वैज्ञानिकों ने दो और भी प्राचीन ब्लैक होल कोलाइड को सुना

एक और डेढ़ साल में तीसरी बार, उन्नत लेजर इंटरफेरोमीटर गुरुत्वाकर्षण तरंग वेधशाला ने गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाया है। एक सदी पहले आइंस्टीन द्वारा परिकल्पित, अंतरिक्ष-समय में इन तरंगों की पहचान - तीसरी बार, कोई कम नहीं - खगोल विज्ञान के एक क्षेत्र के वादे को पूरा कर रहा है, जो दशकों से वैज्ञानिकों को लुभा रहा है, लेकिन हमेशा बस झूठ बोलना प्रतीत होता था हमारी पहुंच।

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एक गुरुत्वीय-तरंग खगोल भौतिकीविद् और LIGO वैज्ञानिक सहयोग के सदस्य के रूप में, हममें से बहुत से लोग वास्तविकता को देखने के लिए स्वाभाविक रूप से रोमांचित हैं। लेकिन मैं अपने काम को अन्य लोगों की तुलना में अधिक दिलचस्प और रोमांचक खोजने का आदी हूं, इसलिए इस उपलब्धि से पूरी दुनिया जिस हद तक मोहित हो रही है वह आश्चर्यचकित करने वाली बात है।

उत्साह अच्छी तरह से लायक है, हालांकि। पहली बार इन गुरुत्वीय तरंगों का पता लगाकर, हमने न केवल आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत को समझाने और शानदार अंदाज में महत्वपूर्ण भविष्यवाणी को सीधे सत्यापित किया है, बल्कि हमने एक पूरी तरह से नई विंडो खोली है, जो ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ में क्रांतिकारी बदलाव लाएगी। ।

पहले से ही इन खोजों ने ब्रह्मांड की हमारी समझ को प्रभावित किया है। और LIGO अभी शुरू हो रहा है।

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इसके मूल में, ब्रह्मांड को समझने का यह नया तरीका इसकी ध्वनि को सुनने के लिए हमारी नई क्षमता से उपजा है। गुरुत्वाकर्षण तरंगें वास्तव में ध्वनि तरंगें नहीं हैं, लेकिन उपमा उपयुक्त है। दोनों प्रकार की तरंगें एक समान तरीके से जानकारी लेती हैं, और दोनों प्रकाश से पूरी तरह से स्वतंत्र घटना हैं।

गुरुत्वाकर्षण तरंगें अंतरिक्ष-समय में तरंग होती हैं जो अंतरिक्ष में तीव्रता से हिंसक और ऊर्जावान प्रक्रियाओं से बाहर की ओर फैलती हैं। वे उन वस्तुओं द्वारा उत्पन्न हो सकते हैं जो चमकते नहीं हैं, और वे धूल, पदार्थ या किसी अन्य चीज के माध्यम से यात्रा कर सकते हैं, बिना अवशोषित या विकृत किए बिना। वे अपने स्रोतों के बारे में अनूठी जानकारी रखते हैं जो हमें एक प्राचीन स्थिति में पहुंचाता है, जिससे हमें उस स्रोत की सही समझ मिलती है जो किसी अन्य तरीके से प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

सामान्य सापेक्षता हमें अन्य बातों के अलावा, यह बताती है कि कुछ तारे इतने घने हो सकते हैं कि वे ब्रह्मांड के बाकी हिस्सों से खुद को बंद कर लेते हैं। इन असाधारण वस्तुओं को ब्लैक होल कहा जाता है। सामान्य सापेक्षता ने यह भी भविष्यवाणी की कि जब ब्लैक होल के जोड़े एक बाइनरी सिस्टम में एक-दूसरे के चारों ओर कसकर परिक्रमा करते हैं, तो वे अंतरिक्ष-समय, ब्रह्मांड के बहुत कपड़े तक हलचल करते हैं। यह अंतरिक्ष-समय की यह गड़बड़ी है जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों के रूप में ब्रह्मांड में ऊर्जा भेजती है।

