मिल्की वे आकाशगंगा के केंद्र में, लगभग 26, 000 प्रकाश-वर्ष दूर, सितारों का एक समूह सुपरमेसिव ब्लैक होल के करीब है, जिसे धनु A * के रूप में जाना जाता है। जैसे ही एस-तारे कहे जाने वाले इन कुछ दर्जन सितारों ने ब्लैक होल से संपर्क किया- जो कि सूर्य से लगभग चार मिलियन गुना अधिक विशाल है- इसका विशाल गुरुत्वाकर्षण बल इन्हें लगभग 16 मिलियन मील प्रति घंटे से भी तेज गति से घूमाता है। वास्तव में, धनु A * का गुरुत्वीय खिंचाव इतना तीव्र होता है कि यह प्रकाश को इन तारों से तब टकराता है जब वे बहुत करीब से भटकते हैं, विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के लाल भाग की ओर तरंग दैर्ध्य को खींचते हैं।
विशेष रूप से, S0-2 का एक तारा, धनु A * के इतने करीब पहुंच जाता है कि खगोलविदों ने इसे हमारे गुरुत्वाकर्षण के मूल सिद्धांत की सीमाओं के परीक्षण के लिए सबसे अच्छी प्राकृतिक प्रयोगशालाओं में से एक पाया है: आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता।
दो दशकों से अधिक समय से, खगोलविज्ञानी गुरुत्वाकर्षण के कामकाज को बेहतर ढंग से समझने के लिए S0-2 के आंदोलनों को ट्रैक कर रहे हैं और आइंस्टीन के सिद्धांत को परीक्षण में डाल दिया है। स्टार की स्थिति का पता लगाने और उसके प्रकाश के स्पेक्ट्रम को मापने से, शोधकर्ताओं को यह निर्धारित करने की उम्मीद है कि ब्लैक होल के चारों ओर S0-2 की कक्षा सामान्य सापेक्षता द्वारा अनुमानित पथ से मेल खाती है या नहीं। साइंस में आज प्रकाशित एक अध्ययन में, खगोलविदों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने रिपोर्ट किया कि स्टार का व्यवहार आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत से सहमत है, इस बात की पुष्टि करता है कि एक सामान्य ब्लैक होल के आसपास के क्षेत्र में सामान्य सापेक्षता अभी भी है - कम से कम अब के लिए।
UCLA के एक शोध वैज्ञानिक, अध्ययनकर्ता और अध्ययन के प्रमुख लेखक, टुआन दो, कहते हैं, "आप सिद्धांत को पर्यावरण के रूप में चरम पर परख सकते हैं ... जितना आवश्यक रूप से उस सिद्धांत को धक्का दे सकते हैं, जिसकी हमने भविष्यवाणी की थी।" ।
हमारी आकाशगंगा के केंद्र में सुपरमैसिव ब्लैक होल के चारों ओर तारों की कक्षाओं की छवि। हाइलाइटेड स्टार S0-2 की कक्षा है। यह पहला तारा है जिसमें सुपरमेसिव ब्लैक होल के चारों ओर आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता का परीक्षण करने के लिए पर्याप्त माप है। (कीक / यूसीएलए गैलेक्टिक सेंटर ग्रुप) आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत में अंतरिक्ष के तीन आयामों और समय के एक आयाम के बारे में बताया गया है जो स्वाभाविक रूप से स्पेसटाइम के "फैब्रिक" में बंधे हैं। सितारों और ब्लैक होल जैसी विशाल वस्तुएं, इस कपड़े को दूरियों और धीमे समय में फैलाने के लिए ताना देती हैं, जिससे आसपास की वस्तुओं को अपनी ओर खींचती हैं। हम इस प्रभाव को गुरुत्वाकर्षण के रूप में मानते हैं- एक सेब जो एक पेड़ से गिरता है। लेकिन प्रकाश गुरुत्वाकर्षण बलों से भी प्रभावित होता है, क्योंकि यह एक विशाल वस्तु के चारों ओर विकृत स्पेसटाइम से गुजरता है।
सामान्य सापेक्षता के अनुसार, धनु ए * जैसे सुपरमैसिव ब्लैक होल स्पेसटाइम में एक बड़ा वक्र बनाते हैं, जो एक अत्यंत मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का निर्माण करते हैं। जब कोई तारा इस तरह के ब्लैक होल के करीब जाता है, तो उत्सर्जित प्रकाश के फोटॉन को क्षेत्र में खींच लिया जाता है, और जो प्रकाश बच जाता है और पृथ्वी पर आता है, उसे ब्लैक होल के गुरुत्वाकर्षण कुएं से बाहर आना चाहिए। नतीजा यह है कि देखी गई रोशनी में कम ऊर्जा होती है - एक कम आवृत्ति और एक लंबे समय तक तरंग दैर्ध्य - एक रेडर स्पेक्ट्रम का उत्पादन। वैज्ञानिक इस प्रभाव की सामान्य सापेक्षता की भविष्यवाणियों की तुलना करते हैं, जिसे गुरुत्वाकर्षण रेडशिफ्ट कहा जाता है, यह सिद्ध करने के लिए कि क्या सिद्धांत सत्य है, S0-2 जैसे सितारों से आने वाली प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को मापा जाता है।
