चंद्र दक्षिणी ध्रुव: अनुसंधान से पता चलता है कि ब्लैक होल पहले की अपेक्षा अधिक तेजी से भोजन करते हैं

वॉशिंगटन: नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के नेतृत्व में एक नया अध्ययन इस बात को फिर से परिभाषित कर रहा है कि खगोल वैज्ञानिक सुपरमैसिव की खाने की आदतों के बारे में कैसे सोचते हैं। ब्लैक होल्स.
जबकि पिछले शोधकर्ताओं ने परिकल्पना की है कि ब्लैक होल धीरे-धीरे खाते हैं, नए सिमुलेशन से संकेत मिलता है कि ब्लैक होल पारंपरिक समझ से कहीं अधिक तेजी से खाना खाते हैं।
अध्ययन में प्रकाशित किया जाएगा द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल.
नए उच्च-रिज़ॉल्यूशन 3डी सिमुलेशन के अनुसार, घूमते हुए ब्लैक होल आसपास के अंतरिक्ष-समय को मोड़ देते हैं, अंततः गैस के हिंसक भँवर (या अभिवृद्धि डिस्क) को तोड़ देते हैं जो उन्हें घेरता है और खिलाता है। इसके परिणामस्वरूप डिस्क आंतरिक और बाहरी उपडिस्क में विभाजित हो जाती है। ब्लैक होल सबसे पहले आंतरिक रिंग को निगलते हैं। फिर, बाहरी सबडिस्क से मलबा पूरी तरह से भस्म हो चुकी आंतरिक रिंग द्वारा छोड़े गए अंतर को फिर से भरने के लिए अंदर की ओर फैल जाता है, और खाने की प्रक्रिया दोहराई जाती है।
अंतहीन रूप से दोहराई जाने वाली खाने-फिर से भरने-खाने की प्रक्रिया के एक चक्र में केवल कुछ महीने लगते हैं – शोधकर्ताओं द्वारा पहले प्रस्तावित सैकड़ों वर्षों की तुलना में यह एक आश्चर्यजनक रूप से तेज़ समय-सीमा है।
यह नई खोज रात के आकाश में कुछ सबसे चमकदार वस्तुओं के नाटकीय व्यवहार को समझाने में मदद कर सकती है, जिसमें क्वासर भी शामिल है, जो अचानक भड़कते हैं और फिर बिना स्पष्टीकरण के गायब हो जाते हैं।
अध्ययन का नेतृत्व करने वाले नॉर्थवेस्टर्न के निक काज़ ने कहा, “शास्त्रीय अभिवृद्धि डिस्क सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि डिस्क धीरे-धीरे विकसित होती है।” “लेकिन कुछ क्वासर – जो ब्लैक होल द्वारा अपनी अभिवृद्धि डिस्क से गैस खाने के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं – महीनों से वर्षों के समय के पैमाने में भारी बदलाव करते प्रतीत होते हैं। यह भिन्नता बहुत कठोर है। यह डिस्क के आंतरिक भाग की तरह दिखता है – जहां अधिकांश प्रकाश होता है से आता है – नष्ट हो जाता है और फिर पुनः भर जाता है। शास्त्रीय अभिवृद्धि डिस्क सिद्धांत इस भारी बदलाव की व्याख्या नहीं कर सकता है। लेकिन हमारे सिमुलेशन में जो घटनाएँ हम देखते हैं, वह संभावित रूप से इसकी व्याख्या कर सकती है। त्वरित चमक और मंदता नष्ट होने वाली डिस्क के आंतरिक क्षेत्रों के अनुरूप है।”
काज़ नॉर्थवेस्टर्न के वेनबर्ग कॉलेज ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज में खगोल विज्ञान में स्नातक छात्र हैं और सेंटर फॉर इंटरडिसिप्लिनरी एक्सप्लोरेशन एंड रिसर्च इन एस्ट्रोफिजिक्स (सीआईईआरए) के सदस्य हैं। काज़ को पेपर के सह-लेखक अलेक्जेंडर त्चेखोव्सकोय, वेनबर्ग में भौतिकी और खगोल विज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर और सीआईईआरए सदस्य द्वारा सलाह दी गई है।
ग़लत धारणाएँ
