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अंतरिक्ष · लेख

ब्लैक होल समझाया गया: वे कैसे बनते हैं, कैसे काम करते हैं, और आखिरकार उन्हें फोटो कैसे खींचा गया

प्रकाशित:

The Event Horizon Telescope (EHT) — a planet-scale array of eight ground-based radio telescopes forged through international collaboration — was designed to capture images of a black hole . In coordinated press conferences across the globe, EHT researchers revealed that they succ
चित्र: Event Horizon Telescope , uploader cropped and converted TIF to JPG · CC BY 4.0 · Wikimedia Commons

संक्षेप में

ब्लैक होल अंतरिक्ष का एक क्षेत्र है जहां गुरुत्वाकर्षण इतना मजबूत है कि कुछ भी नहीं, यहां तक कि प्रकाश भी, एक बार जब वह घटना क्षितिज नामक सीमा को पार कर जाता है तो बाहर नहीं निकल सकता। अधिकांश लगभग 20 सौर द्रव्यमान से अधिक के सितारों के समाप्त होने और उनके मुख्य भाग के ढहने से बनते हैं; सुपरमैसिव संस्करण आकाशगंगाओं के केंद्रों में होते हैं, जिनमें हमकी मिल्की वे के अपने सैजिटेरियस A* भी शामिल है। 2015 के बाद से, गुरुत्वाकर्षण-तरंग डिटेक्टर और सीधी इमेजिंग ने ब्लैक होल को सैद्धांतिक भविष्यवाणियों से सीधे देखी गई वस्तुओं में बदल दिया है।

यह संस्करण मूल पाठ (English) का मशीनी अनुवाद है। मूल पाठ पढ़ें

NASA एक ब्लैक होल को एक खगोलीय वस्तु के रूप में परिभाषित करता है जिसका गुरुत्वाकर्षण खिंचाव इतना मजबूत है कि कोई चीज नहीं, प्रकाश सहित, इससे बच सकती है। ब्लैक होल के चारों ओर वापसी का कोई बिंदु नहीं है जिसे घटना क्षितिज कहा जाता है: उस सीमा के अंदर, बचने के लिए आवश्यक गति प्रकाश की गति से अधिक है, इसलिए जो कुछ भी इसे पार कर जाता है वह वापस बाहर नहीं आ सकता।

एक ब्लैक होल कैसे बनता है

सबसे अच्छी तरह से समझा जाने वाला मार्ग तारकीय पतन है। NASA के अनुसार, एक तारा जिसका द्रव्यमान सूर्य के द्रव्यमान के लगभग 20 गुना से अधिक है, अंततः अपने मुख्य भाग में परमाणु ईंधन समाप्त कर देता है और अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण के तहत ढह जाता है। यह पतन एक सुपरनोवा विस्फोट को ट्रिगर करता है जो तारे की बाहरी परतों को उड़ा देता है। यदि बचा हुआ कुचला हुआ मुख्य भाग अभी भी लगभग तीन सौर द्रव्यमान से अधिक है, NASA का कहना है कि कोई ज्ञात बल पतन को ब्लैक होल में जारी रहने से नहीं रोक सकता।

एक बार बनने के बाद, एक ब्लैक होल आसपास की गैस को खींचकर, एक साथी तारे से सामग्री को छीनकर, या दूसरे ब्लैक होल के साथ विलय करके बढ़ सकता है, NASA अपने ब्लैक होल अवलोकन पृष्ठ पर बताता है।

सुपरमैसिव ब्लैक होल, जो आकाशगंगाओं के केंद्रों में पाए जाते हैं और NASA के अनुसार लगभग 100,000 से लेकर अरबों सौर द्रव्यमान तक होते हैं, कम समझे जाते हैं। NASA नोट करता है कि उनकी उत्पत्ति अभी भी एक खुला सवाल है, क्योंकि वे आकाशगंगा निर्माण के सबसे पहले के चरणों से मौजूद प्रतीत होते हैं।

