ईथन से पूछें: ब्लैक होल इवेंट क्षितिज कैसा दिखना चाहिए?

एक ब्लैक होल की छवि। इसके गहरे रंग के बावजूद, यह माना जाता है कि सभी ब्लैक होल साधारण पदार्थ से बने थे, लेकिन ऐसे चित्र पूरी तरह से सटीक नहीं हैं।

अप्रैल 2017 में, दुनिया भर के दूरबीनों ने एक साथ मिल्की वे के केंद्रीय ब्लैक होल पर डेटा एकत्र किया। ब्रह्मांड में ज्ञात सभी ब्लैक होल में से, गैलेक्सी के केंद्र में स्थित एक - धनु ए * - विशेष है। हमारे दृष्टिकोण से, इसकी घटनाओं का क्षितिज हमारे लिए उपलब्ध सबसे बड़ा ब्लैक होल है। यह इतना बड़ा है कि पृथ्वी पर विभिन्न स्थानों पर स्थित दूरबीनों को यह देखना होगा कि क्या वे सभी इसे एक साथ देखते हैं। यद्यपि विभिन्न टेलीस्कोपों ​​से प्राप्त आंकड़ों के संयोजन और विश्लेषण में कई महीने लगेंगे, लेकिन 2017 के अंत तक हमें घटना क्षितिज की अपनी पहली छवि मिलनी चाहिए। तो उसे कैसे देखना चाहिए? यह प्रश्न हमारे एक पाठक द्वारा पूछा गया है, उदाहरणों में भ्रमित:

क्या घटना क्षितिज पूरी तरह से अंडे के खोल के तरीके से ब्लैक होल को घेरना नहीं चाहिए? सभी कलाकार कटे हुए उबले अंडे के रूप में ब्लैक होल को पेंट करते हैं। ईवेंट क्षितिज पूरी तरह से ब्लैक होल को घेरे क्यों नहीं है?

बेशक, इंटरनेट पर आप विभिन्न प्रकार के चित्र पा सकते हैं। लेकिन कौन से सही हैं?


एक साधारण काले घेरे और उसके चारों ओर एक अंगूठी के साथ आरेखण - बीएच क्षितिज की एक सुस्पष्ट छवि

सबसे पुराना प्रकार का चित्रण एक साधारण ब्लैक डिस्क है जो इसके पीछे के सभी प्रकाश को कवर करता है। इससे यह समझ में आता है कि क्या आपको याद है कि BH क्या है: वास्तव में, यह एक जगह पर एकत्रित एक द्रव्यमान है जो इतना बड़ा और इतना कॉम्पैक्ट है कि इसकी सतह से भागने की गति प्रकाश की गति से अधिक हो जाती है। चूंकि कुछ भी इतनी तेजी से आगे नहीं बढ़ सकता है, यहां तक ​​कि BH के अंदर कणों के बीच बातचीत का हस्तांतरण, BH के अंदर एक विलक्षणता तक गिर जाता है, और BH के चारों ओर एक घटना क्षितिज बनता है। ब्रह्मांड के इस गोलाकार भाग से प्रकाश नहीं बच सकता है, यही कारण है कि इसे किसी भी दृष्टिकोण से देखना चाहिए, जैसे ब्रह्मांड की पृष्ठभूमि पर एक काला घेरा सुपरिंप्टेड है।


BH एक पृथक पृष्ठभूमि पर केवल द्रव्यमान नहीं है, इसका गुरुत्वाकर्षण प्रभाव है जो गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के कारण प्रकाश को बढ़ाता है, बढ़ाता है और विकृत करता है।

लेकिन यह पूरी कहानी नहीं है। गुरुत्वाकर्षण के कारण, गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के प्रभाव के कारण BH की वृद्धि और पीछे की ओर से आने वाली रोशनी को विकृत कर देता है। बीएच की उपस्थिति के अधिक सटीक और विस्तृत चित्र हैं, और इसमें एक घटना क्षितिज भी है, जिसका आकार जीआर के अनुसार अंतरिक्ष की वक्रता के साथ तुलना में सही है।

दुर्भाग्य से, ये चित्र कमियां के बिना नहीं हैं: वे ब्लैक होल के सामने सामग्री और ब्लैक होल के चारों ओर अभिवृद्धि डिस्क को ध्यान में नहीं रखते हैं। कुछ छवियों में यह शामिल है।


