दो ब्लैक होल का संयोजन, विशेष रूप से अंतिम चरण में, बड़ी संख्या में गुरुत्वाकर्षण तरंगों के उत्सर्जन की ओर जाता हैशायद 2016 की सबसे बड़ी खोज गुरुत्वाकर्षण तरंगों की प्रत्यक्ष पहचान थी। यद्यपि आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत ने इस घटना से 101 साल पहले उनकी भविष्यवाणी की थी, उनका पता लगाने के लिए यह आवश्यक था कि अंतरिक्ष की वक्रता के प्रति संवेदनशील एक लेजर इंटरफेरोमीटर बनाया जाए, जो एक दूसरे से कई किलोमीटर की दूरी पर स्थित दर्पणों को 10
-19 मीटर या 1 से अधिक की दूरी पर स्थित करता है। / 10000 प्रोटॉन व्यास। यह अंततः 2015 में LIGO डेटा के प्रसंस्करण के दौरान हुआ, और ब्लैक होल के दो सच्चे संघों को प्राप्त आंकड़ों के बीच असमान रूप से पाया गया। लेकिन भौतिकी के नियम इसे कैसे अनुमति देते हैं? हमारे पाठक जानना चाहते हैं:
इस प्रश्न ने बहुत लंबे समय तक मुझ पर कब्जा किया। LIGO में की गई खोज के बारे में लेखों में, वे लिखते हैं कि द्रव्यमान का हिस्सा ब्लैक होल के विलय के दौरान उत्सर्जित हुआ था, जिसके कारण परिणामस्वरूप ब्लैक होल दो मूल लोगों के योग से कम निकला। हालांकि, यह माना जाता है कि कोई ब्लैक होल से बच नहीं सकता है। ब्लैक होल विलीन होने पर ऊर्जा कैसे विकीर्ण हुई?
ब्लैक होल भौतिकी और सामान्य सापेक्षता के बहुत सार से संबंधित एक गहरा प्रश्न है।
एक ब्लैक होल और उसके आस-पास, एक अभिवृद्धि डिस्क में तेजी और गिरावट। घटना क्षितिज के पीछे विलक्षणता छिपी है।एक तरफ हमारे पास एक ब्लैक होल है। इसकी सारी द्रव्यमान / ऊर्जा केंद्र में एक विलक्षणता में केंद्रित है, और यह एक घटना क्षितिज की उपस्थिति के कारण एक बाहरी पर्यवेक्षक को दिखाई नहीं देता है। इसके अंदर, कोई भी पथ जो एक कण का अनुसरण कर सकता है, वह अपनी गति या ऊर्जा की परवाह किए बिना, बड़े पैमाने पर या व्यापक हो सकता है, इसे ब्लैक होल के केंद्र में एक विलक्षणता तक ले जाएगा। इसका मतलब यह है कि घटना क्षितिज के अंदर गिरने वाला कोई भी कण कभी भी वहां से नहीं निकल पाएगा, इसलिए सारी ऊर्जा हमेशा के लिए ब्लैक होल के अंदर फंस जाएगी। एक बार ब्लैक होल में, आप विलक्षणता के गुणों का हिस्सा बन जाते हैं: द्रव्यमान, आवेश (सभी प्रकार) और स्पिन। और वह यह है।
अंतरिक्ष-समय में लहरों में ब्लैक होल की कुल कक्षा की आवृत्ति होती है, और वे केंद्र के करीब होते हैं, और अधिक गहनदूसरी ओर, जीटीआर हमें बताता है कि जब किसी भी प्रकार के दो द्रव्यमान एक दूसरे के चारों ओर घूमते हैं, तो परिणामस्वरूप, अंतरिक्ष के कपड़े पर लहरें दिखाई देती हैं, और कक्षा धीरे-धीरे फैलती है। ये गुरुत्वाकर्षण तरंगें हैं, वे प्रकाश की गति से चलती हैं, ऊर्जा को अपने साथ ले जाती हैं, और अंतरिक्ष का विस्तार और संकरा होने का कारण बनती हैं क्योंकि यह उसी से गुजरता है। आइंस्टीन के प्रसिद्ध समीकरण E = mc
2 (या, जैसा कि उन्होंने मूल रूप से इसे लिखा है, m = E / c
2 ) के कारण, हम जानते हैं कि ऊर्जा का स्रोत द्रव्यमान है, और द्रव्यमान का स्रोत ऊर्जा है। उन्हें आगे और पीछे परिवर्तित किया जा सकता है; द्रव्यमान केवल एक रूप है जो ऊर्जा लेता है।