ब्लैक होल के आसपास की अभिवृद्धि डिस्क शारीरिक रूप से जटिल वस्तुएं हैं, जिससे उनका मॉडल बनाना अविश्वसनीय रूप से कठिन हो जाता है। पारंपरिक सिद्धांत यह समझाने के लिए संघर्ष कर रहा है कि ये डिस्क इतनी चमकीली क्यों चमकती हैं और फिर अचानक मंद हो जाती हैं – कभी-कभी पूरी तरह से गायब होने की स्थिति तक।
पिछले शोधकर्ताओं ने गलती से मान लिया है कि अभिवृद्धि डिस्क अपेक्षाकृत व्यवस्थित हैं। इन मॉडलों में, गैस और कण ब्लैक होल के चारों ओर घूमते हैं – ब्लैक होल के समान तल में और ब्लैक होल के घूमने की उसी दिशा में। फिर, सैकड़ों से सैकड़ों हजारों वर्षों के समय के पैमाने पर, गैस के कण धीरे-धीरे इसे खिलाने के लिए ब्लैक होल में सर्पिल हो जाते हैं।
काज़ ने कहा, “दशकों से, लोगों ने एक बहुत बड़ी धारणा बना ली है कि अभिवृद्धि डिस्क ब्लैक होल के घूर्णन के साथ संरेखित हैं।” “लेकिन जो गैस इन ब्लैक होल को पोषण देती है, उसे जरूरी नहीं पता है कि ब्लैक होल किस दिशा में घूम रहा है, तो वे स्वचालित रूप से संरेखित क्यों होंगे? संरेखण बदलने से तस्वीर काफी हद तक बदल जाती है।”
शोधकर्ताओं का सिमुलेशन, जो आज तक अभिवृद्धि डिस्क के उच्चतम-रिज़ॉल्यूशन सिमुलेशन में से एक है, इंगित करता है कि ब्लैक होल के आसपास के क्षेत्र पहले की तुलना में बहुत अधिक गंदे और अधिक अशांत स्थान हैं।
जाइरोस्कोप की तरह अधिक, प्लेट की तरह कम
ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में स्थित दुनिया के सबसे बड़े सुपर कंप्यूटरों में से एक, समिट का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक पतली, झुकी हुई अभिवृद्धि डिस्क का 3डी जनरल रिलेटिविस्टिक मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक्स (जीआरएमएचडी) सिमुलेशन किया। जबकि पिछले सिमुलेशन यथार्थवादी ब्लैक होल के निर्माण के लिए आवश्यक सभी आवश्यक भौतिकी को शामिल करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली नहीं थे, नॉर्थवेस्टर्न के नेतृत्व वाले मॉडल में अधिक संपूर्ण तस्वीर को इकट्ठा करने के लिए गैस गतिशीलता, चुंबकीय क्षेत्र और सामान्य सापेक्षता शामिल है।
काज़ ने कहा, “ब्लैक होल अत्यधिक सामान्य सापेक्षतावादी वस्तुएं हैं जो अपने आस-पास के स्थान-समय को प्रभावित करती हैं।” “तो, जब वे घूमते हैं, तो वे अपने चारों ओर की जगह को एक विशाल हिंडोले की तरह खींचते हैं और उसे भी घूमने के लिए मजबूर करते हैं – एक घटना जिसे ‘फ्रेम-ड्रैगिंग’ कहा जाता है। यह ब्लैक होल के नजदीक वास्तव में एक मजबूत प्रभाव पैदा करता है जो दूर तक तेजी से कमजोर होता जाता है।”
फ़्रेम-खींचने से संपूर्ण डिस्क वृत्तों में डगमगाने लगती है, ठीक उसी तरह जैसे जाइरोस्कोप आगे बढ़ता है। लेकिन आंतरिक डिस्क बाहरी हिस्सों की तुलना में कहीं अधिक तेजी से डगमगाना चाहती है। बलों के इस बेमेल के कारण पूरी डिस्क विकृत हो जाती है, जिससे डिस्क के विभिन्न हिस्सों से गैस टकराने लगती है। टकरावों से चमकीले झटके पैदा होते हैं जो हिंसक रूप से सामग्री को ब्लैक होल के करीब और करीब ले जाते हैं।
जैसे-जैसे ताना-बाना अधिक गंभीर होता जाता है, अभिवृद्धि डिस्क का आंतरिक क्षेत्र तब तक तेजी से डगमगाता रहता है जब तक कि यह डिस्क के बाकी हिस्सों से अलग न हो जाए। फिर, नए सिमुलेशन के अनुसार, सबडिस्क एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से विकसित होने लगते हैं। ब्लैक होल के चारों ओर एक सपाट प्लेट की तरह आसानी से एक साथ चलने के बजाय, सबडिस्क जाइरोस्कोप में पहियों की तरह अलग-अलग गति और कोणों पर स्वतंत्र रूप से डगमगाते हैं।