एक सक्रिय BH की छवि, जो पदार्थ की अभिवृद्धि और दो लंबवत जेट के रूप में इसके भाग के त्वरण के द्वारा अधिग्रहित है , BH को हमारी आकाशगंगा के केंद्र में कई बिंदुओं से सही ढंग से वर्णन कर सकता है।

विशाल गुरुत्वाकर्षण प्रभावों के कारण, ब्लैक होल का निर्माण पदार्थ के अन्य स्रोतों की उपस्थिति में अभिवृद्धि डिस्क के रूप में होता है। ब्लैक होल जैसे विशाल पिंडों से निकलने वाली ज्वारीय शक्तियों द्वारा क्षुद्रग्रहों, गैस के बादलों, पूरे तारों को टुकड़ों में फाड़ा जा सकता है। कोणीय गति के संरक्षण के कारण और BH में गिरने वाले विभिन्न कणों के बीच टकराव के कारण, इसके चारों ओर एक डिस्क-आकार की वस्तु दिखाई देती है, जो गर्म होती है और विकिरण करती है। आंतरिक क्षेत्रों में, कण समय-समय पर ब्लैक होल में गिरते हैं, जिससे इसका द्रव्यमान बढ़ता है, और इसके सामने की सामग्री उस क्षेत्र का हिस्सा कवर करती है जिसे आप अन्यथा देखेंगे।

लेकिन घटना क्षितिज खुद ही अपारदर्शी है, और आपको इसके पीछे मामले को नहीं देखना चाहिए।


इंटरस्टेलर फिल्म में ब्लैक होल में, बीएचएस को घुमाने के एक विशेष वर्ग के लिए घटना क्षितिज को काफी सटीक रूप से दिखाया गया है

आपको आश्चर्य हो सकता है कि हॉलीवुड फिल्म में इंटरस्टेलर बीएच को नासा में या उसके लिए बनाई गई कई पेशेवर छवियों की तुलना में अधिक सटीक रूप से चित्रित किया गया है। लेकिन पेशेवरों के बीच भी, BH के बारे में कई गलत धारणाएं हैं। बीएचएस पदार्थ में नहीं चूसते हैं, लेकिन केवल एक गुरुत्वाकर्षण प्रभाव डालते हैं। बीएचएस कुछ अतिरिक्त बल के कारण वस्तुओं को नहीं फाड़ते हैं - साधारण ज्वारीय बल ऐसा करते हैं जब गिरने वाली वस्तु का एक हिस्सा दूसरे की तुलना में केंद्र के करीब होता है। और, सबसे महत्वपूर्ण बात, बीएचएस शायद ही कभी "नंगे" राज्य में मौजूद होते हैं, और अक्सर अन्य मामलों के पास स्थित होते हैं, जैसे कि हमारी गैलेक्सी के केंद्र में मौजूद होता है।


हमारे आकाशगंगा के केंद्र में बीएच धनु ए * की समग्र छवि, एक्स-रे और अवरक्त किरणों से बना है। इसका द्रव्यमान 4 मिलियन सौर है, और यह एक्स-रे रेंज में उत्सर्जित होने वाली गर्म गैस से घिरा हुआ है

इस सब के साथ, आइए हम याद करें कि उबले हुए अंडे किस प्रकार के होते हैं? याद रखें कि BH स्वयं को चित्रित नहीं किया जा सकता है, क्योंकि यह प्रकाश का उत्सर्जन नहीं करता है। हम केवल तरंग दैर्ध्य की एक निश्चित सीमा में निरीक्षण कर सकते हैं और पीछे से बीएच को बाईपास करते हुए, इसके चारों ओर झुकने और इसके सामने प्रकाश के संयोजन को देख सकते हैं। और परिणामस्वरूप संकेत वास्तव में एक कठिन उबला हुआ अंडे जैसा होगा, आधा में कट जाएगा।


" इवेंट क्षितिज टेलीस्कोप " परियोजना के सिमुलेशन में प्राप्त बीएच इवेंट क्षितिज के कुछ संभावित संकेत