गुरुत्वाकर्षण तरंगों की पहली सटीक पहचान के साथ जुड़ा एलआईजीओ सिग्नलइसलिए जब LIGO ने 14 सितंबर, 2015 को जनवरी 2016 में हुई घटना के परिणामों को प्रकाशित किया, तो यह विशेष रूप से आश्चर्यजनक नहीं था कि वैज्ञानिकों ने दो ब्लैक होल - 36 और 29 सौर द्रव्यमानों की खोज की - एक नया ब्लैक होल बनाने के लिए विलय वजन 62 सौर। और सूर्य के अन्य तीन द्रव्यमान कहां गए (पूरे सिस्टम के वजन का लगभग 5%)? वे गुरुत्वाकर्षण तरंगों की ऊर्जा में चले गए हैं। इसके बाद पाए गए सभी घटनाओं में लगभग समान प्रवृत्ति थी: तुलनीय द्रव्यमान के दो ब्लैक होल एक सर्पिल में परिवर्तित हो गए, और उनके कुल प्रारंभिक द्रव्यमान का लगभग 5% गुरुत्वाकर्षण तरंगों के रूप में बाहर की ओर विकीर्ण हुआ।
लेकिन हर ब्लैक होल में एक घटना क्षितिज होता है। इस जोड़ी में से प्रत्येक में विलय से पहले था, इसमें परिणामस्वरूप ब्लैक होल है, और विलय के किसी भी क्षण में विलक्षणता "नग्न" नहीं हो जाती है और घटना क्षितिज के कारण नहीं दिखाई जाती है। तो द्रव्यमान कैसे घटता है?
कोई भी वस्तु या रूप, भौतिक या गैर-भौतिक, विकृत होता है जब गुरुत्वाकर्षण तरंगें वहां से गुजरती हैं। घटना क्षितिज से कोई तरंगें उत्सर्जित नहीं होती हैं।यह कोई ट्रिक सवाल नहीं है। यह पूछने के समान है कि द्रव्यमान कहां है, जब प्रोटोन का विलय ड्यूटेरियम, हीलियम -3 और फिर हीलियम -4 के रूप में सूर्य में होता है। हीलियम -4 चार प्रोटॉन से कम विशाल क्यों है जिससे यह उत्पन्न हुआ? नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा के कारण। एक बाध्य अवस्था अधिक स्थिर होती है, और इसमें एक अनबाउंड की तुलना में कम ऊर्जा (और इसलिए कम द्रव्यमान) होती है। जब दो ब्लैक होल एक साथ आते हैं और विलय होते हैं, तो वे पहले की तुलना में अधिक गुरुत्वाकर्षण से जुड़े होते हैं। वे गुरुत्वाकर्षण संबंध की ऊर्जा के कारण ऊर्जा खो देते हैं, और इस तथ्य के कारण नहीं कि द्रव्यमान का कुछ हिस्सा घटना क्षितिज को छोड़ देता है।
न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम ने आइंस्टीन के जीआर को रास्ता दिया है, लेकिन यह अभी भी बल और ऊर्जा जैसे मात्रा पर नज़र रखने के लिए एक दृश्य उपकरण के रूप में कार्य करता है।इसे न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण से देखा जा सकता है। कल्पना करें कि आपके पास 1 किलो के दो द्रव्यमान हैं, वे एक अनंत दूरी से आराम कर रहे हैं और अलग हो रहे हैं। इस तरह की प्रणाली में 1.8 × 10
17 J की आंतरिक ऊर्जा होती है, जिसकी गणना आइंस्टीन समीकरण E = mc
2 से की जा सकती है। अब उनके बीच की दूरी को कम करके उन्हें करीब लाएं।
• यदि एक किलोमीटर उन्हें अलग करता है, तो पूरी प्रणाली 6.67 × 10
-14 जे खो गई।
• यदि आप सेंटीमीटर की दूरी कम करते हैं, तो सिस्टम 6.67 × 10
-9 जे खो देगा।
• यदि आप प्रोटॉन, 10
-15 मीटर के आकार की दूरी कम करते हैं, तो सिस्टम 6.67 × 10
4 J खो देगा, यानी 66700 J।
• यदि आप वास्तव में बड़ी मात्रा में ऊर्जा खोना चाहते हैं, तो आप उन्हें अलग करने की दूरी को 10
