इंस्टीट्यूट फॉर एडवांस्ड स्टडी के विद्वानों के नेतृत्व में खगोल भौतिकीविदों की एक टीम ने ब्लैक होल प्रकाश प्रतिध्वनि की खोज के लिए एक नवीन तकनीक विकसित की है। उनकी नई पद्धति, जिससे ब्लैक होल के द्रव्यमान और स्पिन को मापना आसान हो जाएगा, एक बड़े कदम का प्रतिनिधित्व करती है, क्योंकि यह उन कई अन्य तरीकों से स्वतंत्र रूप से काम करती है जिनसे वैज्ञानिकों ने अतीत में इन मापदंडों की जांच की है।
शोध, आज प्रकाशित हुआ द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्सएक ऐसी विधि का परिचय देता है जो “गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग” नामक प्रभाव के कारण ब्लैक होल का चक्कर लगाने वाले फोटॉन का प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान कर सकता है।
गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग तब होती है जब प्रकाश ब्लैक होल के पास से गुजरता है और उसका मार्ग ब्लैक होल के मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से मुड़ जाता है। इसका प्रभाव प्रकाश को एक स्रोत से पृथ्वी पर एक पर्यवेक्षक तक कई रास्ते लेने की अनुमति देता है: कुछ प्रकाश किरणें सीधे मार्ग का अनुसरण कर सकती हैं जबकि अन्य हम तक पहुंचने से पहले ब्लैक होल के चारों ओर एक बार – या कई बार चक्कर लगा सकती हैं। इसका मतलब यह है कि एक ही स्रोत से प्रकाश अलग-अलग समय पर आ सकता है, जिसके परिणामस्वरूप “प्रतिध्वनि” उत्पन्न होती है।
अध्ययन के प्रमुख लेखक, जॉर्ज एन. वोंग, फ्रैंक और पैगी टैपलिन, संस्थान के स्कूल ऑफ नेचुरल साइंसेज के सदस्य, कहते हैं, “प्रकाश ब्लैक होल के चारों ओर चक्कर लगाता है, जिससे गूँज पैदा होती है, यह वर्षों से सिद्ध किया गया है, लेकिन ऐसी गूँज को अभी तक मापा नहीं गया है।” और प्रिंसटन विश्वविद्यालय में प्रिंसटन ग्रेविटी इनिशिएटिव में एसोसिएट रिसर्च स्कॉलर। “हमारी पद्धति इन मापों को बनाने के लिए एक खाका प्रदान करती है, जो संभावित रूप से ब्लैक होल भौतिकी की हमारी समझ में क्रांतिकारी बदलाव ला सकती है।”
यह तकनीक इवेंट होरिजन टेलीस्कोप जैसे प्रसिद्ध इंटरफेरोमेट्रिक दूरबीनों द्वारा कैप्चर की गई मजबूत प्रत्यक्ष रोशनी से धुंधली प्रतिध्वनि हस्ताक्षरों को अलग करने की अनुमति देती है। वोंग और उनके सह-लेखकों में से एक, लिया मेडेइरोस, इंस्टीट्यूट के स्कूल ऑफ नेचुरल साइंसेज में विजिटर और प्रिंसटन यूनिवर्सिटी में नासा आइंस्टीन फेलो, दोनों ने इवेंट होरिजन टेलीस्कोप सहयोग के हिस्से के रूप में बड़े पैमाने पर काम किया है।
अपनी तकनीक का परीक्षण करने के लिए, वोंग और मेडेइरोस, स्कूल ऑफ नेचुरल साइंसेज में प्रोफेसर जेम्स स्टोन और लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी में फेनमैन फेलो और प्रिंसटन यूनिवर्सिटी में पूर्व एसोसिएट रिसर्च स्कॉलर एलेजांद्रो कर्डेनस-एवेंडानो के साथ काम करते हुए, उच्च-रिज़ॉल्यूशन सिमुलेशन चलाए जो M87 आकाशगंगा (M87*) के केंद्र में स्थित एक सुपरमैसिव ब्लैक होल के चारों ओर यात्रा करते हुए प्रकाश के हजारों “स्नैपशॉट” लिए, जो स्थित है पृथ्वी से लगभग 55 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर। इन सिमुलेशन का उपयोग करके, टीम ने प्रदर्शित किया कि उनकी विधि सिम्युलेटेड डेटा में प्रतिध्वनि विलंब अवधि का सीधे अनुमान लगा सकती है। उनका मानना है कि उनकी तकनीक M87* के अलावा अन्य ब्लैक होल पर भी लागू होगी।
