एथन से पूछें: जब एक ब्लैक होल वाष्पित हो जाता है तो क्या होता है?

ब्लैक होल का घटना क्षितिज एक गोलाकार या गोलाकार खंड है जहां से कुछ भी, यहां तक ​​कि प्रकाश भी बच सकता है। लेकिन एक भविष्यवाणी है कि, घटना क्षितिज के बाहर, एक ब्लैक होल विकिरण का उत्सर्जन करता है।

ब्रह्मांड में पदार्थ द्वारा स्वीकार किए गए रूपों की विविधता को देखते हुए यह कल्पना करना मुश्किल है कि लाखों वर्षों तक केवल हाइड्रोजन और हीलियम के तटस्थ परमाणु इसमें मौजूद थे। शायद यह कल्पना करना उसी मुश्किल के बारे में है कि किसी दिन, क्वाड्रिलियन वर्षों के बाद, सभी तारे बाहर निकल जाएंगे। केवल इस तरह के एक जीवित ब्रह्मांड के अवशेष मौजूद होंगे, जिसमें इसकी सबसे प्रभावशाली वस्तुएं शामिल हैं: ब्लैक होल। लेकिन वे शाश्वत नहीं हैं। हमारा पाठक जानना चाहता है कि ऐसा कैसे होगा:

क्या होता है जब हॉकिंग विकिरण के कारण एक ब्लैक होल पर्याप्त ऊर्जा खो देता है, और इसकी ऊर्जा घनत्व घटना क्षितिज के साथ एक विलक्षणता बनाए रखने के लिए पर्याप्त नहीं है? दूसरे शब्दों में, क्या होता है जब हॉकिंग विकिरण के कारण एक ब्लैक होल ब्लैक होल बनना बंद हो जाता है?

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, यह समझना महत्वपूर्ण है कि वास्तव में एक ब्लैक होल क्या है।


अपने जीवनकाल के दौरान एक बहुत बड़े स्टार की शारीरिक रचना, एक प्रकार से IIa सुपरनोवा में उस समय समाप्त होती है जब नाभिक में परमाणु ईंधन समाप्त होता है

ब्लैक होल मुख्य रूप से एक विशाल तारे के कोर के पतन के बाद बनते हैं जिसने सभी परमाणु ईंधन खर्च किए हैं और इससे भारी तत्वों को संश्लेषित करना बंद कर दिया है। संश्लेषण के विघटन और समाप्ति के साथ, कोर विकिरण दबाव में एक मजबूत गिरावट का अनुभव करता है, जिसने केवल तारा को गुरुत्वाकर्षण पतन से बचाए रखा। जबकि बाहरी परतें अक्सर एक आउट-ऑफ-कंट्रोल फ्यूजन प्रतिक्रिया का अनुभव करती हैं, और एक सुपरनोवा के मूल तारे को विस्फोट करती हैं, नाभिक पहले एक न्यूट्रॉन स्टार तक सिकुड़ता है, लेकिन अगर इसका द्रव्यमान बहुत बड़ा है, तो न्यूट्रॉन भी सिकुड़ जाते हैं और घने हो जाते हैं, एक ब्लैक होल उत्पन्न होता है। BH तब भी हो सकता है जब अभिवृद्धि की प्रक्रिया में एक न्यूट्रॉन तारा किसी साथी तारे से पर्याप्त द्रव्यमान उठाता है और BH में रूपांतरण के लिए आवश्यक रेखा को पार कर जाता है।


जब एक न्यूट्रॉन तारा पर्याप्त द्रव्य प्राप्त करता है, तो यह एक ब्लैक होल में गिर सकता है। जब BH पदार्थ को इकट्ठा करता है, तो उसकी अभिवृद्धि डिस्क और द्रव्यमान बढ़ता है, क्योंकि पदार्थ घटनाओं के क्षितिज से परे होता है

गुरुत्वाकर्षण के दृष्टिकोण से, एक बीएच बनने के लिए आवश्यक सभी पर्याप्त मात्रा में पर्याप्त द्रव्यमान इकट्ठा करने के लिए है ताकि प्रकाश एक निश्चित खंड से बच न सके। ग्रह पृथ्वी सहित प्रत्येक द्रव्यमान की अपनी भागने की गति है: द्रव्यमान के केंद्र से एक निश्चित दूरी (उदाहरण के लिए, पृथ्वी के केंद्र से इसकी सतह तक की दूरी पर) पर गुरुत्वाकर्षण आकर्षण से बचने के लिए आपको जिस गति तक पहुंचने की आवश्यकता है। लेकिन अगर आप पर्याप्त द्रव्यमान प्राप्त करते हैं ताकि द्रव्यमान के केंद्र से एक निश्चित दूरी पर आपको जिस गति को प्राप्त करने की आवश्यकता है, वह प्रकाश के बराबर है - तब कुछ भी इससे बच नहीं पाएगा, क्योंकि कुछ भी प्रकाश से आगे नहीं बढ़ सकता है।


