काळानुक्रमे घडत आहेत का ब्लॅक होल विलय

गुरुत्वीय तरंग आता इतिहास असलेले ब्लॅक होल उघड करत आहेत

ब्लॅक होलच्या धडकांचा समावेश आधीच खगोलशास्त्रज्ञांना दिसू शकणाऱ्या सर्वात टोकाच्या घटनांमध्ये होतो. दोन संकुचित वस्तू एकमेकाभोवती सर्पिल मार्गाने फिरत जवळ येतात, विलीन होतात, आणि विश्वभर गुरुत्वीय तरंग पाठवत अधिक जड अवशेष मागे ठेवतात. आता संशोधक त्या संकेतांमधून जी गोष्ट उलगडत आहेत, ती अधिक गुंतागुंतीची आहे: यात सहभागी असलेले काही ब्लॅक होल थेट विशाल तारकांच्या मृत्यूनंतर तयार झालेले पहिल्या पिढीचे नसून, आधीच्या विलयांचे परिणाम असू शकतात, जे नंतर पुन्हा टक्कर देतात.

या शक्यतेला hierarchical merging असे म्हणतात आणि त्यावर अनेक वर्षे चर्चा झाली आहे. MIT च्या Salvatore Vitale आणि Cailin Plunkett, Williams College च्या Thomas Callister, आणि Adler Planetarium च्या Michael Zevin यांचा समावेश असलेल्या संशोधकांनी अधोरेखित केलेल्या अलीकडील विश्लेषणातून असे सूचित होते की हे फक्त सैद्धांतिक अपवादापेक्षा अधिक असू शकते. उलट, पुनरावृत्ती होणारे विलय आता गुरुत्वीय तरंगांद्वारे शोधल्या जाणाऱ्या ब्लॅक होल धडकांचा लक्षणीय हिस्सा समजावून सांगू शकतात.

प्रत्येक घटनेसाठी हे अजूनही सांख्यिकीय स्वरूपाचे आहे, निर्णायक नाही; पण नमुना दुर्लक्षित करणे कठीण होत आहे. अधिक शोध जसे जमा होत आहेत, तसा खगोलशास्त्रज्ञ hierarchical growth होऊ शकते का या प्रश्नापासून पुढे जाऊन ते किती वेळा घडते याचा अंदाज बांधण्याकडे वळत आहेत.

पुनरावृत्ती होणारे विलय का महत्त्वाचे आहेत

सामान्य निर्मितीची कहाणी परिचित आहे: एक विशाल तारा सुपरनोव्हामध्ये आपले आयुष्य संपवतो आणि stellar-mass ब्लॅक होल मागे ठेवतो. असे दोन ब्लॅक होल गुरुत्वाकर्षणाने बांधलेले असतील, तर ते अखेरीस विलीन होऊ शकतात. बराच काळ, गुरुत्वीय-तरंग घटनांचे आकलन करण्यासाठी हेच मुख्य चौकट होती.

Hierarchical merging त्यात आणखी एक थर जोडते. दोन ब्लॅक होल एकमेकांवर आदळल्यानंतर, नव्याने तयार झालेला अवशेष घन वातावरणात राहू शकतो आणि नंतर दुसऱ्या ब्लॅक होलशी पुन्हा विलीन होऊ शकतो. ही प्रक्रिया पुन्हा पुन्हा घडू शकते आणि हळूहळू अधिक वस्तुमानाची निर्मिती करू शकते. विशेषतः आकाशगंगांच्या अतिगर्दीच्या भागांमध्ये असे घडण्याची शक्यता जास्त असते, कारण तिथे वारंवार जवळच्या भेटी घडवणे सोपे असते.

हे महत्त्वाचे आहे, कारण त्यामुळे ब्लॅक होल लोकसंख्यांचा अर्थ बदलतो. जर निरीक्षित विलयांपैकी एक लक्षणीय हिस्सा दुसऱ्या पिढीच्या ब्लॅक होल्सचा समावेश करत असेल, तर गुरुत्वीय-तरंग घटनांची नोंद ही फक्त तारकांच्या मृत्यूची गणना राहत नाही. ती ब्लॅक होल परस्परांशी कसे संवाद साधतात, वाढतात, आणि अनेक फेऱ्यांच्या धडकांमधून पुन्हा वापरले जातात, याची नोंदही बनते.

