नवीन M87 कृष्णविवर नकाशा उत्सर्जन अंतरानुसार कसे बदलते ते उघड करतो

M87 कडे नव्या नजरेतून पहिले कृष्णविवर चित्र पुढे गेले आहे

2019 मध्ये Event Horizon Telescope सहकार्याने प्रसिद्ध केलेले कृष्णविवराचे पहिले चित्र आधुनिक खगोलशास्त्रातील एक तत्काळ मैलाचा दगड ठरले. त्या चित्रात पृथ्वीपासून सुमारे 53.5 दशलक्ष प्रकाशवर्षे दूर, कन्या तारकासमूहातील M87 या महाकाय लंबवर्तुळाकार आकाशगंगेच्या केंद्रातील अतिभारी कृष्णविवर दिसले. आता संशोधकांनी केवळ कृष्णविवराभोवतीच्या उत्सर्जनाच्या आकाराकडे न पाहता, केंद्रापासून अंतर वाढत असताना ते उत्सर्जन कसे बदलते हेही पाहून विज्ञान आणखी पुढे नेले आहे.

दिलेल्या स्रोत मजकुरानुसार, शांघाय खगोलीय वेधशाळेतील संशोधकांच्या नेतृत्वाखालील आंतरराष्ट्रीय पथकाने M87 कृष्णविवराचा पहिला स्थानिकदृष्ट्या निराकरण केलेला दुहेरी-वारंवारता वर्णपट अभ्यास केला. अनेक वेधशाळांमधून मिळालेल्या इव्हेंट-होरायझन-स्तरीय प्रतिमा एकत्र करून, पथकाने त्या वस्तूचा वर्णपट स्वाक्षरी त्रिज्येसह कसा बदलतो याचा पहिला स्थानिकदृष्ट्या निराकरण केलेला नकाशा तयार केला, असे अहवालात नमूद केले आहे. हे काम 20 जुलै रोजी The Astrophysical Journal Letters मध्ये प्रकाशित झाले.

ही एक महत्त्वाची पायरी आहे, कारण कृष्णविवराचे पहिले चित्र कधीच नेहमीच्या अर्थाने केवळ छायाचित्र नव्हते. ते विश्वातील सर्वात प्रतिकूल वातावरणांपैकी एका जवळील अत्यंत भौतिकीचे मापन होते. हा नवा अभ्यास विकिरण गुणधर्म एका प्रदेशातून दुसऱ्या प्रदेशात कसे वेगळे असतात हे तपासून आणखी एक थर जोडतो, ज्यामुळे कृष्णविवराभोवतीच्या प्लाझ्मा आणि प्रक्रियांबाबत अधिक सखोल पाहणी मिळते.

पथकाने नकाशा कसा तयार केला

या अभ्यासासाठी 2018 मध्ये Event Horizon Telescope आणि Global Millimeter VLBI Array यांनी मिळवलेल्या निरीक्षणांचा आधार घेतला गेला. संशोधकांनी 1.3 मिलीमीटर आणि 3.5 मिलीमीटर या दोन तरंगलांबींवर तयार केलेल्या प्रतिमा एकत्र केल्या, ज्यात अत्यंत उच्च वारंवारतेच्या रेडिओ श्रेणीचा आणि मायक्रोवेव्हच्या उच्च-वारंवारता कड्याचा समावेश होता. या दोन वारंवारता वापरल्यामुळे पथकाला निरीक्षित संरचनेमध्ये वर्णपट निर्देशांक काढता आला.

व्यवहारात, हा निर्देशांक खगोलशास्त्रज्ञांना कृष्णविवराभोवती वेगवेगळ्या ठिकाणी वारंवारतेनुसार विकिरणाची ताकद कशी बदलते हे सांगतो. त्या प्रदेशाकडे एकाच न सुलभपणे निराकरण होणाऱ्या तेजस्वीपणासारखे न पाहता, नवा दृष्टिकोन त्याला स्थानिकदृष्ट्या बदलणाऱ्या नमुन्यात विभागतो. त्यामुळे कोणती भौतिक स्थिती कुठे प्रबळ आहे हे अंदाजता येते.

