविद इसे गतिशील ब्लैक-होल गठन कहते हैं।

दूसरों का सुझाव है कि आकाशगंगाओं के तुलनात्मक रूप से उजाड़ क्षेत्रों में ब्लैक-होल बायनेरिज़ सितारों के जोड़े के रूप में शुरू होते हैं। एक साथ लंबे और अराजक जीवन के बाद, वे भी विस्फोट करते हैं, ब्लैक होल की एक अलग जोड़ी बनाते हैं जो एक-दूसरे की परिक्रमा करते रहते हैं। यह धारणा रही है कि यह गतिशील और पृथक मॉडल के बीच की लड़ाई है, शिकागो विश्वविद्यालय में एक खगोल भौतिकीविद् डैनियल होल्ज़ कहते हैं।

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कई सिद्धांतकारों की प्रवृत्ति केवल एक बाइनरी-ब्लैक-होल गठन चैनल की वकालत करने के लिए आंशिक रूप से बहुत कम डेटा के साथ काम करने की व्यावहारिकता से उत्पन्न होती है। होल्ज़ कहते हैं, प्रत्येक घटना का प्यार से विश्लेषण किया गया, उस पर ध्यान दिया गया और उस पर उपद्रव किया गया। हम एक पता लगाएंगे, और लोग एक या दो ब्लैक होल के नमूने के आकार से बहुत व्यापक बयानों को निकालने की कोशिश करेंगे।

दरअसल, खगोल भौतिकीविदों ने निष्कर्षों का विरोध करने के लिए तर्क देने के लिए उस पहली खोज का इस्तेमाल किया। LIGO ने अपना पहला ब्लैक-होल विलय बहुत जल्दी पाया - अवलोकन की आधिकारिक शुरुआत से पहले, वास्तव में - जिसने सुझाव दिया कि ब्रह्मांड में ब्लैक-होल बाइनरी सिस्टम बहुत आम हैं। चूंकि पृथक ब्लैक होल खगोलभौतिकीय वातावरण की एक विस्तृत श्रृंखला में बन सकते हैं, इसलिए अलग-अलग ब्लैक होल का समर्थन करने वाले सिद्धांत भविष्यवाणी करते हैं कि हम बहुत सारे विलय देखेंगे।

दूसरों ने बताया कि पहले विलय में असामान्य रूप से बड़े ब्लैक होल थे, और इन दिग्गजों के अस्तित्व ने गतिशील सिद्धांत का समर्थन किया। उनका तर्क था कि इतने बड़े ब्लैक होल प्रारंभिक ब्रह्मांड में ही बनाए जा सकते थे, जब माना जाता है कि स्टार क्लस्टर भी बने हैं।

फिर भी एक के नमूने के आकार के साथ, इस तरह के दावे केवल शिक्षित अनुमान हो सकते हैं, कहते हैं कार्ल रोड्रिग्ज , कार्नेगी मेलन विश्वविद्यालय में एक खगोल भौतिकीविद्।

अब LIGO के नवीनतम कैटलॉग के डेटा से पता चलता है कि ब्लैक-होल बायनेरिज़ अपेक्षा से बहुत कम आम हैं। वास्तव में, अब देखे गए ब्लैक होल के विलय की दर को एक प्रीप्रिंट के अनुसार पूरी तरह से स्टार क्लस्टर द्वारा समझाया जा सकता है कागज़ रोड्रिगेज और उनके सहयोगियों द्वारा पिछले महीने के अंत में पोस्ट किया गया।

इसके अलावा, नए विलय ने इस पहेली के लिए एक नया दृष्टिकोण सक्षम किया है कि ब्लैक होल कहाँ से आते हैं। अपने मायावी स्वभाव के बावजूद, ब्लैक होल बहुत सरल हैं। द्रव्यमान और आवेश के अलावा, ब्लैक होल का एकमात्र लक्षण स्पिन हो सकता है - यह कितनी जल्दी घूमता है इसका एक उपाय है। यदि ब्लैक होल की एक जोड़ी, और वे तारे जिनसे वे बनते हैं, अपना पूरा जीवन एक साथ जीते हैं, तो निरंतर धक्का और खिंचाव उनके स्पिन को संरेखित करेगा। लेकिन अगर जीवन में बाद में दो ब्लैक होल एक-दूसरे से मिलते हैं, तो उनके स्पिन असमान होने की संभावना है।