यामुळे खगोलशास्त्रज्ञ mass distributions, merger rates, आणि या घटना जिथे घडतात त्या वातावरणांचे अर्थ लावतात, त्यावर परिणाम होईल. काही ब्लॅक होल साध्या एक-टप्प्याच्या निर्मिती मॉडेल्सपेक्षा अधिक जड किंवा गतिशीलदृष्ट्या रोचक का दिसतात, हेही यामुळे समजण्यास मदत होईल.

सूत्र spin मध्ये आहे

अलीकडील कामात चर्चिलेला सर्वात मजबूत संकेत spin मधून येतो. एखादा तारा कोसळल्यानंतर तयार झालेल्या पहिल्या पिढीतील ब्लॅक होलमध्ये अनेक प्रकरणांत फारच कमी किंवा जवळपास शून्य spin अपेक्षित असतो, कारण मरणारा तारा मोठ्या प्रमाणात वस्तुमान आणि angular momentum गमावतो. त्याउलट, विलयाचा अवशेष अधिक ऊर्जावान घटनेतून स्पष्ट rotational signature घेऊन बाहेर यायला हवा.

म्हणूनच spin हा ब्लॅक होलचा उगम वेगळा ओळखण्यासाठी एक अत्यंत उपयुक्त संकेत ठरतो. जर शोधलेल्या विलयात असे ब्लॅक होल असतील ज्यांचे spin गुणधर्म आधीच्या धडकांमधून अपेक्षित नमुन्याशी जुळतात, तर त्या जोडीतील किमान एक सदस्य या प्रक्रियेसाठी नवा नाही, हे अधिक बळकट होते.

संशोधक हे केवळ एका नाट्यमय सिग्नलवरून वाचत नाहीत. महत्त्वाचा विकास असा आहे की वाढत्या गुरुत्वीय-तरंग नोंदीत आता लोकसंख्या-स्तरावरील कल शोधण्यासाठी पुरेशी प्रकरणे आहेत. Plunkett यांच्या मते, डेटामधून उभरत असलेले चित्र असे आहे की विलीन होणाऱ्या ब्लॅक होल्सपैकी “बराचसा चांगला टक्का” या पुनरावृत्ती मार्गातून येऊ शकतो.

हे पूर्वीच्या अनिश्चिततेपासून लक्षणीय बदल आहे. hierarchical merging बराच काळ शक्य पण नीट मर्यादित न झालेली गोष्ट म्हणून पाहिली जात होती. नवीन विश्लेषण सूचित करते की अचूक प्रमाण अजून अभ्यासाधीन असले तरी अनिश्चितता अधिक सुसंगत अंदाजाकडे कमी होत आहे.

वेगाने वाढणारा नमुना

गुरुत्वीय-तरंग खगोलशास्त्र अजूनही तरुण आहे, पण ते आता दुर्मीळ राहिलेले नाही. अलीकडील शोध आता शेकड्यांमध्ये पोहोचले आहेत, ज्यामुळे या क्षेत्राच्या सुरुवातीच्या वर्षांच्या तुलनेत संशोधकांना अधिक विस्तृत आधार मिळाला आहे. प्रत्येक नवीन घटना केवळ एक नाट्यमय मथळा वाढवत नाही. ती त्या लोकसंख्या-सांख्यिकीचेही परिष्करण करते, जी दाखवू शकते की निरीक्षित ब्लॅक होल्स मुख्यतः एकाकी तारकीय उत्क्रांतीतून आले आहेत की पुनरावृत्ती होणाऱ्या गतिमान परस्परसंवादांतून.

तो एकत्रित परिणाम निर्णायक आहे. ब्लॅक होलवर ते पहिल्या की दुसऱ्या पिढीचे आहेत, असे लिहिलेले नसते. वैज्ञानिकांना त्यांचा इतिहास मोजता येणाऱ्या गुणधर्मांमधून, विशेषतः वस्तुमान आणि spin, अप्रत्यक्षपणे पुन्हा उभारावा लागतो आणि मग त्या निरीक्षणांची निर्मिती-मॉडेल्सशी तुलना करावी लागते.