-27 मीटर तक कम कर सकते हैं, और फिर आप 6.67 × 10
16 J, या सिस्टम की मूल ऊर्जा का लगभग 35% खो सकते हैं!
अंतरिक्ष में प्रकाश और तरंगें। प्रकाश, एक घुमावदार स्थान से गुजरते हुए, जिस तरह से पर्यवेक्षक किसी भी समय प्रकाश के लिए बीता हुआ समय मान लेता है, बदल जाता है।बेशक, ऐसे तराजू पर ब्रह्मांड जीआर के अधीन है, न कि न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण, लेकिन सार समान है। यह ब्लैक होल नहीं है जो द्रव्यमान खोता है; ऊर्जा की यह कुल मात्रा एक रूप से रूपांतरित हो जाती है - दो अलग-अलग अनबाउंड द्रव्यमान - दूसरे में: एक एकल, दृढ़ता से जुड़ा द्रव्यमान और गुरुत्वाकर्षण विकिरण। प्रारंभिक ब्लैक होल की कक्षा और द्रव्यमान के गुण निर्धारित करते हैं कि कुल आरंभिक द्रव्यमान का कितना प्रतिशत बाध्यकारी ऊर्जा बन जाएगा, लेकिन किसी भी मामले में अंतिम द्रव्यमान किसी भी प्रारंभिक लोगों की तुलना में अधिक होगा, लेकिन उनकी राशि से कम। जब दो द्रव्यमान लगभग समान होते हैं तो अधिकतम विकिरण 5% तक ऊर्जा ले सकता है। यदि उनकी पीठ में बड़ी मात्रा में ऊर्जा होती है, और वे समानांतर होते हैं, तो यह प्रतिशत 11% तक बढ़ सकता है। लेकिन अगर जनता में से एक दूसरे से बहुत बेहतर है, तो प्रतिशत में गिरावट आती है। 1 सौर के द्रव्यमान वाला एक ब्लैक होल, 1,000,000 के द्रव्यमान के साथ एक ब्लैक होल के साथ विलय, विकिरण के साथ अपनी ऊर्जा का लगभग 0.0001% खो देगा।
दो सितारों के कलाकार का विचार एक दूसरे की परिक्रमा करता है और धीरे-धीरे विलय होता है, जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों को उत्पन्न करता है। यह अल्पकालिक गामा-किरण फटने का एक संभावित स्रोत है, साथ ही साथ गुरुत्वाकर्षण तरंगों का स्रोत भी है।सर्पिल के निकट आने और विलय के परिणामस्वरूप, ब्लैक होल के अंदर कुछ भी नहीं निकलता है, यह अंतरिक्ष-समय संभावित गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा के प्रभाव में विकृत हो जाता है। विलय के अंतिम चरण में, घटना क्षितिज सबसे प्रभावी रूप लेता है - एक गोला या गोलाकार। यह एक दूसरे के अंतिम अंश में है कि अधिकांश ऊर्जा उत्सर्जित होती है, लेकिन घटना क्षितिज के अंदर से कोई कण नहीं निकलता है। आइंस्टीन की भविष्यवाणियां बहुत सटीक हैं, यही वजह है कि हम इन तरंगों का पता लगाने में सक्षम थे: हमने गणना की कि हमें किस संकेत की उम्मीद करनी चाहिए। हमारा अंतर्ज्ञान हमें विफल कर सकता है, लेकिन इसके लिए समीकरण हैं। यहां तक कि जब हमारी प्रवृत्ति हमें धोखा देती है, तो गणना हमें वैज्ञानिक सच्चाई देगी।
एथन सीगल - खगोल वैज्ञानिक, विज्ञान लोकप्रिय, एक बैंग्स के साथ शुरुआत के लेखक! उन्होंने "बियॉन्ड द गैलेक्सी" [ बियॉन्ड द गैलेक्सी ], और "ट्रैकनोलॉजी: स्टार ट्रेक का विज्ञान" [ ट्रेकोनोलॉजी ] किताबें लिखीं ।