निगलती हुई आकाशगंगाएँ: ब्लैक होल की तीव्र गति ने वैज्ञानिकों को चौंका दिया

नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के निक काज़, जिन्होंने अध्ययन का नेतृत्व किया, ने कहा: "शास्त्रीय अभिवृद्धि डिस्क सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि अभिवृद्धि डिस्क धीरे-धीरे विकसित होगी। लेकिन कुछ क्वासर - अभिवृद्धि डिस्क में गैस को निगलने वाले ब्लैक होल - महीनों से लेकर वर्षों के समय के पैमाने पर नाटकीय परिवर्तन से गुजरते प्रतीत होते हैं। परिवर्तन बहुत नाटकीय हैं। ऐसा लगता है कि अभिवृद्धि डिस्क का आंतरिक भाग - जहां से अधिकांश प्रकाश आता है - नष्ट हो जाता है और फिर फिर से भर जाता है। शास्त्रीय अभिवृद्धि डिस्क सिद्धांत इस नाटकीय व्याख्या नहीं कर सकता है परिवर्तन, लेकिन यह संभव है कि हमारे सिमुलेशन में दिखाई देने वाली तीव्र चमक और मंदता डिस्क के आंतरिक क्षेत्रों के विनाश के अनुरूप है।"

काज़ नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के वेनबर्ग कॉलेज ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज में खगोल विज्ञान में स्नातक छात्र हैं और सेंटर फॉर इंटरडिसिप्लिनरी एक्सप्लोरेशन एंड रिसर्च इन एस्ट्रोफिजिक्स (सीआईईआरए) के सदस्य हैं। काज़ की देखरेख सह-लेखक अलेक्जेंडर त्चेखोव्सकोय, वेनबर्ग कॉलेज में भौतिकी और खगोल विज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर और सीआईईआरए सदस्य द्वारा की गई थी।

ग़लत धारणा

ब्लैक होल के आसपास की अभिवृद्धि डिस्क भौतिक रूप से बहुत जटिल वस्तुएं हैं और इसलिए उनका मॉडल बनाना कठिन है। पारंपरिक सिद्धांत यह समझाने के लिए संघर्ष कर रहे हैं कि ये डिस्क इतनी चमकीली क्यों चमकती हैं और फिर अचानक मंद पड़ जाती हैं - और कभी-कभी पूरी तरह से गायब हो जाती हैं।

पिछले शोधकर्ताओं ने गलती से मान लिया था कि अभिवृद्धि डिस्क अपेक्षाकृत ऑर्डर की गई थीं। इन मॉडलों में, गैस और कण ब्लैक होल की परिक्रमा करते हैं - ब्लैक होल के समान तल में और ब्लैक होल के घूमने की दिशा में। फिर, सैकड़ों से सैकड़ों हजारों वर्षों के समय के दौरान, गैस के कण धीरे-धीरे ब्लैक होल में प्रवेश करते हैं और उसे पोषण देते हैं।

काज़ ने कहा, "दशकों तक, लोगों ने एक बड़ी धारणा बनाई कि अभिवृद्धि डिस्क ब्लैक होल के घूर्णन के साथ संरेखित थी।" "लेकिन जो गैस इन ब्लैक होल को पोषण देती है, उसे जरूरी नहीं पता है कि ब्लैक होल किस दिशा में घूम रहे हैं, तो वे खुद को संरेखित क्यों करते हैं? संरेखण बदलने से तस्वीर नाटकीय रूप से बदल जाती है।"

शोधकर्ताओं का सिमुलेशन, आज तक अभिवृद्धि डिस्क के उच्चतम-रिज़ॉल्यूशन सिमुलेशन में से एक है, जो दर्शाता है कि ब्लैक होल के आसपास का क्षेत्र पहले की तुलना में कहीं अधिक अराजक और अशांत है।

प्लेट से अधिक जाइरोस्कोप की तरह

शोधकर्ताओं ने झुकी हुई पतली अभिवृद्धि डिस्क के त्रि-आयामी सामान्य सापेक्षतावादी मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक्स (जीआरएमएचडी) सिमुलेशन करने के लिए ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में दुनिया के सबसे बड़े सुपर कंप्यूटरों में से एक समिट का उपयोग किया। जबकि पिछले सिमुलेशन वास्तविक ब्लैक होल के निर्माण के लिए आवश्यक सभी आवश्यक भौतिकी को शामिल करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली नहीं थे, नॉर्थवेस्टर्न के नेतृत्व वाला मॉडल अधिक संपूर्ण चित्र बनाने के लिए गैस गतिशीलता, चुंबकीय क्षेत्र और सामान्य सापेक्षता को शामिल करता है।

काज़ ने कहा, "ब्लैक होल अत्यधिक सामान्य सापेक्षतावादी वस्तुएं हैं जो आसपास के अंतरिक्ष-समय को प्रभावित करती हैं।" "इसलिए जब ब्लैक होल घूमते हैं, तो वे अपने चारों ओर की जगह को एक विशाल हिंडोले की तरह खींचते हैं, जिससे अंतरिक्ष भी घूमने के लिए मजबूर हो जाता है - एक घटना जिसे 'फ्रेम ड्रैग' के रूप में जाना जाता है। यह ब्लैक होल के करीब एक बहुत मजबूत प्रभाव पैदा करता है, और दूर से कमजोर और कमजोर हो जाता है।"