ब्लैक होल द्रव्यमान एकमात्र ऐसा कारक है जो गैर-घूर्णन पृथक बीएच के लिए घटना क्षितिज की त्रिज्या का निर्धारण करता है

द्रव्यमान के केंद्र से यह दूरी जिस पर भगोड़ा वेग प्रकाश की गति के बराबर है - चलो इसे आर कहते हैं - ब्लैक होल के घटना क्षितिज का आकार निर्धारित करता है। लेकिन तथ्य यह है कि इस तरह की शर्तों के तहत मामला अंदर जाने के लिए कम प्रसिद्ध परिणाम है: यह सब एक विलक्षणता के लिए पतन चाहिए। कोई सोच सकता है कि इस मामले की एक स्थिति है जो इसे स्थिर रहने की अनुमति देती है और घटना क्षितिज के अंदर एक परिमित मात्रा है - लेकिन यह शारीरिक रूप से असंभव है।

एक बाहरी प्रभाव होने के लिए, अंदर के कण को ​​अंतःक्रिया को स्थानांतरित करने वाले कण को ​​द्रव्यमान के केंद्र से घटना क्षितिज की ओर भेजना चाहिए। लेकिन यह इंटरैक्शन-ट्रांसपोर्टिंग कण भी प्रकाश की गति से सीमित है, और कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप घटना क्षितिज के अंदर हैं, सभी विश्व लाइनें इसके केंद्र में समाप्त होती हैं। धीमी और अधिक विशाल कणों के लिए यह और भी खराब है। जैसे ही घटना क्षितिज के साथ बीएच दिखाई देता है, इसके अंदर का सभी पदार्थ एक विलक्षणता में संकुचित होता है।


श्वार्जस्किल्ड बीएच के बाहरी स्थान-समय, जिसे फ्लेम के पैराबोलॉइड के रूप में जाना जाता है, की गणना करना आसान है। लेकिन घटना क्षितिज के भीतर, सभी जियोडेसिक लाइनें एक केंद्रीय विलक्षणता की ओर ले जाती हैं।

और चूंकि कुछ भी नहीं बच सकता है, इसलिए कोई भी तय कर सकता है कि बीएच अनन्त है। और अगर क्वांटम भौतिकी के लिए नहीं, तो ठीक यही होगा। लेकिन क्वांटम भौतिकी में, अंतरिक्ष में निहित ऊर्जा की एक गैर-राशि है: क्वांटम वैक्यूम। एक घुमावदार स्थान में, एक क्वांटम वैक्यूम एक फ्लैट की तुलना में थोड़ा अलग गुण प्राप्त करता है, और ऐसे कोई क्षेत्र नहीं हैं जहां वक्रता ब्लैक होल विलक्षणता के आसपास के क्षेत्र की तुलना में अधिक होगी। यदि हम प्रकृति के इन दो नियमों की तुलना करते हैं - क्वांटम भौतिकी और BH के आसपास जीआर से स्पेस-टाइम - तो हमें हॉकिंग विकिरण जैसी चीज मिलती है।


क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स का एक दृश्य यह प्रदर्शित करता है कि हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत के परिणाम के रूप में कण / एंटीपार्टिकल जोड़े क्वांटम वैक्यूम से बहुत कम अंतराल पर कैसे निकलते हैं।

यदि आप घुमावदार स्थान में क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के अनुसार गणना करते हैं, तो आपको एक अद्भुत उत्तर मिलेगा: एक ब्लैक बॉडी से थर्मल विकिरण एक ब्लैक होल के घटना क्षितिज के आसपास के स्थान से उत्सर्जित होता है। और छोटी घटना क्षितिज, इसके बगल में अंतरिक्ष की वक्रता जितनी मजबूत होगी, और हॉकिंग विकिरण की गति जितनी अधिक होगी। यदि हमारा सूर्य एक ब्लैक होल होता, तो इसका हॉकिंग विकिरण तापमान 62 nK होता। यदि हम अपने गैलेक्सी के केंद्र में BH को लेते हैं, जिसका द्रव्यमान 4,000,000 गुना अधिक है, तो तापमान पहले से ही 15 fK होगा, जो पहले का केवल 0.000025% था।


एक्स-रे और अवरक्त रेंज से समग्र छवि, जो हमारे गैलेक्सी के केंद्र में बीएच को दर्शाती है: धनु ए * । इसका द्रव्यमान सूर्य से 4 मिलियन गुना अधिक है, और यह एक्स-रे उत्सर्जित करने वाली गर्म गैस से घिरा हुआ है। और यह हॉकिंग विकिरण (जिसका हम पता नहीं लगा सकते हैं) का उत्सर्जन करता है, लेकिन बहुत कम तापमान पर।