ऊर्जा का नुकसान द्विआधारी को और अधिक कड़ा करने का कारण बनता है, जब तक कि अंततः दो ब्लैक होल एक साथ नष्ट नहीं होते हैं और एक एकल ब्लैक होल बनाते हैं। यह शानदार टक्कर गुरुत्वाकर्षण तरंगों में अधिक शक्ति उत्पन्न करती है, जो संयुक्त ब्रह्मांड में सभी तारों द्वारा प्रकाश के रूप में प्रसारित की जाती है। ये तबाही की घटनाएं केवल दसियों मिलीसेकंड तक होती हैं, लेकिन उस समय के दौरान, वे बिग बैंग के बाद सबसे शक्तिशाली घटनाएं हैं।

ये तरंगें ब्लैक होल के बारे में जानकारी लेती हैं जिन्हें संभवतः किसी अन्य तरीके से प्राप्त नहीं किया जा सकता है, क्योंकि टेलिस्कोप उन वस्तुओं को नहीं देख सकते हैं जो प्रकाश का उत्सर्जन नहीं करती हैं। प्रत्येक घटना के लिए, हम ब्लैक होल के द्रव्यमान, उनके घूमने की दर या "स्पिन" को मापने में सक्षम हैं, और निश्चितता के अलग-अलग डिग्री के साथ उनके स्थानों और झुकाव के बारे में विवरण। यह जानकारी हमें यह जानने की अनुमति देती है कि कॉस्मिक समय के दौरान इन वस्तुओं का निर्माण और विकास कैसे हुआ।

जबकि पहले हमारे पास आसपास के सितारों और गैस पर उनके गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव के आधार पर ब्लैक होल के अस्तित्व के लिए मजबूत सबूत थे, इन शानदार घटनाओं की उत्पत्ति के बारे में जानने के लिए गुरुत्वाकर्षण तरंगों से विस्तृत जानकारी अमूल्य है।

लिविंगस्टन, लुइसियाना में LIGO गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर का हवाई दृश्य। (LIGO, CC BY-NC-ND)

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इन अविश्वसनीय रूप से शांत संकेतों का पता लगाने के लिए, शोधकर्ताओं ने दो LIGO उपकरणों का निर्माण किया, एक हैनफोर्ड, वाशिंगटन और दूसरा 3, 000 मील दूर लिविंगस्टन, लुइसियाना में। वे अद्वितीय प्रभाव का लाभ उठाने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों पर जो कुछ भी वे मुठभेड़ करते हैं। जब गुरुत्वाकर्षण तरंगें गुजरती हैं, तो वे वस्तुओं के बीच की दूरी को बदल देती हैं। गुरुत्वाकर्षण तरंगें अभी आप के माध्यम से जा रही हैं, अपने सिर, पैर और सब कुछ के बीच में एक पूर्वानुमान में आगे बढ़ने के लिए मजबूर है - लेकिन अगोचर - रास्ते।

आप इस प्रभाव को महसूस नहीं कर सकते हैं, या इसे माइक्रोस्कोप से भी देख सकते हैं, क्योंकि परिवर्तन बहुत अविश्वसनीय रूप से छोटा है। गुरुत्वीय तरंगें जिन्हें हम LIGO से पहचान सकते हैं, 4 किलोमीटर लंबे डिटेक्टरों के प्रत्येक छोर के बीच की दूरी को केवल 10ectors मीटर तक बदल देती हैं। यह कितना छोटा है? एक प्रोटॉन के आकार से हजार गुना छोटा - यही कारण है कि हम इसे माइक्रोस्कोप से भी देखने की उम्मीद नहीं कर सकते।

एलआईजीओ वैज्ञानिक इसके प्रकाशिकी निलंबन पर काम कर रहे हैं। (LIGO प्रयोगशाला, CC BY-ND)

ऐसी एक मिनट की दूरी को मापने के लिए, LIGO "इंटरफेरोमेट्री" नामक एक तकनीक का उपयोग करता है। शोधकर्ताओं ने एक लेजर से प्रकाश को दो भागों में विभाजित किया। प्रत्येक भाग फिर दो लंबवत हथियारों में से एक की यात्रा करता है जो प्रत्येक 2.5 मील लंबे होते हैं। अंत में, दोनों एक साथ वापस आते हैं और एक-दूसरे के साथ हस्तक्षेप करने की अनुमति दी जाती है। साधन को सावधानीपूर्वक कैलिब्रेट किया जाता है, ताकि गुरुत्वाकर्षण तरंग की अनुपस्थिति में, लेजर का हस्तक्षेप लगभग पूर्ण रद्द हो जाए - कोई प्रकाश इंटरफेरोमीटर से बाहर नहीं निकलता है।

