ब्लॅक होल (BLACK HOLES) – एक नवीन अंतराळ मोहीम रहस्य उलगडणार का?

• By Gaurav Khanna
• Professor of Physics, University of Rhode Island

किंग्स्टन (अमेरिका) : भौतिकशास्त्रज्ञ कृष्णविवर अर्थात ब्लॅक होल (BLACK HOLES) सर्वांत रहस्यमयी वस्तू मानतात. विडंबणा ही आहे, की ती सर्वांत सोप्या वस्तूंपैकी एक असल्याचंही म्हंटलं जातं. अनेक वर्षांपासून माझ्यासारखे भौतिक शास्त्रज्ञ हे सिद्ध करण्याचा प्रयत्न करीत आहे, की कृष्णविवर अर्थात ब्लॅक होल (BLACK HOLES) जसे दिसतात त्यापेक्षा ते बरेच जटिल आहेत.

लिसा (LISA) नावाची एक अधिकृत युरोपीय अंतराळ मोहीम या शोधात आम्हाला मदत करणार आहे. 

सत्तरच्या दशकातील संशोधनातून असे आढळले आहे, की आपण फक्त तीन भौतिक वैशिष्ट्ये वापरून कृष्णविवर अर्थात ब्लॅक होलचे (BLACK HOLES) सर्वसमावेशक वर्णन करू शकतो. ही तीन भौतिक वैशिष्ट्ये म्हणजे १. वस्तुमान (mass), २. चार्ज (charge) आणि ३. स्पिन (spin).

या प्रचंड तुटत्या ताऱ्यांचे इतर सर्व गुणधर्म जसे की त्यांची तपशीलवार रचना, घनता आणि तापमान प्रोफाइल कृष्णविवरांमध्ये रूपांतरित होताना नाहीसे होतात. यातून असे लक्षात येते, की ते किती सोपे आहेत. कृष्णविवरांना  (ब्लॅक होल-Black Holes) फक्त तीन गुणधर्म आहेत. या कल्पनेला ‘नो-हेअर’ (no-hair) प्रमेय म्हणतात. याचा अर्थ असा, की त्यांच्याकडे कोणतेही ‘केसासारखे’ तपशील नाहीत, ज्यामुळे ते गुंतागुंतीचे बनतात.

केसाळ कृष्णविवर (Black Holes)?

अनेक दशकांपासून, ॲस्ट्रोफिजिक्स समुदायातील संशोधकांनी संभाव्य केसाळ कृष्णविवराची परिस्थिती समजून घेण्यासाठी ‘नो-हेअर’ (no-hair) प्रमेयातील उणिवा किंवा वैशिष्ट्यांवर काम केले.

केसाळ कृष्णविवरात एक भौतिक गुणधर्म असतो – सिद्धान्तानुसार – शास्त्रज्ञ त्याचे वस्तुमान, चार्ज किंवा स्पिनच्या पलीकडे जाणारे मोजमाप करू शकतात. ही संपत्ती त्याच्या संरचनेचा कायमस्वरूपी भाग असणे आवश्यक आहे.

सध्या टोरंटो विद्यापीठातील भौतिकशास्त्रज्ञ स्टीफॅनोस अरेटाकिस (Stefanos Aretakis) यांनी सुमारे दशकापूर्वी गणिती पद्धतीने दाखवले, की कृष्णविवराच्या क्षितिजावर ‘केस’ वाढू शकतात. हे कृष्णविवर जास्तीत जास्त चार्ज होऊ शकतात, ज्याला उच्च चार्ज होणारे कृष्णविवर म्हटले जाते.

कृष्णविवराचे क्षितिज ही अशी सीमा आहे, जिच्या पलीकडे जाणारी कोणतीही गोष्ट, अगदी प्रकाशही सुटू शकत नाही.

अरेटाकिसचे विश्लेषण हा अत्यंत सोप्या भौतिक परिस्थितीचा वापर करून एक विचारप्रयोग होता. त्यामुळे तो शास्त्रज्ञांना खगोल भौतिकदृष्ट्या पाहण्याची अपेक्षा करता येणार नाही. मात्र सुपरचार्ज्ड कृष्णविवर एकमेव प्रकार नाही, ज्यात केस असू शकतात.

कारण तारे आणि ग्रहासारख्या खगोलशास्त्रीय वस्तू फिरण्यासाठी ओळखल्या जातात. त्यामुळे शास्त्रज्ञांना अपेक्षा आहे, की कृष्णविवरही फिरतील. मात्र, ते कसे बनले यावर ते अवलंबून असेल.

खगोलशास्त्रीय पुराव्यांवरून असे आढळून आले आहे, की कृष्णविवरांमध्ये स्पिन (फिरकी) असते. अर्थात, संशोधकांना खगोलीय कृष्णविवराचे विशिष्ट स्पिनमूल्य काय आहे हे माहीत नाही.

संगणक सिम्युलेशन वापरून, माझ्या टीमने अलीकडेच कृष्णविवरांमध्ये अशाच केसांचा शोध घेतला, जे जास्तीत जास्त वेगाने फिरत आहेत.

हे केस क्षितिजावरील स्थळ-वेळाच्या वक्रता परिवर्तनाच्या दर किंवा उताराशी संबंधित आहेत. आम्ही याचाही शोध घेतला, की वास्तविकपणे कृष्णविवराला केस राखण्यासाठी जास्तीत जास्त वेळा फिरण्याची गरज नाही. हे महत्त्वपूर्ण आहे. कारण अधिकांश वेळा फिरणारे कृष्णविवर शक्यतो निसर्गात होत नाहीत.