स्रोत मजकुरावर आधारित, परिणाम M87 कृष्णविवराभोवतीच्या उत्सर्जन वातावरणाचा त्रिज्या-आधारित दृष्टिकोन आहे. आतील भागात सकारात्मक वर्णपट निर्देशांक दिसतो, जो त्रिज्येसह किंचित वाढतो. बाहेरच्या दिशेने गेल्यावर निर्देशांक घटतो आणि ऋणात्मक होतो. हा बदल केवळ वर्णनात्मक नाही. तो कृष्णविवराभोवतीच्या मूलभूत विकिरण परिस्थितीतील बदल सूचित करतो.

बदलणारा वर्णपट निर्देशांक काय सांगतो

स्रोत स्पष्ट करते की आतील भागातील सकारात्मक निर्देशांक synchrotron self-absorption चा मजबूत प्रभाव सूचित करतो. त्या प्रक्रियेत, चुंबकीय क्षेत्रांमधून जवळजवळ प्रकाशाच्या वेगाने हालचाल करणारे इलेक्ट्रॉन विकिरण उत्सर्जित करतात आणि नंतर त्यांनी तयार केलेल्या काही फोटॉन्सचे पुन्हा शोषण करतात. त्या प्रभावाखालील प्रदेश फोटॉन्स अधिक मोकळेपणाने बाहेर पडणाऱ्या प्रदेशापेक्षा वेगळ्या प्रकारे वागतो.

केंद्रापासून दूर, नकाशा optically thin अवस्थेकडे संक्रमण दाखवतो, जिथे उत्सर्जित फोटॉन्स शोषले न जाता, विखुरले न जाता किंवा त्याच प्रमाणात पुन्हा उत्सर्जित न होता बाहेर पडू शकतात. स्रोत मजकुरात हे संक्रमण कृष्णविवरापासून सुमारे 30 मायक्रोआर्कसेकंदांवर असल्याचे नमूद केले आहे.

आकाशातील हा अंतरमान लहान असला तरी भौतिकदृष्ट्या खूप काही सांगतो. तो आत्म-शोषणाने जोरदार प्रभावित झालेल्या आतल्या परिस्थिती आणि विकिरण पर्यवेक्षकांपर्यंत अधिक थेट पोहोचू शकणाऱ्या बाहेरच्या परिस्थितींमधील सीमा दर्शवतो. अतिभारी कृष्णविवराच्या इव्हेंट-होरायझनजवळ पदार्थ कसे वागते हे समजून घेणाऱ्या खगोलशास्त्रज्ञांसाठी हा बदल महत्त्वाचा आहे, कारण तो प्लाझ्मा रचना, चुंबकीय क्षेत्रे आणि ऊर्जा वहन यांवरील मॉडेल्सवर बंधने आणतो.

हे कृष्णविवर भौतिकीकरिता का महत्त्वाचे आहे

इव्हेंट होरायझनच्या आतून प्रकाशही बाहेर येऊ शकत नसल्यामुळे कृष्णविवर थेट दिसू शकत नाहीत. खगोलशास्त्रज्ञांना पाहता येते ते म्हणजे आजूबाजूच्या वातावरणातील पदार्थ आणि विकिरणाचे वर्तन. त्यामुळे मापन तंत्रातील प्रत्येक सुधारणा मौल्यवान ठरते. नवीन M87 अभ्यासाचे महत्त्व असे की तो स्थिर चित्राच्या पुढे जाऊन निदानात्मक पद्धतीकडे नेतो.

दिलेल्या स्रोत मजकुरात स्पष्टपणे म्हटले आहे की हे काम कृष्णविवराभोवती अस्तित्वात असलेली अत्यंत भौतिकी आणि परिस्थिती वर्णन करण्याचा नवा मार्ग देते. त्या वाक्याचे खरे काम आहे. वर्णपट नकाशा मध्यवर्ती इंजिनजवळील प्लाझ्मामध्ये काय घडत आहे याच्या स्पर्धात्मक अर्थांमध्ये फरक करू शकतो, ज्यात ऊर्जा कशी वितरित होते आणि उत्सर्जन कुठे इतके पारदर्शक होते की संरचनेचे वेगवेगळे थर दिसू लागतात, हेही समाविष्ट आहे.

