लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्ज़र्वेटरी (LIGO) ने दो ब्लैक होल के बीच असामान्य रूप से मजबूत टकराव का पता लगाया, जिससे भौतिकविदों को 1971 में स्टीफन हॉकिंग द्वारा प्रस्तावित ब्लैक होल क्षेत्र प्रमेय को सत्यापित करने की अनुमति मिली। 10 सितंबर को, प्रासंगिक शोध परिणाम फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित किए गए थे।
ब्रह्मांड के माध्यम से यात्रा करने वाली गुरुत्वाकर्षण तरंगों को बनाने के लिए विलय करने वाले दो ब्लैक होल का एक आरेख। छवि स्रोत: सिमंस फाउंडेशन के लिए मैगी चियांग
प्रमेय बताता है कि जब दो ब्लैक होल विलीन होते हैं तो ब्लैक होल घटना क्षितिज बनता है, यानी वह सीमा जहां प्रकाश भी ब्लैक होल के नियंत्रण से बच नहीं सकता है, दो मूल ब्लैक होल के क्षेत्रों के योग से छोटा नहीं हो सकता है। यह प्रमेय ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम को प्रतिध्वनित करता है। थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम कहता है कि किसी वस्तु के भीतर एन्ट्रापी या विकार कभी कम नहीं होता है।
ब्लैक होल विलय ब्रह्मांड के ताने-बाने को विकृत कर देते हैं, जिससे अंतरिक्ष-समय में छोटे उतार-चढ़ाव पैदा होते हैं जिन्हें गुरुत्वाकर्षण तरंगें कहा जाता है जो प्रकाश की गति से ब्रह्मांड में यात्रा करती हैं। पृथ्वी पर पांच गुरुत्वाकर्षण तरंग वेधशालाएं हैं जो परमाणुओं के नाभिक से दस हजार गुना छोटी तरंगों की तलाश कर रही हैं। इनमें संयुक्त राज्य अमेरिका के दो LIGO डिटेक्टर, साथ ही इटली के कन्या डिटेक्टर, जापान के KAGRA और जर्मनी के GEO600 शामिल हैं, जो LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) नामक अंतर्राष्ट्रीय सहयोग द्वारा संचालित हैं।
नवीनतम टक्कर, जिसे GW250114 नाम दिया गया है, लगभग उस टक्कर के समान है जिसने पहली बार 2015 में देखी गई गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न की थीं। दोनों ब्लैक होल सूर्य के द्रव्यमान से 30 से 40 गुना अधिक थे और 1.3 बिलियन प्रकाश वर्ष दूर हुए थे।
इस बार, उन्नत LIGO डिटेक्टर 2015 की तुलना में तीन गुना अधिक संवेदनशील हैं, इसलिए वे टकराव से उत्पन्न तरंगों को अभूतपूर्व विस्तार से पकड़ सकते हैं। इससे शोधकर्ताओं को गणना करने और पुष्टि करने की अनुमति मिली कि ब्लैक होल के विलय के बाद घटना क्षितिज क्षेत्र बड़ा हो गया, जिससे हॉकिंग के प्रमेय की पुष्टि हुई।
एलवीके टीम की सदस्य और यूके में पोर्ट्समाउथ यूनिवर्सिटी की लौरा न्यूटॉल ने कहा कि जब ब्लैक होल टकराते हैं, तो वे गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न करते हैं जो घंटियों की तरह बजती हैं। पहले, ये स्वर इतनी तेजी से नष्ट हो जाते थे कि टकराव से पहले और बाद में घटना क्षितिज के क्षेत्र की गणना करने के लिए इन्हें स्पष्ट रूप से नहीं देखा जा सकता था, जो हॉकिंग के सिद्धांत का परीक्षण करने के लिए आवश्यक है। पहली बार पता चली टक्कर के 2021 के अध्ययन ने 95% विश्वास के साथ सिद्धांत का समर्थन किया, लेकिन नए अध्ययन ने उस विश्वास को 99.999% तक बढ़ा दिया है।
10 वर्षों में वैज्ञानिक गुरुत्वाकर्षण तरंगों का अवलोकन कर रहे हैं, उन्होंने लगभग 300 ब्लैक होल टकराव दर्ज किए हैं। लेकिन किसी को भी GW250114 जितनी जोरदार और स्पष्टता से नहीं पकड़ा गया, जो कि अब तक पहचानी गई अन्य गुरुत्वाकर्षण तरंगों की तुलना में दोगुना है।
जब GW250114 की तरंगें पृथ्वी पर पहुंचीं, तो केवल LIG काम कर रहा था, LVK सहयोग द्वारा निगरानी किए गए अन्य डिटेक्टर नहीं। यह हॉकिंग के सिद्धांत के परीक्षण को प्रभावित नहीं करता है, लेकिन इसका मतलब यह है कि शोधकर्ता अधिक स्पष्ट रूप से यह निर्धारित नहीं कर सकते हैं कि ये तरंगें आकाश में कहाँ से उत्पन्न होती हैं।
पोर्ट्समाउथ विश्वविद्यालय में एलवीके टीम के इयान हैरी ने कहा कि भविष्य में ऑनलाइन होने वाले एलआईजीओ और अन्य नियोजित वेधशालाओं के उन्नयन से अधिक संवेदनशीलता आएगी, जिससे हमें ब्लैक होल की भौतिकी का अधिक गहराई से अध्ययन करने की अनुमति मिलेगी। "हम सभी सिग्नल नहीं पकड़ सकते हैं, लेकिन हमारे पास इस तरह की घटनाएं फिर से होंगी। अपग्रेड का अगला दौर 2028 में हो सकता है और हम कुछ इसी तरह देखेंगे, और शायद तब तक संवेदनशीलता उस बिंदु तक होगी जहां हम वास्तव में इसमें गहराई से जा सकते हैं।"
निष्कर्ष क्वांटम गुरुत्व में अनुसंधान के लिए नए रास्ते खोलते हैं, जिससे भौतिकविदों को उम्मीद है कि यह सामान्य सापेक्षता और क्वांटम भौतिकी को एकीकृत करेगा। न्यूटॉल ने कहा कि नवीनतम नतीजे बताते हैं कि सामान्य सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी एक साथ अच्छा काम करना जारी रखते हैं, लेकिन भविष्य में कुछ मतभेद सामने आने की उम्मीद है।
न्यूटॉल ने कहा, "कुछ बिंदु पर हम यह देखना शुरू कर सकते हैं कि चीजें एक साथ इतनी अच्छी तरह से काम नहीं करती हैं, और ऐसा तब होगा जब हमें बहुत करीब सिग्नल मिलेंगे जो उपकरण की संवेदनशीलता बढ़ने पर हमारे डेटा में बेहद तेज़ दिखाई देंगे।"
एलवीके के नवीनतम डेटा ने वैज्ञानिकों को 1960 के दशक में गणितज्ञ रॉय केर द्वारा प्रस्तावित एक समीकरण की पुष्टि करने की भी अनुमति दी, जो भविष्यवाणी करता है कि ब्लैक होल को केवल दो मैट्रिक्स द्वारा चित्रित किया जा सकता है: उनका द्रव्यमान और स्पिन। मूलतः, समान द्रव्यमान और स्पिन वाले दो ब्लैक होल गणितीय रूप से समान होते हैं। "GW250114 की टिप्पणियों के लिए धन्यवाद, अब हम जानते हैं कि यह सच है।"
संबंधित पेपर जानकारी: https://doi.org/10.1103/kw5g-d732