घटना क्षितिज, विलक्षणता, और एक ब्लैक होल के हिस्से

NASA के ब्लैक होल 'शरीरविज्ञान' के विवरण में कई अलग-अलग क्षेत्र सूचीबद्ध हैं। केंद्र में विलक्षणता बैठी है, एक बिंदु जहां पदार्थ को NASA जो वर्णन करता है अनंत घनत्व में कुचल दिया जाता है; वैज्ञानिक यह सुनिश्चित नहीं हैं कि यह एक भौतिक संरचना है या समीकरणों की एक गणितीय कलाकृति है। इसके चारों ओर घटना क्षितिज है, कोई संभव नहीं की सीमा। और भी आगे, ब्लैक होल में गिरते हुए पदार्थ से प्रकाश ब्लैक होल के चारों ओर कई बार परिक्रमा कर सकता है और फिर बच सकता है, सीधी इमेजिंग में ब्लैक होल की अंधेरी 'छाया' के चारों ओर पतली घंटियों का निर्माण करते हुए — एक क्षेत्र जिसे NASA फोटॉन क्षेत्र कहता है।

एक ब्लैक होल की ओर गिरता हुआ पदार्थ आमतौर पर घटना क्षितिज को पार करने से पहले एक गर्म, चमकती वृद्धि डिस्क बनाता है। कई प्रणालियों में, उस सामग्री का कुछ हिस्सा इसके बजाय प्रकाश की गति के पास गति से कणों की जेट में पुनर्निर्देशित किया जाता है; सुपरमैसिव ब्लैक होल में ये जेट सैकड़ों हजार प्रकाश-वर्ष तक फैल सकती हैं, NASA कहता है।

ब्लैक होल के अस्तित्व को साबित करना: पेनरोस, गेंजेल, और घेज़

दशकों तक ब्लैक होल आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता का गणितीय परिणाम बने रहे, एक पुष्टि की गई भौतिक वास्तविकता के बजाय। रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेस ने 2020 के नोबेल पुरस्कार का आधा भौतिकी में रॉजर पेनरोस को दिया, जिनके 1965 के प्रमाण — जैसा कि अकादमी के अपने घोषणा में वर्णित है, ScienceDaily द्वारा रिपोर्ट किया गया — दिखाया कि ब्लैक होल गठन सामान्य सापेक्षता की एक मजबूत और अपरिहार्य भविष्यवाणी है एक बार जब एक पर्याप्त बड़ा, कॉम्पैक्ट शरीर ढह जाता है, और ऐसा पतन आवश्यक रूप से एक विलक्षणता का उत्पादन करता है।

उस पुरस्कार का दूसरा आधा संयुक्त रूप से रेइनहार्ड गेंजेल और एंड्रिया घेज़ को गया, जिन्होंने अलग-अलग टीमें चलाईं जो दुनिया की सबसे बड़ी दूरबीनों का उपयोग करके दशकों तक मिल्की वे के केंद्र में तारों की कक्षाओं को ट्रैक करते रहे। उनके काम, जो नोबेल घोषणा में भी ScienceDaily द्वारा संक्षेपित किया गया था, सौर मंडल से बड़े क्षेत्र में केंद्रित लगभग चार मिलियन सौर द्रव्यमान की एक अदृश्य वस्तु पाई — सैजिटेरियस A* के नाम से जानी जाने वाली सुपरमैसिव ब्लैक होल के लिए मजबूत सबूत।

अपता शक्य को पहचानना: गुरुत्वाकर्षण तरंगें और सीधी इमेजिंग

14 सितंबर 2015 को, जुड़वां Advanced LIGO डिटेक्टर ने एक संकेत दर्ज किया, जिसे GW150914 नाम दिया गया, दो ब्लैक होल के एक साथ सर्पिल और विलय होने की पूर्वानुमानित तरंग के अनुरूप। LIGO वैज्ञानिक सहयोग के अपने विज्ञान सारांश के अनुसार, दोनों ब्लैक होल का द्रव्यमान सूर्य के लगभग 36 और 29 गुना था, एक एकल ब्लैक होल में विलय होकर लगभग 62 सौर द्रव्यमान का, एक अरब प्रकाश-वर्ष से अधिक दूर; लगभग तीन सौर द्रव्यमान को एक सेकंड के एक अंश में गुरुत्वाकर्षण-तरंग ऊर्जा में परिवर्तित किया गया। पहचान में 5 सिग्मा से अधिक की सांख्यिकीय महत्ता थी, जिसका अर्थ है कि तुलनीय डेटा के लगभग 200,000 वर्षों में ऐसी गलती की अपेक्षा की जाएगी, LIGO रिपोर्ट करता है।