हालाँकि, एक गुरुत्वीय तरंग एक हाथ को उसी समय खींचेगी जब वह दूसरी भुजा को निचोड़ता है। हथियारों की सापेक्ष लंबाई में बदलाव के साथ, लेजर प्रकाश का हस्तक्षेप अब सही नहीं होगा। यह हस्तक्षेप की मात्रा में यह छोटा बदलाव है जो कि उन्नत LIGO वास्तव में माप रहा है, और यह माप हमें बताता है कि गुजरती गुरुत्वाकर्षण लहर का विस्तृत आकार क्या होना चाहिए।

बात सुनो

दो ब्लैक होल के टकराने की आवाज:

सभी गुरुत्वीय तरंगों का आकार एक "चिरप" होता है, जहां समय के साथ संकेतों के दोनों आयाम (जोर से उभार) और आवृत्ति, या पिच बढ़ जाती है। हालांकि, स्रोत की विशेषताओं को इस चहक के सटीक विवरण में एन्कोड किया गया है और यह समय के साथ कैसे विकसित होता है।

गुरुत्वाकर्षण तरंगों का आकार जो हम देखते हैं, बदले में, हमें उस स्रोत के बारे में विवरण बता सकते हैं जिसे किसी अन्य तरीके से नहीं मापा जा सकता है। उन्नत एलआईजीओ द्वारा पहले तीन भरोसेमंद प्रतिबंधों के साथ, हमने पहले ही पाया है कि ब्लैक होल हमारी अपेक्षा से अधिक सामान्य हैं, और सबसे आम किस्म, जो सीधे-सीधे बड़े सितारों के पतन से बनती है, पहले की तुलना में अधिक व्यापक हो सकती है। विचार संभव था। यह सब जानकारी हमें यह समझने में मदद करती है कि बड़े पैमाने पर तारे कैसे विकसित होते हैं और मर जाते हैं।

LIGO (GW150914, GW151226, GW170104), और एक लो-कॉन्फिडेंस डिटेक्शन (LVT151012) द्वारा तीन पुष्टि की गई, स्टेलर-मास बाइनरी ब्लैक होल की आबादी को इंगित करती है, जो एक बार विलय हो जाती है, जो 20 सौर द्रव्यमानों की तुलना में बड़ी होती हैं - जो कि इससे बड़ी होती हैं पहले जाना जाता था। (एलआईजीओ / कैलटेक / सोनोमा स्टेट (औरोर सिमनेट), सीसी बाय-एनडी)

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यह सबसे हालिया घटना, जिसका हमने 4 जनवरी, 2017 को पता लगाया, यह अब तक का सबसे दूर का स्रोत है। क्योंकि गुरुत्वाकर्षण तरंगें प्रकाश की गति से यात्रा करती हैं, जब हम बहुत दूर की वस्तुओं को देखते हैं, तो हम समय में पीछे मुड़कर देखते हैं। यह सबसे हालिया घटना भी सबसे प्राचीन गुरुत्वाकर्षण तरंग स्रोत है जिसका हमने अब तक पता लगाया है, दो अरब साल पहले हुआ था। इसके बाद, ब्रह्मांड अपने आप में आज की तुलना में 20 प्रतिशत छोटा था, और बहुकोशिकीय जीवन अभी तक पृथ्वी पर उत्पन्न नहीं हुआ था।

इस सबसे हालिया टकराव के बाद अंतिम ब्लैक होल का द्रव्यमान हमारे सूरज के द्रव्यमान का 50 गुना है। पहले ज्ञात घटना से पहले, जिसका वजन सूरज के द्रव्यमान का 60 गुना था, खगोलविदों को नहीं लगता था कि इस तरह से बड़े पैमाने पर ब्लैक होल बन सकते हैं। जबकि दूसरी घटना केवल 20 सौर द्रव्यमान थी, इस अतिरिक्त बहुत बड़े पैमाने पर होने वाली घटना का पता लगाने से पता चलता है कि ऐसी प्रणालियां न केवल मौजूद हैं, बल्कि अपेक्षाकृत सामान्य भी हो सकती हैं।

