মহাকর্ষীয়-তরঙ্গের তথ্য বলছে, সবচেয়ে বড় ব্ল্যাক হোলগুলো বারবার সংঘর্ষের মাধ্যমে গড়ে ওঠে

মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ ক্যাটালগে থাকা সবচেয়ে বড় ব্ল্যাক হোলগুলো মহাজাগতিক পুনর্ব্যবহারকারী হতে পারে

মহাকর্ষীয় তরঙ্গের মাধ্যমে শনাক্ত সবচেয়ে বড় ব্ল্যাক হোলগুলো সম্ভবত সরাসরি ধসে পড়া নক্ষত্র থেকে তৈরি হয়নি। বরং নতুন গবেষণা বলছে, অত্যন্ত ঘন নক্ষত্রগুচ্ছের ভেতরে বারবার সংঘর্ষের মাধ্যমে তাদের অনেকগুলো গঠিত হয়েছে, ফলে সাধারণ stellar black hole-এর তুলনায় একেবারে ভিন্ন ইতিহাসসহ ভারী, দ্রুত-ঘূর্ণায়মান বস্তুর একটি পৃথক জনগোষ্ঠী তৈরি হয়েছে।

Cardiff University-এর নেতৃত্বাধীন একটি দল এই ফলাফল জানিয়ে Nature Astronomy-এ প্রকাশ করেছে। এটি মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ জ্যোতির্বিজ্ঞানের ক্ষমতায় একটি গুরুত্বপূর্ণ স্তর যোগ করে। ক্ষেত্রটি এখন আর শুধু মিশ্রণ ঘটনার সংখ্যা গণনায় সীমাবদ্ধ নয়। এটি ব্ল্যাক হোল কীভাবে বড় হয় এবং কোন পরিবেশে তাদের গঠন হওয়ার সম্ভাবনা বেশি, তা পুনর্গঠন করতেও শুরু করেছে।

এই পরিবর্তন গুরুত্বপূর্ণ, কারণ খুব ভারী ব্ল্যাক হোলের উৎপত্তি মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ পর্যবেক্ষণের তোলা কঠিন ধাঁধাগুলোর একটি। কিছু বস্তু এত বড় বা গতিশীলভাবে এত অস্বাভাবিক যে, একটি নক্ষত্র একবার ধসে পড়ে সহজ একটি বিবর্তন ইতিহাসসহ ব্ল্যাক হোল রেখে গেছে - এই সরল ছবিতে তারা ঠিকমতো মেলে না।

বড় ক্যাটালগ, নতুন জনগোষ্ঠীর প্রশ্ন

গবেষকেরা LIGO-Virgo-KAGRA Gravitational-Wave Transient Catalog-এর version 4.0, অর্থাৎ GWTC4, বিশ্লেষণ করেছেন। এই ক্যাটালগে ব্ল্যাক হোল মিশ্রণের 153টি নির্ভরযোগ্য সনাক্তকরণ রয়েছে, যা মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ বিজ্ঞানের শুরুর বছরের তুলনায় জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের অনেক বড় sample দেয়।

এই বড় data set ব্যবহার করে দলটি প্রশ্ন তোলে, ক্যাটালগের সবচেয়ে ভারী ব্ল্যাক হোলগুলো কি “second-generation” বস্তু হতে পারে? এই দৃশ্যে, মরে যাওয়া নক্ষত্র থেকে জন্ম নেওয়া ব্ল্যাক হোলগুলো আলাদা থাকে না। বরং তারা ঘন নাক্ষত্রিক পরিবেশে একে অপরের সঙ্গে সংঘর্ষে জড়ায়, ফলে বড় remnants তৈরি হয়, যা পরে আবারও মিশে যেতে পারে। সময়ের সঙ্গে সঙ্গে, এটি সংঘর্ষের একটি hierarchical chain গঠন করে, যা কার্যত ব্ল্যাক হোলগুলোকে আরও ভারী উত্তরসূরিতে পুনর্ব্যবহার করে।