गुरुत्वाकर्षण के अलावा अन्य कई कारक रेडशिफ्ट को प्रभावित कर सकते हैं, हालांकि, अगर कोई वस्तु दूर जा रही है या पर्यवेक्षक की ओर भी शामिल है। "सवाल का दिल मूल रूप से है, क्या आप इन सभी अन्य प्रभावों को इतनी अच्छी तरह से माप सकते हैं कि आप आत्मविश्वास से कह सकते हैं कि आप जो देख रहे हैं वह एक गुरुत्वाकर्षण पुनर्वित्त है, और न केवल कुछ अन्य तरीके से आप मूल रूप से कक्षा की कक्षा को समायोजित कर सकते हैं। स्टार, ”कहते हैं।
S0-2 की परिक्रमा धनु A * हर 16 साल में होती है। मई 2018 में, यह ब्लैक होल के अपने निकटतम बिंदु पर पहुंच गया, 120 खगोलीय इकाइयों (सिर्फ 11 बिलियन मील से अधिक) के भीतर आ रहा था और प्रकाश की गति के लगभग तीन प्रतिशत (लगभग 18 मिलियन मील प्रति घंटे) के भीतर यात्रा कर रहा था। इस समय, लाल रंग का प्रभाव विशेष रूप से उल्लेखनीय है क्योंकि स्टार के करीब जाने पर धनु A * का गुरुत्वाकर्षण खिंचाव अधिक मजबूत होता है। उसी वर्ष के मार्च और सितंबर में, स्टार भी क्रमशः अधिकतम और न्यूनतम रेडियल वेग के अपने बिंदुओं पर पहुंच गया, जिसका अर्थ है कि यह पृथ्वी पर एक पर्यवेक्षक के संबंध में सबसे तेज और सबसे धीमी गति से आगे बढ़ रहा था। इन तीन घटनाओं से रेडशिफ्ट सिग्नल स्टार की कक्षा के आकार को मैप करने के लिए महत्वपूर्ण हैं जहां गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव सबसे चरम हैं।
“रेडशिफ्ट सिग्नल निकटतम दृष्टिकोण के बिंदु पर सबसे मजबूत है क्योंकि यह ब्लैक होल के सबसे करीब है, लेकिन यह वह जगह नहीं है जहां इसे मापना सबसे आसान है क्योंकि हम जो वास्तव में संवेदनशील हैं… वह सापेक्ष वेग में परिवर्तन है, इसलिए आप इसे पकड़ना चाहते हैं इस संकेत के बढ़ते और गिरते पक्ष पर, “कहते हैं।
जैसे ही स्टार S0-2 हमारी आकाशगंगा के केंद्र में ब्लैक होल के करीब जाता है, यह प्रकाश विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के रेडर भागों में फैला है, आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई घटना है। (निकोल आर। फुलर / नेशनल साइंस फाउंडेशन) सुपरमैसिव ब्लैक होल भौतिकी के परीक्षण के लिए खेल के मैदानों को गुदगुदा रहे हैं क्योंकि वे आज के प्रमुख सिद्धांतों में बड़े करीने से फिट नहीं हैं। "ब्लैक होल दोनों बहुत बड़े पैमाने पर और बेहद कॉम्पैक्ट हैं, इसलिए यह सामान्य सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी से टकराता है।" जबकि क्वांटम यांत्रिकी हमारे ब्रह्मांड में सबसे छोटे कणों का वर्णन करता है - एक ऐसा क्षेत्र जहां गुरुत्वाकर्षण को आमतौर पर अनदेखा किया जा सकता है - सामान्य सापेक्षता में बड़े पैमाने पर वस्तुओं के साथ सौदा होता है जिसमें विशाल गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र होते हैं। कुछ भौतिकविदों को उम्मीद है कि ये दोनों सिद्धांत एक ब्लैक होल के केंद्र में एक सिर पर आएंगे, जहां एक विशाल द्रव्यमान को एक असीम रूप से छोटी मात्रा में समाहित माना जाता है, एक बिंदु जिसे गुरुत्वाकर्षण विलक्षणता के रूप में जाना जाता है।