GW250114 म्हणून ओळखली गेलेली घटना आता त्या मोठ्या प्रयत्नात लक्ष वेधून घेतलेले एक उदाहरण आहे. पण व्यापक महत्त्व एकूण चित्रात आहे. संशोधक जितके अधिक सिग्नल्सची तुलना करू शकतील, तितक्या खात्रीने ते एकदाच झालेल्या विलयांना आणि पुनरावृत्ती होणाऱ्या प्रक्रियेच्या खुणांना वेगळे करू शकतील.

व्यावहारिक दृष्टिकोनातून, ही गुरुत्वीय-तरंग विज्ञानाची एक ताकद आहे. लहरी केवळ विलय झाला हे सिद्ध करत नाहीत. त्या सहभागी वस्तूंविषयी भौतिक तपशीलही सांकेतिक स्वरूपात साठवतात आणि त्या वस्तू प्रथम कशा अस्तित्वात आल्या, यासाठी स्पर्धक परिस्थितींची चाचणी करण्याची संधी खगोलशास्त्रज्ञांना देतात.

उभं राहतं चित्र काय सूचित करतं

जर hierarchical merging खरोखरच सामान्य असेल, तर याचा अर्थ असा होईल की गर्दीच्या आकाशगंगीय वातावरणांचा ब्लॅक होल उत्क्रांतीत काही सोप्या मॉडेल्सने गृहीत धरल्यापेक्षा मोठा वाटा आहे. दाट तारकीय प्रणाली अशा जागा न राहता जिथे ब्लॅक होल योगायोगाने भेटतात, तर जिथे अधिकाधिक जड अवशेषांची निर्मिती होते अशा उत्पादन-रेषा बनतील.

यामुळे हेही बळकट होईल की ब्लॅक होल लोकसंख्या दोन परस्परसंबंधित टप्प्यांमुळे घडते: एकीकडे तारकांचा जन्म आणि मृत्यू, आणि दुसरीकडे नंतरची गतिमान पुनर्संरचना. मग एखाद्या ब्लॅक होलचे mass आणि spin हे त्याच्या मूळ निर्मितीबरोबरच त्याच्या नंतरच्या विलय इतिहासाचेही प्रतिबिंब देतील.

संशोधक अजूनही त्या पुनरावृत्ती-विलय योगदानाचे प्रमाण किती मोठे आहे हे परिष्कृत करत आहेत. सध्याचा निकाल अनिश्चितता काढून टाकत नाही, किंवा बहुतेक ब्लॅक होल अनेक धडकांमधून गेले आहेत असेही सूचित करत नाही. पण हे नक्कीच बळकट करते की पुनरावृत्ती होणारे विलय दुर्मिळ कुतूहल नाहीत. ते विश्वाच्या ब्लॅक होल परिसंस्थेचे नियमित वैशिष्ट्य असू शकतात.

खगोलशास्त्रासाठी हा एक मोठा संकल्पनात्मक बदल आहे. एकेकाळी ब्लॅक होल्सना मुख्यतः अंतिम टप्पे मानले जात होते. गुरुत्वीय-तरंग निरीक्षणे आता त्यांना सतत चालणाऱ्या निर्मितीच्या चक्रांमध्ये सहभागी म्हणून अधिकाधिक दाखवत आहेत. स्थिर अवशेषांच्या नोंदीत विरून जाण्याऐवजी, काही ब्लॅक होल्स क्रमिक धडकांमधून वाढत असू शकतात आणि मागील भेटींची छाप पुढच्या भेटीतही घेऊन जात असू शकतात.

निरीक्षण केंद्रे नवीन गुरुत्वीय-तरंग संकेत नोंदवत राहतील तसा हा इतिहास अधिक स्पष्ट होत जाईल. मुख्य प्रश्न आता केवळ ब्लॅक होल्स कसे जन्माला येतात एवढाच नाही. ते किती वेळा नव्याने घडवता येतात, हाही आहे.

हा लेख Universe Today च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.