মূল পাঠ্য অনুযায়ী, এই প্রক্রিয়াকে সমর্থন করতে সক্ষম পরিবেশ হলো এমন star clusters, য deren ঘনত্ব সূর্যের আশেপাশের অঞ্চলের তুলনায় এক মিলিয়ন গুণ পর্যন্ত বেশি হতে পারে। এ ধরনের অবস্থায় বারবার কাছাকাছি সাক্ষাৎ hierarchical merging-কে কেবল তাত্ত্বিক সম্ভাবনা থেকে পর্যবেক্ষণযোগ্য ব্যাখ্যায় পরিণত করার মতো যথেষ্ট সম্ভবপর হয়ে ওঠে।

spin এখানে একটি গুরুত্বপূর্ণ সূত্র

শুধু ভর সমস্যার সমাধান করে না। hierarchical mergers-এর পক্ষে জোরালো প্রমাণ যে বিষয়টি দেয়, তা হলো সবচেয়ে ভারী বস্তুর spin behavior। Cardiff-নেতৃত্বাধীন দল মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ data-তে দুটি group চিহ্নিত করেছে: একটি নিম্ন-ভর জনগোষ্ঠী, যা সাধারণ stellar collapse থেকে গঠিত ব্ল্যাক হোলের সঙ্গে মেলে, এবং একটি উচ্চ-ভর জনগোষ্ঠী, যার spins সেই ধরনের যা বিজ্ঞানীরা ঘন cluster-এ বারবার সংঘর্ষ থেকে আশা করবেন।

এই পার্থক্য গুরুত্বপূর্ণ, কারণ spin ইতিহাসের রেকর্ডের মতো কাজ করে। পূর্ববর্তী মিশ্রণ থেকে তৈরি ব্ল্যাক হোল first-generation বস্তুর তুলনায় ভিন্ন angular momentum signature বহন করতে পারে। যদি সবচেয়ে বড় ব্ল্যাক হোলগুলো hierarchical growth-এর পূর্বাভাস অনুযায়ী spin করে, তবে এটি তাদের বাকি জনগোষ্ঠী থেকে আলাদা করতে সাহায্য করে, শুধু standard stellar-collapse model-কে বড় সংখ্যার সঙ্গে মানিয়ে নেওয়ার বদলে।

ফলাফল হলো ব্ল্যাক হোলের একটি আরও কাঠামোবদ্ধ census। একই রকম বস্তুর মসৃণ continuum-এর বদলে, ক্যাটালগে ভিন্ন formation channel দ্বারা গঠিত দুটি জনগোষ্ঠী থাকতে পারে। একটি জনগোষ্ঠী আসে বিশাল নক্ষত্রের মৃত্যু থেকে। অন্যটি গড়ে ওঠে ঘন মহাজাগতিক পরিবেশে সহিংস পুনর্ব্যবহার থেকে।

এই আবিষ্কার astrophysics-এর জন্য কেন গুরুত্বপূর্ণ

এই ব্যাখ্যা যদি টিকে যায়, তাহলে মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ observatory-গুলোর astrophysics-এ ভূমিকা বদলে যাবে। এসব যন্ত্র শুধু দূরবর্তী বিপর্যয় শনাক্ত করছে না। এগুলো নক্ষত্রগুচ্ছের লুকানো ecology, compact-object interactions, এবং ব্ল্যাক হোলের দীর্ঘমেয়াদি growth pathways-ও অনুসন্ধান করছে।

মূলে উদ্ধৃত lead author Dr. Fabio Antonini মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ জ্যোতির্বিজ্ঞানকে ব্ল্যাক হোল কীভাবে ও কোথায় বড় হয়, এবং তা বিশাল নক্ষত্রের জীবন ও মৃত্যুর বিষয়ে কী জানায়, তা বোঝার একটি উপায় হিসেবে বর্ণনা করেছেন। এই framing কাজটির বৃহত্তর গুরুত্বকে ধরতে সাহায্য করে। একটি মিশ্রণ সংকেত কেবল একবারের ঘটনা নয়। এটি যে বস্তুরা তা তৈরি করেছে, তাদের বিবর্তনগত পটভূমিও encode করতে পারে।

তাই এই গবেষণা ব্ল্যাক হোলের বাইরেও ইঙ্গিত দেয়। যদি ঘন star clusters ব্ল্যাক হোল assembly line-এর মতো কাজ করে, তবে জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা ওই cluster-গুলোর গতিবিদ্যা বোঝার নতুন উপায় পান। মিশ্রণ অবশিষ্টের বৈশিষ্ট্য হতে পারে এমন পরিবেশগত অবস্থার পরোক্ষ প্রমাণ, যা মহাজাগতিক দূরত্বে অন্যভাবে বিস্তারিতভাবে দেখা কঠিন।