चार साल बाद, Event Horizon Telescope (EHT) सहयोग ने ब्लैक होल की छाया की पहली-कभी भी तस्वीर जारी की, M87* का, आकाशगंगा मेसियर 87 के केंद्र में सुपरमैसिव ब्लैक होल। जैसा कि NASA के जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी बताता है, EHT बहुत-लंबी-आधार हस्तक्षेप का उपयोग करके दुनिया भर में रेडियो दूरबीनों को एक एकल वर्चुअल उपकरण में जोड़ता है, हबल स्पेस टेलीस्कोप से लगभग 4,000 गुना तीव्र संकल्प प्राप्त करता है। अप्रैल 2017 की अवलोकन अभियान जो छवि के पीछे है, 2019 में जारी किया गया, M87* को लगभग 6.5 अरब सौर द्रव्यमान पर मापा, लगभग 53 मिलियन प्रकाश-वर्ष दूर स्थित।

12 मई 2022 को, EHT सहयोग ने एक दूसरी ऐतिहासिक तस्वीर जारी की: सैजिटेरियस A*, मिल्की वे का अपना केंद्रीय ब्लैक होल। जैसा कि AAS Nova द्वारा वर्णित है, अंतर्निहित डेटा अप्रैल 2017 में दर्ज किए गए, जिसका अर्थ है कि अवलोकन और छवि की रिलीज के बीच पांच साल से अधिक समय बीत गया। सैजिटेरियस A* लगभग चार मिलियन सौर द्रव्यमान है और 27,000 प्रकाश-वर्ष दूर है — इसका अर्थ है कि यह आकाश में लगभग M87* के समान प्रकट आकार दिखाई देता है, क्योंकि M87* लगभग 2,000 गुना दूर है और लगभग 1,500 गुना अधिक बड़ा है। दोनों ब्लैक होल के मापा हुए घंटी और छाया के आकार सामान्य सापेक्षता की भविष्यवाणियों के साथ मेल खाते थे, AAS Nova के अनुसार, विज्ञानियों को विशाल रूप से अलग-अलग ब्लैक होल द्रव्यमान में आइंस्टीन के सिद्धांत की स्वतंत्र पुष्टि दे रहे थे।

तीन ऐतिहासिक ब्लैक होल अवलोकन
अवलोकनतारीखप्रमुख आंकड़ेस्रोत
GW150914 (गुरुत्वाकर्षण तरंगें)14 सितंबर 2015लगभग 36 और 29 सौर द्रव्यमान के ब्लैक होल विलय हो रहे हैं; अंतिम ब्लैक होल लगभग 62 सौर द्रव्यमान; > 1 अरब प्रकाश-वर्ष दूरLIGO वैज्ञानिक सहयोग
M87* छविअप्रैल 2017 से डेटा; 2019 में जारीलगभग 6.5 अरब सौर द्रव्यमान; लगभग 53 मिलियन प्रकाश-वर्ष दूरNASA/JPL; EHT सहयोग
सैजिटेरियस A* छविअप्रैल 2017 से डेटा; 12 मई 2022 को जारीलगभग 4 मिलियन सौर द्रव्यमान; लगभग 27,000 प्रकाश-वर्ष दूरAAS Nova; EHT सहयोग

यह भौतिकी के लिए क्यों महत्वपूर्ण है

इनमें से प्रत्येक परिणाम सामान्य सापेक्षता को एक ऐसी पद्धति में परीक्षण करता है जिसे आइंस्टीन सीधे नहीं देख सकते थे: अत्यधिक गुरुत्वाकर्षण के तहत पदार्थ और अंतरिक्ष-समय। GW150914 से गुरुत्वाकर्षण-तरंग संकेत सामान्य सापेक्षता के विलक्षणता, विलय, और अनुवर्ती 'रिंगडाउन' के लिए पूर्वानुमानित तरंग के अनुरूप था, LIGO की विश्लेषण के अनुसार। M87* और सैजिटेरियस A* दोनों के लिए EHT की मापी हुई घंटी का व्यास समान रूप से सामान्य सापेक्षता की भविष्यवाणियों के साथ मेल खाता है, AAS Nova प्रति, वैज्ञानिकों को दो स्वतंत्र पुष्टि विधियां देते हुए — गुरुत्वाकर्षण तरंगें और सीधी इमेजिंग — जो एक ही सैद्धांतिक ढांचे पर अभिसरण होती हैं।