काज़ ने कहा, “जब आंतरिक डिस्क फट जाती है, तो यह स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ेगी।” “यह तेजी से आगे बढ़ता है क्योंकि यह ब्लैक होल के करीब है और क्योंकि यह छोटा है, इसलिए इसे स्थानांतरित करना आसान है।”
‘जहां ब्लैक होल जीतता है’
नए सिमुलेशन के अनुसार, फाड़ने वाला क्षेत्र – जहां आंतरिक और बाहरी सबडिस्क अलग हो जाते हैं – वह जगह है जहां वास्तव में खिला उन्माद शुरू होता है। जबकि घर्षण डिस्क को एक साथ रखने की कोशिश करता है, घूमते हुए ब्लैक होल द्वारा अंतरिक्ष-समय का घुमाव इसे अलग करना चाहता है।
काज़ ने कहा, “ब्लैक होल के घूमने और डिस्क के अंदर घर्षण और दबाव के बीच प्रतिस्पर्धा है।” “फाड़ने वाला क्षेत्र वह है जहां ब्लैक होल जीतता है। आंतरिक और बाहरी डिस्क एक-दूसरे से टकराती हैं। बाहरी डिस्क आंतरिक डिस्क की परतों को हटा देती है, इसे अंदर की ओर धकेलती है।”
अब सबडिस्क विभिन्न कोणों पर प्रतिच्छेद करती हैं। बाहरी डिस्क आंतरिक डिस्क के ऊपर सामग्री डालती है। यह अतिरिक्त द्रव्यमान आंतरिक डिस्क को ब्लैक होल की ओर भी धकेलता है, जहां इसे निगल लिया जाता है। फिर, ब्लैक होल का अपना गुरुत्वाकर्षण गैस को फिर से भरने के लिए बाहरी क्षेत्र से अब खाली आंतरिक क्षेत्र की ओर खींचता है।
क्वासर कनेक्शन
काज़ ने कहा कि खाने-फिर से भरने-खाने के ये तेज़ चक्र संभावित रूप से तथाकथित “बदलते-दिखते” क्वासर की व्याख्या करते हैं। क्वासर अत्यंत चमकदार वस्तुएं हैं जो संपूर्ण आकाशगंगा के 200 अरब से 400 अरब सितारों की तुलना में 1,000 गुना अधिक ऊर्जा उत्सर्जित करती हैं। बदलते रूप वाले क्वासर और भी अधिक चरम हैं। ऐसा प्रतीत होता है कि वे महीनों की अवधि में चालू और बंद होते हैं – एक सामान्य क्वासर के लिए बहुत कम समय।
यद्यपि शास्त्रीय सिद्धांत ने यह अनुमान लगाया है कि अभिवृद्धि डिस्क कितनी तेजी से विकसित होती है और चमक बदलती है, बदलते-दिखने वाले क्वासर के अवलोकन से संकेत मिलता है कि वे वास्तव में बहुत तेजी से विकसित होते हैं।
काज़ ने कहा, “अभिवृद्धि डिस्क का आंतरिक क्षेत्र, जहां से अधिकांश चमक आती है, पूरी तरह से गायब हो सकता है – वास्तव में कुछ ही महीनों में।” “हम मूल रूप से इसे पूरी तरह से गायब होते हुए देखते हैं। सिस्टम उज्ज्वल होना बंद कर देता है। फिर, यह फिर से उज्ज्वल हो जाता है और प्रक्रिया दोहराई जाती है। पारंपरिक सिद्धांत के पास यह समझाने का कोई तरीका नहीं है कि यह पहली बार में क्यों गायब हो जाता है, और यह नहीं बताता कि कैसे यह बहुत जल्दी भर जाता है।”
नए सिमुलेशन न केवल संभावित रूप से क्वासर की व्याख्या करते हैं, बल्कि वे ब्लैक होल की रहस्यमय प्रकृति के बारे में चल रहे सवालों के जवाब भी दे सकते हैं।
काज़ ने कहा, “गैस ब्लैक होल तक कैसे पहुँचती है ताकि उसे आपूर्ति की जा सके, यह अभिवृद्धि-डिस्क भौतिकी में केंद्रीय प्रश्न है।” “यदि आप जानते हैं कि ऐसा कैसे होता है, तो यह आपको बताएगा कि डिस्क कितनी देर तक चलती है, यह कितनी चमकीली है और जब हम इसे दूरबीन से देखते हैं तो प्रकाश कैसा दिखना चाहिए।”