बात वही है जो हम वास्तव में तस्वीरें खींचते हैं। हम एक्स-रे रेंज में निरीक्षण नहीं कर सकते, क्योंकि बहुत कम ऐसे फोटॉन हैं। हम दृश्य प्रकाश में नहीं देख सकते हैं, क्योंकि आकाशगंगा का केंद्र इसके लिए अपारदर्शी है। और हम अवरक्त प्रकाश में निरीक्षण नहीं कर सकते, क्योंकि वायुमंडल ऐसी किरणों को रोकता है। लेकिन हम रेडियो रेंज में निरीक्षण कर सकते हैं, और इसे दुनिया भर में एक ही समय में, सबसे अच्छा संभव समाधान प्राप्त करने के लिए कर सकते हैं।


एक गोलार्ध से "इवेंट क्षितिज टेलीस्कोप" के भाग

गैलेक्सी के केंद्र में BH का कोणीय आकार लगभग 37 कोणीय माइक्रोसेकंड है, और टेलीस्कोप का रिज़ॉल्यूशन 15 कोणीय माइक्रोसेकंड है, इसलिए हमें इसे देखने में सक्षम होना चाहिए! रेडियो फ्रीक्वेंसी रेडिएशन के अधिकांश पदार्थ BH के चारों ओर गति करते हुए पदार्थ के आवेशित कणों से आते हैं। हम नहीं जानते कि डिस्क कैसे उन्मुख होगी, क्या वहां कई डिस्क होंगे, क्या यह मधुमक्खियों के झुंड या कॉम्पैक्ट डिस्क की तरह होगा। हमें यह भी नहीं पता कि वह हमारे दृष्टिकोण से, बीएच के एक "पक्ष" को पसंद करेगा या नहीं।


ब्लैक होल अभिवृद्धि डिस्क के मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक मॉडल का उपयोग करके सामान्य सापेक्षता में पांच अलग-अलग सिमुलेशन, और प्राप्त संकेत कैसे दिखेगा

हम एक निश्चित आकार के साथ एक वास्तविक घटना क्षितिज खोजने की उम्मीद करते हैं, इसके पीछे से आने वाले सभी प्रकाश को अवरुद्ध करते हैं। हम इसके सामने स्थित कुछ सिग्नल की उपस्थिति की भी उम्मीद करते हैं, ब्लैक होल के चारों ओर एक गड़बड़ होने के कारण इस सिग्नल की असमानता और ब्लैक होल के सापेक्ष डिस्क का उन्मुखीकरण यह निर्धारित करेगा कि वास्तव में आप क्या देख सकते हैं।

जब हमारी दिशा में डिस्क घूमती है, तो एक हिस्सा उज्जवल होगा। जब डिस्क हमसे छिटकती है तो दूसरा पक्ष धुंधला हो जाता है। गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के कारण घटना क्षितिज की रूपरेखा भी दिखाई दे सकती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात, एक किनारे या विमान के साथ डिस्क की ओर का स्थान प्राप्त सिग्नल की प्रकृति को बहुत प्रभावित करेगा, जैसा कि नीचे दिए गए आंकड़े के पहले और तीसरे वर्ग में देखा जा सकता है।


एक किनारे (दो दाएं वर्ग) या एक विमान (दो बाएं वर्ग) के साथ डिस्क की स्थिति हमारे द्वारा देखे जाने पर बहुत प्रभावित करेगी।

हम अन्य प्रभावों की जांच कर सकते हैं, अर्थात्:

• क्या BH का आकार GR द्वारा अनुमानित है,
• क्या घटना क्षितिज गोल है (पूर्वानुमान के अनुसार), या लम्बी, या ध्रुवों पर चपटी है,
• क्या रेडियो उत्सर्जन का विस्तार हमारे विचार से अधिक है

या अभी भी अपेक्षित व्यवहार से कुछ विचलन हैं। यह भौतिकी में एक नया कदम है, और हम इसके प्रत्यक्ष सत्यापन के कगार पर हैं। एक बात स्पष्ट है: कोई फर्क नहीं पड़ता कि "ईवेंट क्षितिज टेलीस्कोप" क्या देखता है, हम निश्चित रूप से ब्रह्मांड में सबसे चरम वस्तुओं और स्थितियों में से एक के बारे में कुछ नया और सुंदर सीखेंगे!

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 ।