M87 हे अशा प्रकारच्या कामासाठी विशेष महत्त्वाचे लक्ष्य आहे, कारण ते आधीच इव्हेंट-होरायझन-स्तरीय कृष्णविवर प्रतिमांकनासाठी संदर्भ उदाहरण बनले आहे. तिथे झालेली प्रगती इतर प्रणालींवर आणि भविष्यातील निरीक्षण मोहिमांवर वापरल्या जाणाऱ्या पद्धतींना आकार देऊ शकते. जगाला पहिले कृष्णविवर चित्र देणारी तीच वस्तू आता कृष्णविवरांचा अधिक समृद्ध भौतिक तपशीलात अभ्यास कसा करायचा याची दिशा ठरविण्यात मदत करत आहे.

जागतिक वेधशाळांच्या आधारे उभा राहिलेला सहयोगी मैलाचा दगड

हा प्रकल्प अग्रगण्य खगोलशास्त्राच्या आंतरराष्ट्रीय आणि बहु-यंत्रस्वरूपाचेही प्रतिबिंब आहे. स्रोत मजकुरात Chinese Academy of Sciences च्या Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology, University of Tsukuba, INAF Institute of Radio Astronomy, CSIS Andalusian Institute of Astrophysics, आणि Max Planck Institute for Radio Astronomy यांसह इतरांचे योगदान नमूद केले आहे. अतिशय दीर्घ-आधाररेषीय इंटरफेरोमेट्रीमध्ये अशी व्यापकता सामान्य असते, जिथे प्रचंड अंतराने विभक्त वेधशाळा एकत्र येऊन पृथ्वी-आकाराचे एकच उपकरण बनतात.

तांत्रिक यश केवळ डेटा गोळा करण्यात नाही, तर वेगवेगळ्या सुविधा आणि वारंवारतांमधून मिळालेल्या निरीक्षणांना एकसंध, स्थानिकदृष्ट्या निराकरण केलेल्या विश्लेषणात एकत्र करण्यात आहे. कृष्णविवर संशोधन या दिशेने अधिकाधिक पुढे जात आहे: फक्त अधिक तीक्ष्ण चित्रे बनवण्यापासून पुढे जाऊन त्यातून अधिक भौतिक अर्थ काढण्यापर्यंत.

प्रतीकात्मक प्रतिमेपासून अधिक तीक्ष्ण भौतिक समजाकडे

M87 च्या कृष्णविवराच्या पहिल्या चित्राने खगोलशास्त्राविषयीची सार्वजनिक धारणा बदलली, कारण त्याने एक प्रसिद्ध अदृश्य वस्तू अचानक ठोस स्वरूपात दाखवली. हा नवा परिणाम दृश्यदृष्ट्या कमी नाट्यमय असला, तरी वैज्ञानिकदृष्ट्या तो तितकाच अर्थपूर्ण असू शकतो. तो सूचित करतो की खगोलशास्त्रज्ञ आता अशा टप्प्यात प्रवेश करत आहेत, जिथे इव्हेंट-होरायझन-स्तरीय निरीक्षणे केवळ सावलीसदृश रचनेची उपस्थिती सिद्ध करण्यापलीकडे जाऊन बदलत्या भौतिक परिस्थितींचे नकाशीकरण करू शकतात.

तो बदल महत्त्वाचा आहे. संशोधक आत्म-शोषण कुठे प्रबळ आहे, उत्सर्जन कुठे optically thin होते, आणि या परिस्थिती अंतरानुसार कशा बदलतात हे जितके अचूकपणे शोधू शकतील, तितकेच ते कृष्णविवर वातावरणावरील सिद्धांतांची काटेकोर चाचणी करू शकतील. M87 इतका दूर आणि अत्यंत आहे की एकाच स्नॅपशॉटमधून तो समजून घेता येत नाही. पण इव्हेंट-होरायझन-स्तरीय वर्णपट नकाशीकरणामुळे खगोलशास्त्रज्ञ ऐतिहासिक प्रतिमेला अधिक पूर्ण भौतिक चित्रात रूपांतरित करण्याच्या अधिक जवळ जात आहेत.

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