केसांना मोजण्याची पद्धत

माझ्या टीमला संभाव्यपणे या केसांना मोजण्याची एक पद्धत विकसित करण्याची इच्छा होती. एक अशी निश्चित व्यवस्था, जी आपले वस्तुमान, स्पिन आणि चार्जच्या पलीकडे एका कृष्णविवराची वैशिष्ट्ये सांगू शकते.

वेगाने फिरणाऱ्या कृष्णविवरातून बाहेर पडणाऱ्या गुरुत्वाकर्षण लहरींवर अशी नवीन प्रणाली कशी छाप सोडू शकते हे आम्ही पाहू लागलो.

गुरुत्वाकर्षण लहरी म्हणजे अवकाश-काळातील एक छोटासा व्यत्यय आहे, जो सहसा विश्वातील मोठ्या खगोलीय घटनांमुळे होतो.

कृष्णविवर आणि न्यूट्रॉन ताऱ्यांसारख्या (neutron stars) कॉम्पॅक्ट खगोलीय वस्तूंची टक्कर मजबूत गुरुत्वाकर्षणाच्या लहरी निर्माण करतात. अमेरिकेतील लेझर इंटरफेरोमीटर ग्रॅव्हिटेशनल वेव्ह वेधशाळेसह (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) गुरुत्वाकर्षण वेधशाळांचे एक आंतरराष्ट्रीय नेटवर्क नियमितपणे या लहरींचा शोध घेत असतो.

आमच्या अलीकडील अभ्यासातून असे आढळून आले आहे, की वेगाने फिरणाऱ्या कृष्णविवरांसाठी गुरुत्वाकर्षण लहरींच्या डेटावरून ही केसाळ वैशिष्ट्ये मोजता येतात.

गुरुत्वाकर्षण लहरींचा डेटा पाहिल्यास केसांच्या एक प्रकारच्या खुणा दिसून येतात, ज्यामुळे संकेत मिळतात, की कृष्णविवरात या प्रकारचे केस आहेत की नाहीत.

आमचा सुरू असलेला अभ्यास आणि आमच्या टीमचा एक विद्यार्थी सोम बिशोई (Som Bishoyi) याने केलेली अलीकडील प्रगती, वेगाने फिरणाऱ्या कृष्णविवरांच्या सैद्धान्तिक आणि संगणकीय मॉडेलच्या संयोजनावर आधारित आहे.

आमच्या निष्कर्षांचे अद्याप क्षेत्रात परीक्षण करण्यात आलेले नाही किंवा अंतराळातील वास्तविक कृष्णविवरांचे निरीक्षण केले गेले नाही. मात्र, आम्हाला आशा आहे की हे लवकरच बदलेल.

‘लिसा’ला हिरवा झेंडा मिळाला…

जानेवारी 2024 मध्ये, युरोपीय स्पेस एजन्सीने औपचारिकपणे अवकाश-आधारित लेझर इंटरफेरोमीटर स्पेस अँटेना (Laser Interferometer Space Antenna) अर्थात लिसा (LISA) मिशन स्वीकारले. लिसा (LISA) गुरुत्वाकर्षणाच्या लहरींचा शोध घेईल आणि अभियानातील डेटा माझ्या टीमला आमच्या केसाळ कृष्णविवरांच्या प्रश्नांच्या उत्तराचा शोध घेण्यास साह्यभूत ठरू शकेल.

औपचारिकपणे स्वीकारणे म्हणजे प्रकल्पाला 2035 च्या नियोजित प्रक्षेपणासह बांधकाम टप्प्यात जाण्याची परवानगी देण्यात आली आहे. लिसा (LISA)मध्ये सूर्याभोवती पृथ्वीचे अनुसरण करणारी परिपूर्ण समभुज त्रिकोणामध्ये कॉन्फिगर केलेल्या तीन अवकाशयानांचा समावेश आहे. प्रत्येक अंतराळयान 16 लाख मैल (25 लाख किलोमीटर) अंतरावर असेल आणि ते एकमेकांमधील अंतर मोजण्यासाठी लेसर बीमची देवाणघेवाण करतील.

लिसा (LISA)आपल्या सूर्यापेक्षा लाखो किंवा अब्जावधी पटीने जास्त विशाल असलेल्या सुपरमासिव्ह कृष्णविवरातून गुरुत्वाकर्षण लहरी शोधेल.

या फिरत असलेल्या ब्लॅक होलभोवती स्पेस-टाइमचा नकाशा तयार करेल. त्यामुळे भौतिकशास्त्रज्ञांना हे समजण्यास मदत होईल, की कृष्णविवराजवळील प्रदेशात अभूतपूर्व अचूकतेवर गुरुत्वाकर्षण कसे कार्य करते. भौतिकशास्त्रज्ञांना आशा आहे, की लिसा (LISA)देखील कृष्णविवराची कोणतीही केसाळ वैशिष्ट्ये मोजण्यास सक्षम असेल.

लिगो (LIGO)द्वारे दररोज नवीन निरीक्षणे आणि लिसा (LISA)द्वारे कृष्णविवराच्या आसपासच्या स्पेस-टाइमची झलक देण्याबरोबरच आता कृष्णविवर भौतिकशास्त्रज्ञ होण्याचा सर्वांत रोमांचक काळ आहे.

खरोखर एलियन ब्रह्मांडात लपलेले आहेत का?

Visit us

• Facebook page : @kheliyad
• Instagram : @kheliyad
• X : @kheliyad
• Linkedin : @MaheshPathade03
• Youtube Channel : Team Kheliyad
• WhatsApp Channel: kheliyad
• email : kheliyad.sports@gmail.com

[jnews_block_9 first_title=”Read More at:” header_text_color=”#dd3333″ header_line_color=”#dd3333″ include_category=”1636″]