फ़्रेम ड्रैग के कारण पूरी डिस्क एक सर्कल में डगमगाने लगती है, जाइरोस्कोप की प्रीप्रोसेसिंग के समान। लेकिन डिस्क का अंदरूनी हिस्सा बाहर की तुलना में बहुत तेजी से घूमता है। इस बल बेमेल के कारण पूरी डिस्क विकृत हो जाती है, जिससे डिस्क के विभिन्न हिस्सों से गैसें टकराती हैं। टक्कर से बनी तेज़ शॉक तरंगें सामग्री को हिंसक रूप से ब्लैक होल के करीब और करीब धकेलती हैं।

जैसे-जैसे ताना-बाना अधिक गंभीर होता जाता है, अभिवृद्धि डिस्क का आंतरिक क्षेत्र तब तक तेजी से डगमगाता रहता है जब तक कि यह बाकी डिस्क से अलग न हो जाए। फिर, नए सिमुलेशन परिणामों के आधार पर, सबडिस्क एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से विकसित होने लगते हैं। ब्लैक होल के चारों ओर फ्लैट प्लेटों की तरह आसानी से एक साथ चलने के बजाय, सबडिस्क जाइरोस्कोप में पहियों की तरह अलग-अलग गति और कोणों पर स्वतंत्र रूप से डगमगाते हैं।

काज़ ने कहा, "जैसे ही आंतरिक डिस्क टूटती है, यह स्वतंत्र रूप से पूर्व-प्रक्रिया करती है। इसकी आगे की गति तेज़ होती है क्योंकि यह ब्लैक होल के करीब होती है, और क्योंकि यह छोटी होती है, यह अधिक आसानी से आगे बढ़ सकती है।"

जहां ब्लैक होल जीतते हैं

नए सिमुलेशन के अनुसार, आंसू क्षेत्र - जहां आंतरिक और बाहरी सबडिस्क अलग हो जाते हैं - वह जगह है जहां वास्तव में खिला उन्माद शुरू होता है। जबकि घर्षण डिस्क को एक साथ रखने की कोशिश करता है, घूमते हुए ब्लैक होल की स्पेसटाइम की विकृति इसे अलग करने की कोशिश करती है।

काट्ज़ ने कहा, "ब्लैक होल के घूमने और डिस्क के अंदर घर्षण और दबाव के बीच प्रतिस्पर्धा है।" "आंसू क्षेत्र वह जगह है जहां ब्लैक होल जीतता है। आंतरिक और बाहरी डिस्क एक दूसरे से टकराती हैं। बाहरी डिस्क आंतरिक डिस्क की परतों को हटा देती है, इसे अंदर की ओर धकेलती है।"

अब, उप-डिस्क विभिन्न कोणों पर प्रतिच्छेद करती हैं। बाहरी डिस्क सामग्री को आंतरिक डिस्क पर डंप करती है। यह अतिरिक्त द्रव्यमान आंतरिक डिस्क को ब्लैक होल की ओर धकेलता है, और उसे निगल जाता है। ब्लैक होल का अपना गुरुत्वाकर्षण फिर बाहरी क्षेत्रों से गैस को अब खाली हो चुके आंतरिक क्षेत्रों की ओर खींचता है, और उसे फिर से भर देता है।

क्वासर के बीच संबंध

काट्ज़ ने कहा, "खाओ-और-खाओ-खाओ" का यह तीव्र चक्र क्वासर के तथाकथित "बदलते स्वरूप" को समझा सकता है। क्वासर अत्यंत चमकीली वस्तुएं हैं जो संपूर्ण आकाशगंगा में 200 अरब से 400 अरब तारों की तुलना में 1,000 गुना अधिक ऊर्जा उत्सर्जित करती हैं। बदलते क्वासर और भी अधिक चरम हैं। ऐसा प्रतीत होता है कि वे कई महीनों के दौरान बार-बार टिमटिमाते रहते हैं - एक सामान्य क्वासर के लिए यह बहुत ही कम समय है।

यद्यपि शास्त्रीय सिद्धांत अभिवृद्धि डिस्क विकास और चमक परिवर्तन की गति के बारे में धारणा बनाता है, विकृत क्वासर के अवलोकन से पता चलता है कि वे वास्तव में बहुत तेजी से विकसित होते हैं।

"अभिवृद्धि डिस्क का आंतरिक क्षेत्र, जहां से अधिकांश चमक आती है, पूरी तरह से गायब हो सकता है - कुछ ही महीनों में तेजी से। हम मूल रूप से इसे पूरी तरह से गायब होते हुए देख सकते हैं। सिस्टम अब रोशनी नहीं करता है। फिर, यह फिर से उज्ज्वल हो जाता है, और प्रक्रिया दोहराती है। पारंपरिक सिद्धांत यह नहीं समझा सकता है कि यह पहली बार में क्यों गायब हो जाता है, या यह इतनी जल्दी कैसे भर जाता है।"

नए सिमुलेशन में न केवल क्वासर की व्याख्या करने की क्षमता है, बल्कि ब्लैक होल की रहस्यमय प्रकृति के बारे में लंबे समय से चले आ रहे सवालों के जवाब देने की भी क्षमता है।

काट्ज़ ने कहा, "गैस ब्लैक होल में ऊर्जा के लिए कैसे प्रवेश करती है, यह अभिवृद्धि डिस्क भौतिकी में एक केंद्रीय प्रश्न है।" "यदि आप जानते हैं कि यह कैसे होता है, तो आप बता सकते हैं कि डिस्क कितनी देर तक चलती है, यह कितनी चमकीली है, और जब हम इसे दूरबीन से देखते हैं तो प्रकाश कैसा दिखना चाहिए।"