यह उल्लेखनीय खोज खगोल विज्ञान के एक रोमांचक नए युग की शुरुआत को चिह्नित करती है क्योंकि हम ब्रह्मांड पर एक पूरी तरह से नया, गुरुत्वाकर्षण-तरंग, खिड़की खोल रहे हैं।

— LIGO वैज्ञानिक सहयोग, GW150914 विज्ञान सारांश

प्रश्न

वास्तव में एक ब्लैक होल क्या है?
NASA इसे अंतरिक्ष के एक क्षेत्र के रूप में परिभाषित करता है जिसमें गुरुत्वाकर्षण इतना मजबूत है कि कोई चीज नहीं, प्रकाश तक, एक बार जब वह घटना क्षितिज से गुजरती है, बाहर नहीं आ सकती, सीमा जो कोई संभव नहीं की जगह को चिह्नित करती है।
एक ब्लैक होल कैसे बनता है?
अधिकांश ज्ञात ब्लैक होल तब बनते हैं जब 20 सौर द्रव्यमान से अधिक का एक तारा ईंधन समाप्त कर देता है, ढह जाता है, और एक सुपरनोवा के रूप में विस्फोट करता है; यदि बचा हुआ मुख्य भाग लगभग 3 सौर द्रव्यमान से अधिक है, तो NASA के अनुसार यह ब्लैक होल में पतन जारी रखता है। आकाशगंगा के केंद्रों में सुपरमैसिव ब्लैक होल एक ऐसी प्रक्रिया से बनते हैं जिसे वैज्ञानिक कहते हैं अभी भी पूरी तरह से समझा नहीं जाता है।
क्या कभी एक ब्लैक होल की वास्तविक तस्वीर खींची गई है?
हां। Event Horizon Telescope ने एक ब्लैक होल की छाया की पहली तस्वीर, M87*, 2019 में जारी की, और मिल्की वे के अपने ब्लैक होल, सैजिटेरियस A*, की दूसरी तस्वीर 2022 में जारी की, दोनों अप्रैल 2017 में दर्ज डेटा के आधार पर।
2020 के नोबेल पुरस्कार में भौतिकी का ब्लैक होल से क्या लेना-देना था?
रॉजर पेनरोस ने आधा पुरस्कार जीता क्योंकि 1965 में गणितीय रूप से साबित किया कि ब्लैक होल गठन सामान्य सापेक्षता का एक अपरिहार्य परिणाम है; रेइनहार्ड गेंजेल और एंड्रिया घेज़ ने दूसरा आधा साझा किया क्योंकि दशकों की तारा-कक्षा अवलोकनों से, मिल्की वे के केंद्र में चार-मिलियन-सौर-द्रव्यमान की वस्तु की खोज की।
गुरुत्वाकर्षण तरंगें क्या हैं और वे ब्लैक होल से कैसे जुड़ी हैं?
गुरुत्वाकर्षण तरंगें अंतरिक्ष-समय में लहरें हैं; पहली कभी का पहचान, GW150914 सितंबर 2015 में, दो ब्लैक होल से आई, लगभग 36 और 29 सौर द्रव्यमान के, एक लगभग 62 सौर द्रव्यमान वाले में विलय हो रहे हैं, LIGO डिटेक्टर द्वारा दर्ज।

स्रोत

  1. NASA — What Are Black Holes?
  2. NASA Science — Black Hole Anatomy
  3. NASA/JPL — How Scientists Captured the First Image of a Black Hole
  4. LIGO Scientific Collaboration — Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger (GW150914)
  5. AAS Nova — First Image of the Milky Way's Supermassive Black Hole
  6. ScienceDaily — Nobel Prize in Physics 2020: Discoveries About Black Holes

यह लेख कृत्रिम बुद्धिमत्ता से तैयार किया गया और प्रकाशन से पहले स्वचालित स्रोत-जाँच से गुज़रा। कोई गलती दिखे तो सुधार का अनुरोध करें। सुधार या उत्तर का अनुरोध करें · हम कैसे काम करते हैं

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