गुरुत्वाकर्षण तरंगों से पहली बार मापा गया ब्लैक होल टकराव का प्रतिक्षेप

दो ब्लैक होल के टकराने से उत्पन्न प्रतिक्षेप को अब गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उपयोग करके मापा गया है। यह पहला ऐसा माप है जो न केवल उस वेग को दर्शाता है जिस पर नवगठित ब्लैक होल अंतरिक्ष में गतिमान था, बल्कि उसकी दिशा को भी दर्शाता है, जिससे ब्लैक होल विलय को समझने के लिए एक नया उपकरण मिलता है। 2019 की गुरुत्वाकर्षण तरंग घटना GW190412 से, खगोलविदों ने यह निर्धारित किया है कि टक्कर के असंतुलित होने के कारण ब्लैक होल 50 किलोमीटर (31 मील) प्रति सेकंड से अधिक की गति से टकराया। पेंसिल्वेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी के खगोल भौतिकीविद् कौस्तव चंद्रा कहते हैं, “खगोल भौतिकी में यह उन कुछ घटनाओं में से एक है जहाँ हम केवल किसी चीज़ का पता नहीं लगा रहे हैं – हम केवल स्पेसटाइम में तरंगों का उपयोग करके, अरबों प्रकाश वर्ष दूर स्थित किसी वस्तु की पूर्ण त्रि-आयामी गति का पुनर्निर्माण कर रहे हैं।”

“यह इस बात का एक उल्लेखनीय प्रदर्शन है कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें क्या कर सकती हैं।” गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पहली बार पता लगाए हुए 10 साल हो चुके हैं, और तब से, LIGO, Virgo और KAGRA डिटेक्टरों ने ब्रह्मांड में सैकड़ों ब्लैक होल टकरावों को पकड़ा है। गुरुत्वाकर्षण तरंगें किसी तालाब में उठने वाली लहरों की तरह होती हैं, अगर वह तालाब स्पेसटाइम हो। जैसे ही दो ब्लैक होल एक-दूसरे की ओर सर्पिल गति से बढ़ते हैं, उनके परस्पर क्रियाशील गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र स्पेसटाइम को विचलित कर देते हैं, जिससे प्रकाश की गति से लहरें निकलती हैं। यह नृत्य एक विशाल गुरुत्वाकर्षण ब्लूप में परिणत होता है जब ब्लैक होल टकराते हैं और विलीन होकर एक एकल पिंड बनाते हैं। वैज्ञानिक इन तरंगों को डिकोड करके ब्लैक होल के गुणों की जाँच कर सकते हैं, जिसमें टकराने वाले दोनों ब्लैक होल का द्रव्यमान और घूर्णन, साथ ही अंतिम विलयित उत्पाद का द्रव्यमान भी शामिल है। स्पेन के सैंटियागो डे कॉम्पोस्टेला विश्वविद्यालय के खगोलशास्त्री जुआन काल्डेरोन-बुस्टिलो बताते हैं, “ब्लैक होल विलय को विभिन्न संकेतों के अध्यारोपण के रूप में समझा जा सकता है, ठीक वैसे ही जैसे किसी ऑर्केस्ट्रा का संगीत कई अलग-अलग वाद्ययंत्रों द्वारा बजाए जाने वाले संगीत के संयोजन के अनुरूप होता है।”

“हालांकि, यह ऑर्केस्ट्रा विशेष है: इसके चारों ओर अलग-अलग स्थानों पर बैठे दर्शक वाद्ययंत्रों के विभिन्न संयोजनों को रिकॉर्ड करेंगे, जिससे उन्हें यह समझने में मदद मिलेगी कि वे इसके चारों ओर वास्तव में कहाँ हैं।” किसी हिंसक ब्रह्मांडीय घटना, जैसे कि कोर-पतन सुपरनोवा या ब्लैक होल विलय, के सबसे नाटकीय परिणामों में से एक, एक ऐसी घटना है जिसे नेटल किक के रूप में जाना जाता है। यदि घटना असंतुलित है – सुपरनोवा एक तरफ अधिक शक्तिशाली है, या दोनों ब्लैक होल के द्रव्यमान बहुत असमान हैं – तो प्रदान की गई ऊर्जा असमान होगी, जिससे नवगठित ब्लैक होल को एक दिशा में एक विशाल धक्का मिलेगा। 2018 में, काल्डेरोन-बुस्टिलो और उनके सहयोगियों ने गुरुत्वाकर्षण तरंग विलय के आंकड़ों से ब्लैक होल के नेटल किक को मापने के लिए एक विधि तैयार की, जो संबंधित ब्लैक होल के स्पिन और द्रव्यमान पर आधारित थी। इसके लिए कुछ विशिष्ट परिस्थितियों की आवश्यकता थी जो उस समय तक पूरी नहीं हुई थीं, लेकिन सही प्रकार की घटना घटित होने में अधिक समय नहीं लगा।

अप्रैल 2019 में, LIGO-Virgo सहयोग द्वारा अंततः एक बहुत ही असमान बाइनरी में दो ब्लैक होल के बीच एक ब्लैक होल टकराव का पता लगाया गया। इनमें से एक ब्लैक होल का द्रव्यमान सूर्य के द्रव्यमान का 29.7 गुना था, जबकि दूसरा तीन गुना से भी छोटा था – केवल 8.4 सौर द्रव्यमान। इसके अलावा, विलय के हल्के होने का मतलब था कि अधिक विशाल विलयों की तुलना में सिग्नल काफ़ी लंबा था, जिससे काफ़ी डेटा प्राप्त होता था। अपनी विश्लेषण तकनीक का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने उस कोण और वेग का निर्धारण किया जिस पर विलयित ब्लैक होल अपनी टक्कर से बाहर निकला – इतनी तेज़ी से कि उसे एक गोलाकार समूह, जो किसी आकाशगंगा के भीतर तारों का एक सघन समूह होता है, से बाहर निकाला जा सके। बेशक, हमें नहीं पता कि ब्लैक होल किसी गोलाकार समूह में था या नहीं; विलय 2.4 अरब प्रकाश वर्ष दूर हुआ था, और हमारे उपकरण इतने उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले नहीं हैं कि इतनी दूर किसी गोलाकार समूह को देख सकें। लेकिन अगर ऐसा था, तो संभवतः यह विलुप्त होने वाला है।

शोधकर्ताओं का कहना है कि यह तकनीक ब्लैक होल विलय की जाँच के लिए एक शक्तिशाली नया उपकरण हो सकती है। हांगकांग के चीनी विश्वविद्यालय के खगोल भौतिकीविद् सैमसन लिओंग कहते हैं, “घने वातावरण में ब्लैक होल विलय से पता लगाने योग्य विद्युत चुम्बकीय संकेत उत्पन्न हो सकते हैं – जिन्हें फ्लेयर्स कहा जाता है – क्योंकि अवशिष्ट ब्लैक होल एक सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक की तरह घने वातावरण से होकर गुजरता है।” “चूँकि ज्वाला की दृश्यता पृथ्वी के सापेक्ष प्रतिक्षेप की दिशा पर निर्भर करती है, प्रतिक्षेप को मापने से हमें एक द्विआधारी ब्लैक होल से आने वाले वास्तविक गुरुत्वाकर्षण तरंग-विद्युतचुंबकीय संकेत युग्म और एक यादृच्छिक संयोग के बीच अंतर करने में मदद मिलेगी।” यह शोध नेचर एस्ट्रोनॉमी में प्रकाशित हुआ है।

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