मेडेइरोस बताते हैं, “यह विधि न केवल यह पुष्टि करने में सक्षम होगी कि ब्लैक होल की परिक्रमा करने वाले प्रकाश को कब मापा गया है, बल्कि ब्लैक होल के मूलभूत गुणों को मापने के लिए एक नया उपकरण भी प्रदान करेगा।”
इन गुणों को समझना महत्वपूर्ण है। वोंग कहते हैं, “ब्लैक होल ब्रह्मांड के विकास को आकार देने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।” “भले ही हम अक्सर इस बात पर ध्यान केंद्रित करते हैं कि ब्लैक होल चीजों को कैसे अंदर खींचते हैं, वे अपने परिवेश में बड़ी मात्रा में ऊर्जा भी उत्सर्जित करते हैं। वे आकाशगंगाओं के विकास में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं, यह प्रभावित करते हैं कि तारे कैसे, कब और कहाँ बनते हैं, और यह निर्धारित करने में मदद करते हैं आकाशगंगा की संरचना स्वयं कैसे विकसित होती है, ब्लैक होल द्रव्यमान और स्पिन के वितरण को जानना, और समय के साथ वितरण कैसे बदलता है, ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ को बढ़ाता है।”
ब्लैक होल के द्रव्यमान या स्पिन को मापना मुश्किल है। वोंग कहते हैं, अभिवृद्धि डिस्क की प्रकृति, अर्थात् गर्म गैस और ब्लैक होल की ओर अंदर की ओर बढ़ने वाले अन्य पदार्थ की घूर्णन संरचना, माप को “भ्रमित” कर सकती है। हालाँकि, प्रकाश की गूँज द्रव्यमान और स्पिन का एक स्वतंत्र माप प्रदान करती है, और कई माप होने से हमें उन मापदंडों के लिए एक अनुमान लगाने की अनुमति मिलती है “जिन पर हम वास्तव में विश्वास कर सकते हैं,” मेडेइरोस कहते हैं।
प्रकाश की प्रतिध्वनि का पता लगाने से वैज्ञानिक अल्बर्ट आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांतों का बेहतर परीक्षण करने में भी सक्षम हो सकते हैं। “इस तकनीक का उपयोग करके, हमें ऐसी चीज़ें मिल सकती हैं जो हमें सोचने पर मजबूर कर देंगी ‘अरे, यह अजीब है!'” मेडेइरोस कहते हैं। “ऐसे डेटा के विश्लेषण से हमें यह सत्यापित करने में मदद मिल सकती है कि क्या ब्लैक होल वास्तव में सामान्य सापेक्षता के अनुरूप हैं।”
टीम के नतीजे बताते हैं कि दूरबीनों की एक जोड़ी के साथ गूँज का पता लगाना संभव हो सकता है – एक पृथ्वी पर और एक अंतरिक्ष में – एक साथ काम करने के लिए जिसे “बहुत लंबी बेसलाइन इंटरफेरोमेट्री” के रूप में वर्णित किया जा सकता है। वोंग कहते हैं, इस तरह के इंटरफेरोमेट्रिक मिशन को केवल “मामूली” होना चाहिए। उनकी तकनीक ब्लैक होल के बारे में महत्वपूर्ण, विश्वसनीय जानकारी इकट्ठा करने के लिए एक सुव्यवस्थित, व्यावहारिक तरीका प्रदान करती है।