एलआईजीओ डेटा सेट में ब्लैक होल के स्पिन को मापने के बाद, खगोलविद अब सुझाव देते हैं कि गतिशील और पृथक परिदृश्य लगभग समान रूप से संभावना है . उन सभी पर शासन करने के लिए कोई एक चैनल नहीं है, शिकागो विश्वविद्यालय के खगोलशास्त्री माइकल ज़ेविन और सहयोगियों ने लिखा है एक हालिया प्रीप्रिंट ब्लैक होल बायनेरिज़ की इस नई और बढ़ती जनसंख्या को एक साथ समझाने के लिए कई अलग-अलग रास्तों की रूपरेखा तैयार कर रहा है।

सबसे सरल उत्तर हमेशा सही नहीं होता है, ज़ेविन कहते हैं। यह एक अधिक जटिल परिदृश्य है, और यह निश्चित रूप से एक बड़ी चुनौती है। लेकिन मुझे लगता है कि इसे संबोधित करना एक और मजेदार समस्या है।

एलआईजीओ और उसकी बहन वेधशाला कन्या समय के साथ और अधिक संवेदनशील हो गई है, जिसका अर्थ है कि वे अब ब्लैक होल को टकराते हुए देख सकते हैं जो पृथ्वी से बहुत दूर हैं और समय में बहुत आगे हैं। हम ब्रह्मांड के एक बहुत बड़े हिस्से को सुन रहे हैं, जब ब्रह्मांड आज की तुलना में बहुत छोटा था, फिशबैक कहते हैं।

में हाल ही में छापा , फिशबैक और उनके सहयोगियों ने ब्रह्मांडीय इतिहास के विभिन्न बिंदुओं पर देखे गए ब्लैक होल के प्रकारों में अंतर के संकेत पाए। विशेष रूप से, ब्रह्मांड के इतिहास में पहले भारी ब्लैक होल अधिक सामान्य प्रतीत होते हैं।

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यह कई खगोल भौतिकविदों के लिए कोई आश्चर्य की बात नहीं थी; वे उम्मीद करते हैं कि ब्रह्मांड के पहले तारे हाइड्रोजन और हीलियम के विशाल बादलों से बने हैं, जो उन्हें बाद के सितारों की तुलना में बहुत बड़ा बना देंगे। तो इन तारों से बने ब्लैक होल भी बड़े होने चाहिए।

लेकिन यह भविष्यवाणी करना एक बात है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में क्या हुआ था, और दूसरा इसका निरीक्षण करना। आप वास्तव में [ब्लैक होल] का उपयोग एक ट्रेसर के रूप में करना शुरू कर सकते हैं कि ब्रह्मांड ने ब्रह्मांडीय समय पर सितारों का निर्माण कैसे किया- और उन सितारों और स्टार समूहों को बनाने वाली आकाशगंगाओं को कैसे इकट्ठा किया जाता है, रोड्रिगेज कहते हैं। और वह वास्तव में अच्छा होने लगता है।

अध्ययन ब्रह्मांड का पता लगाने के लिए एक कट्टरपंथी उपकरण के रूप में ब्लैक होल के बड़े डेटा सेट का उपयोग करने की दिशा में पहला कदम है। खगोलविदों ने एक आश्चर्यजनक सटीक मॉडल बनाया है कि ब्रह्मांड कैसे विकसित हुआ, जिसे लैम्ब्डा-सीडीएम के रूप में जाना जाता है। लेकिन कोई भी मॉडल परफेक्ट नहीं होता। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के एक खगोल भौतिकीविद् सल्वाटोर विटाले कहते हैं, गुरुत्वाकर्षण तरंगें ब्रह्मांड को मापने का एक तरीका प्रदान करती हैं जो ब्रह्मांड विज्ञान के इतिहास में हर दूसरी विधि से पूरी तरह से स्वतंत्र है। यदि आप समान परिणाम प्राप्त करते हैं, तो आप रात में बेहतर सोएंगे। यदि आप नहीं करते हैं, तो यह संभावित गलतफहमी की ओर इशारा करता है।

क्या हमारे सौरमंडल में ब्लैक होल है

सिद्धांतकार अब ऐसे मॉडल बना रहे हैं जिनमें कई ब्लैक-होल-गठन परिदृश्य शामिल हैं और यह पता लगाना है कि प्रत्येक ब्रह्मांड के इतिहास में कैसे विकसित हो सकता है। गुरुत्वाकर्षण-तरंग भौतिकविदों को उम्मीद है कि आने वाले महीनों और वर्षों में वे आत्मविश्वास के साथ इन सवालों का जवाब देने में सक्षम होंगे।

हम सिर्फ सतह को खरोंच रहे हैं, कलोगेरा कहते हैं। हमें एक मजबूत जवाब देने के लिए नमूना अभी भी बहुत छोटा है- लेकिन जब हमारे पास इनमें से 100 या 200 [विलय] होंगे, तो मुझे लगता है कि हमारे पास स्पष्ट उत्तर होंगे।

हम इतने दूर नहीं हैं।