"क्वांटम स्तर पर गुरुत्वाकर्षण को समझने के लिए लगभग सभी प्रयास करते हैं, और यह समझने के लिए कि यह प्रकृति के अन्य बलों के साथ कैसे फिट बैठता है, लगता है कि सामान्य सापेक्षता अधूरी है और किसी तरह से विघटित या विचलन करना चाहिए, और मजबूत गुरुत्व वह है जहां ऐसा होगा।, कहते हैं, क्लिफर्ड जॉनसन, दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के एक सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी, जो एक ईमेल में अध्ययन में शामिल नहीं थे। "ब्लैक होल के पड़ोस, बड़े और छोटे, दोनों तेजी से गुरुत्वाकर्षण के लिए एक अवलोकन क्षेत्र बनते जा रहे हैं ... जहां हमारे पास देखने का एक मौका है जहां सामान्य सापेक्षता टूट जाती है, [और] यदि ऐसा होता है, तो संभवतः हमारे ब्रह्मांड की भौतिकी का पता चलता है, और अंतरिक्ष और समय की प्रकृति के बारे में अधिक। ”
अनुसंधान टीम ने S0-2 की कक्षा में जाने के लिए टेलीस्कोप इमेजिंग और स्पेक्ट्रोस्कोपी के संयोजन का उपयोग किया। चूँकि पृथ्वी के चारों ओर का वातावरण सदैव गतिमान है, आकाश के हमारे दृश्य को धुंधला करते हुए, वे अनुकूली प्रकाशिकी पर भरोसा करते हैं और स्पष्ट तस्वीर खींचने के लिए धब्बेदार इमेजिंग नामक एक तकनीक - अनिवार्य रूप से, उन्होंने एक लचीले दर्पण का उपयोग किया, एक्ट्यूएटर्स के अनुसार प्रति सेकंड हजारों बार वार किया। और वायुमंडलीय धुंधलापन के लिए सही करने के लिए आकाश का स्नैपशॉट लिया।
“पृथ्वी का वातावरण मनुष्यों के लिए महान है, लेकिन खगोल विज्ञान के लिए बुरा है। ... यह एक नदी के नीचे एक कंकड़ को देखने की तरह है, और आप कंकड़ की स्थिति को मापने की कोशिश कर रहे हैं। ”वे कहते हैं। "मूल रूप से हम सितारों में टिमटिमाहट को दूर करने की कोशिश कर रहे हैं।"
दो केके टेलिस्कोपों से लेसर्स ने गेलेक्टिक सेंटर की दिशा में प्रचार किया। प्रत्येक लेजर एक कृत्रिम तारा बनाता है जिसका उपयोग पृथ्वी के वायुमंडल के कारण धुंधलेपन को ठीक करने के लिए किया जा सकता है। (एथन ट्वीडे) शोधकर्ताओं ने S0-2 के लिए एक कक्षा का पता लगाया और इसकी तुलना सामान्य सापेक्षता मॉडल और सरल न्यूटन भौतिकी मॉडल की भविष्यवाणियों से की। टीम ने पाया कि स्टार लगभग 450 हजार मील प्रति घंटे की गति से आगे बढ़ रहा था जो न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण की भविष्यवाणी करेगा, और यह कि सामान्य सापेक्षता मॉडल उनकी टिप्पणियों को समझाने की संभावना 43 हजार गुना अधिक थी।
"आइंस्टीन का सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत एक बार फिर सही साबित होता है, माप की सटीकता के भीतर, " निकोडेम पॉपलावस्की कहते हैं, जो न्यू हेवन विश्वविद्यालय के गणितज्ञ और भौतिक विज्ञानी थे जो नए अध्ययन में शामिल नहीं थे। वह यह भी बताते हैं कि परिणाम सामान्य सापेक्षता द्वारा वर्णित ब्लैक होल के अस्तित्व का समर्थन करते हैं। "ब्लैक होल की पहली तस्वीर के साथ अप्रैल में जो देखा गया था, उसके अलावा, अब हमारे पास यहां और भी सबूत हैं कि हमारे मिल्की वे के अंदर क्या है जो एक सुपरमैसिव ब्लैक होल है।"
पिछले साल रिपोर्ट किए गए इसी तरह के काम ने यह भी दावा किया कि S0-2 की कक्षा ने सामान्य सापेक्षता की भविष्यवाणियों का पालन किया। हालांकि, ये नए परिणाम अतिरिक्त तीन महीनों के डेटा से अतिरिक्त सबूत जोड़ते हैं जब स्टार धनु ए * के सबसे करीब था और पिछले वर्ष के सितंबर में महत्वपूर्ण तीसरे कक्षीय घटना सहित रेडशिफ्ट सिग्नल सबसे मजबूत था।
"संभावना है कि आप गैलेक्टिक केंद्र में सामान्य सापेक्षता को माप सकते हैं, एक दशक के लिए आसपास रहा है, " कहते हैं। "यह कहने के लिए कि हम अंततः ऐसा कर सकते हैं - यह मेरे लिए आकाशगंगा के केंद्र के आसपास गुरुत्वाकर्षण के और भी अधिक परीक्षणों के युग की शुरुआत का संकेत देता है और सुपरमैसिव ब्लैक होल के आसपास अधिक विज्ञान के लिए बहुत सारे रास्ते खोलता है।" अनुसंधान टीम एस-स्टार्स की गतियों पर नज़र रखना जारी रखेगी, जो ब्लैक होल के रहस्यों और हमारे ब्रह्मांड को नियंत्रित करने वाले भौतिकी में गहराई से जांच करेगी।