इसका मतलब यह है कि छोटे BH तेजी से वाष्पित होते हैं, जबकि बड़े BH लंबे समय तक जीवित रहते हैं। गणनाओं का कहना है कि सौर द्रव्यमान का BH वाष्पीकरण होने से पहले 10 ⁶⁷ साल पहले मौजूद होगा, लेकिन हमारी आकाशगंगा के केंद्र में BH वाष्पीकरण से पहले 10 से ²⁰ बार जीवित रहेगा। लेकिन इस सब में सबसे ख़ास बात यह है कि जब तक बहुत आखिरी सेकंड के आखिरी अंश तक, बीएच घटनाओं का क्षितिज रखेगा, ठीक उसी क्षण तक जब उसका द्रव्यमान शून्य हो जाता है।


हॉकिंग विकिरण अनिवार्य रूप से बीएच घटना क्षितिज के आसपास घुमावदार अंतरिक्ष समय में क्वांटम भौतिकी की भविष्यवाणियों से आगे निकलता है

लेकिन बीएच जीवन के अंतिम सेकंड में एक विशेष, और बहुत बड़ी ऊर्जा जारी की जाएगी। एक सेकंड उसके पास रहेगा जब उसका द्रव्यमान 228 टन तक गिर जाएगा। इस समय घटना क्षितिज का आकार 340 उन्हें होगा, जो कि 3.4 × 10 ^{-22 है} : यह एक फोटॉन की तरंग दैर्ध्य है जो एक ऊर्जा के साथ सब कुछ से अधिक है जो बड़े हैड्रॉन कोलाइडर में अब तक प्राप्त किया गया है। लेकिन इसमें अंतिम दूसरे 2.05 × 10 ²² जे की ऊर्जा जारी की जाएगी, जो कि टीएनटी के 5 मिलियन मेगाटन के बराबर है। जैसे कि एक लाख परमाणु बम अंतरिक्ष के एक छोटे से क्षेत्र में एक साथ विस्फोट करते हैं - यह ब्लैक होल विकिरण का अंतिम चरण है।


एक ब्लैक होल द्रव्यमान और त्रिज्या में कैसे सूख जाता है, इसकी प्रक्रिया में हॉकिंग विकिरण तापमान और शक्ति में अधिक से अधिक हो जाता है

लेकिन क्या बचता है? केवल बाहर जाने वाला विकिरण। जहां पहले अंतरिक्ष में एक विलक्षणता थी जिसमें द्रव्यमान, साथ ही, संभवतः, चार्ज और कोणीय गति एक असीम रूप से छोटी मात्रा में मौजूद थी, अब कुछ भी नहीं है। अंतरिक्ष को अपने पिछले, गैर-विलक्षण राज्य में बहाल किया गया है, एक अंतराल के बाद जो अनंत लग रहा था: ऐसा समय सब कुछ के लिए पर्याप्त है जो ब्रह्मांड में बहुत पहले से ही हुआ था, अरबों-खरबों का समय था। जब यह पहली बार होता है, तो ब्रह्मांड में कोई भी तारे या प्रकाश स्रोत नहीं होंगे, और ऐसा कोई भी नहीं होगा जो इस भयानक विस्फोट में उपस्थित हो सकता है। लेकिन इसकी कोई "सीमा" नहीं है। BH को पूरी तरह से वाष्पित होना चाहिए। और उसके बाद, जहां तक ​​हम जानते हैं, निवर्तमान विकिरण के अलावा कुछ नहीं होगा।


निरंतर अंधकार की प्रतीत होने वाली शाश्वत पृष्ठभूमि के खिलाफ, प्रकाश का एक एकल फ्लैश दिखाई देगा: ब्रह्मांड में अंतिम ब्लैक होल का वाष्पीकरण

दूसरे शब्दों में, यदि आप ब्रह्मांड में अंतिम बीएच के वाष्पीकरण का निरीक्षण कर सकते हैं, तो आपको एक खाली जगह दिखाई देगी, जिसमें 10 ¹⁰⁰ साल या उससे अधिक की गतिविधि के कोई संकेत नहीं हैं। और अचानक एक निश्चित स्पेक्ट्रम और शक्ति के विकिरण का एक अविश्वसनीय फ्लैश दिखाई देता है, जो 300,000 किमी / सेकंड की गति से अंतरिक्ष में एक बिंदु से दूर चल रहा है। और यह देखने योग्य ब्रह्मांड में आखिरी बार होगा, जब किसी घटना को उसके विकिरण से धोया जाएगा। अंतिम बीएच के वाष्पीकरण से पहले, काव्यात्मक भाषा में, यूनिवर्स आखिरी बार कहेगा: "प्रकाश होने दो!"

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 ।

सामान्य प्रश्न: यदि ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, तो हम विस्तार क्यों नहीं कर रहे हैं