उनके द्रव्यमान के अलावा, ब्लैक होल भी घूम सकते हैं, और उनके स्पिन उनके गुरुत्वाकर्षण-तरंग उत्सर्जन के आकार को प्रभावित करते हैं। स्पिन के प्रभाव को मापना अधिक कठिन है, लेकिन यह सबसे हालिया घटना न केवल स्पिन के लिए सबूत दिखाती है, बल्कि संभावित रूप से स्पिन के लिए जो कि द्विआधारी की कक्षा के समान अक्ष के आसपास उन्मुख नहीं है। अगर भविष्य की घटनाओं को देखते हुए इस तरह के मिसलिग्न्मेंट के मामले को मजबूत बनाया जा सकता है, तो यह हमारी समझ के लिए महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ेगा कि ये ब्लैक होल जोड़े कैसे बनते हैं।

आने वाले वर्षों में, हमारे पास इटली, जापान और भारत में गुरुत्वाकर्षण तरंगों के लिए LIGO जैसे अधिक उपकरण होंगे, इन स्रोतों के बारे में और भी अधिक सीखना। मेरे सहकर्मी और मैं अभी भी कम से कम एक न्यूट्रॉन स्टार वाले बाइनरी की पहली खोज का बेसब्री से इंतजार कर रहे हैं - एक प्रकार का घना तारा जो ब्लैक होल के सभी रास्ते को ध्वस्त करने के लिए पर्याप्त रूप से पर्याप्त नहीं था।

अधिकांश खगोलविदों ने भविष्यवाणी की कि न्यूट्रॉन सितारों के जोड़े ब्लैक-होल जोड़े से पहले देखे जाएंगे, इसलिए उनकी निरंतर अनुपस्थिति सिद्धांतवादियों के लिए एक चुनौती पेश करेगी। उनकी अंतिम खोज में खोजों के लिए नई संभावनाओं की एक मेजबान की सुविधा होगी, जिसमें पदार्थ की घनीभूत स्थिति को बेहतर ढंग से समझने की संभावना भी शामिल है, और संभावित रूप से गुरुत्वाकर्षण-तरंग संकेत के रूप में एक ही स्रोत से पारंपरिक दूरबीनों का उपयोग करके एक अद्वितीय प्रकाश हस्ताक्षर का अवलोकन करना है।

हम अंतरिक्ष से अगले कुछ वर्षों में गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने की उम्मीद करते हैं, पल्सर नामक बहुत ही सटीक प्राकृतिक घड़ियों का उपयोग करते हैं, जो बहुत नियमित अंतराल पर हमारे रास्ते में विकिरण के विस्फोटों को भेजते हैं। आखिरकार हम कक्षा में अत्यंत बड़े इंटरफेरोमीटर लगाने की योजना बनाते हैं, जहां वे पृथ्वी के लगातार ढहने से बच सकते हैं, जो उन्नत एलआईजीओ डिटेक्टरों के लिए शोर का एक सीमित स्रोत है।

लगभग हर बार वैज्ञानिकों ने नई दूरबीनों या कण त्वरक का निर्माण किया है, उन्होंने उन चीजों की खोज की है जिनकी कोई भी भविष्यवाणी नहीं कर सकता था। रोमांचक के लिए ज्ञात संभावनाओं के रूप में रोमांचक गुरुत्वाकर्षण-तरंग खगोल भौतिकी के इस नए क्षेत्र में हैं, एक सिद्धांतकार के रूप में मैं उन अज्ञात आश्चर्यों से सबसे अधिक उत्साहित हूं जो अभी भी हमारे लिए स्टोर में हैं।

यह आलेख मूल रूप से वार्तालाप पर प्रकाशित हुआ था।

सीन मैकविलियम्स, वेस्ट वर्जीनिया विश्वविद्यालय के भौतिकी और खगोल विज्ञान के सहायक प्रोफेसर