একক ঘটনার থেকে ব্ল্যাক হোলের family tree-র দিকে

এই গবেষণার সবচেয়ে শক্তিশালী প্রভাবগুলোর একটি ধারণাগত। এটি বিজ্ঞানীদের কিছু ব্ল্যাক হোলকে সমাপ্তি নয়, বরং মধ্যবর্তী উৎপাদ হিসেবে ভাবতে উৎসাহিত করে। hierarchical-merger দৃষ্টিতে, একটি ব্ল্যাক হোল হতে পারে এক সংঘর্ষের ফল এবং পরের সংঘর্ষের উপাদান - উভয়ই। এতে একক জন্মঘটনার বদলে family tree-র মতো কিছু তৈরি হয়।

এই ধারণা catalog-এ পাওয়া কিছু সবচেয়ে বড় ব্ল্যাক হোল কেন অস্বাভাবিক মনে হয়েছে, সেটাও ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করে। যদি তারা “cosmic Frankensteins” হয়, তাহলে source-এর ভাষা ধার করে বলা যায়, তাদের আকার ও spin এমন anomaly নয়, যার জন্য একেবারে নতুন mechanism দরকার। এগুলো হলো ঘন নাক্ষত্রিক পরিবেশে gravity যখন তাদের বারবার একত্রে ঠেলে দেয়, তখন ব্ল্যাক হোল পুনরায় প্রক্রিয়াকরণের স্বাভাবিক ফল।

এর মানে এই নয় যে LIGO, Virgo, বা KAGRA-তে ধরা পড়া প্রতিটি বড় ব্ল্যাক হোলের উৎপত্তি একই। গবেষণাটি বরং বলছে, একটি পৃথক high-mass class একটি আরও standard low-mass population-এর পাশে রয়েছে। detections বাড়ার সঙ্গে সঙ্গে এই বিভাজন কতটা পরিষ্কার থাকে, তা পরীক্ষার জন্য ভবিষ্যৎ catalog update গুরুত্বপূর্ণ হবে।

মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ জ্যোতির্বিজ্ঞানের পরবর্তী ধাপ

মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ detector-গুলো যখন আরও ঘটনা সংগ্রহ করতে থাকবে, এই ধরনের বিশ্লেষণের পরিসংখ্যানগত শক্তি আরও বাড়বে। বেশি মিশ্রণ মানে mass distribution-এর আরও ভালো অনুমান, আরও সূক্ষ্ম spin measurement, এবং সবচেয়ে ভারী system-গুলোর ক্ষেত্রে hierarchical growth-ই কি প্রধান ব্যাখ্যা, তা যাচাই করার আরও শক্তিশালী পরীক্ষা।

এই কারণেই ফলাফলটি একটি একক ব্ল্যাক হোল গবেষণার চেয়ে বড় মনে হয়। এটি এমন এক পর্যায়কে চিহ্নিত করে, যখন মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ বিজ্ঞান জনগোষ্ঠী আলাদা করতে, পরিবেশ অনুমান করতে, এবং বহু ঘটনার ওপর growth pathway পুনর্গঠন করতে শুরু করে। ক্ষেত্রটি discovery থেকে demography-র দিকে এগোচ্ছে।

• গবেষকেরা GWTC4 থেকে 153টি নির্ভরযোগ্য ব্ল্যাক হোল মিশ্রণ সনাক্তকরণ বিশ্লেষণ করেছেন।
• সবচেয়ে ভারী ব্ল্যাক হোলগুলো repeated mergers-এর মাধ্যমে গঠিত second-generation বস্তু হতে পারে।
• ঘন star cluster বারবার ব্ল্যাক হোল সংঘর্ষের পরিবেশ তৈরি করতে পারে।
• spin signature একটি পৃথক high-mass ব্ল্যাক হোল জনগোষ্ঠীর ইঙ্গিত দেয়।

ভবিষ্যৎ পর্যবেক্ষণে যদি এটি নিশ্চিত হয়, তাহলে এই কাজ মহাকর্ষীয় তরঙ্গ আমাদের এখন পর্যন্ত যে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ উপলব্ধিগুলো দিয়েছে, তার একটি আরও স্পষ্ট করবে: মহাবিশ্বের সবচেয়ে বড় ব্ল্যাক হোলগুলো বড় হয়ে জন্মায় না। তাদের কিছু, মহাবিশ্ব যে সবচেয়ে ঘন নাক্ষত্রিক পরিবেশ তৈরি করতে পারে, সেখানে সংঘর্ষের পর সংঘর্ষে তৈরি হতে পারে।

এই নিবন্ধটি Science Daily-এর প্রতিবেদনভিত্তিক। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.