ईथन से पूछें: ब्रह्मांड में कितने ब्लैक होल हैं?

यद्यपि हमने सीधे ब्लैक होल के तीन विलय दर्ज किए, हम उनमें से बहुत बड़ी संख्या के अस्तित्व से अवगत हैं। और यहीं से उन्हें होना चाहिए

टिप्पणियों के इतिहास में तीसरी बार , हमने सीधे ब्लैक होल की निस्संदेह विशेषता को दर्ज किया: उनके द्वारा उत्पन्न गुरुत्वाकर्षण तरंगें। यदि हम इसे आकाशगंगा के केंद्र के चारों ओर घूम रहे तारों की कक्षाओं के बारे में अपने ज्ञान के साथ जोड़ते हैं, तो एक्स-रे और रेडियो श्रेणियों में अन्य आकाशगंगाओं के अवलोकन और गैस वेगों का मापन करते हैं, तो हमें विभिन्न स्थितियों में ब्लैक होल के अस्तित्व के निर्णायक सबूत मिलेंगे। लेकिन क्या यूनिवर्स में ब्लैक होल की सही संख्या और वितरण का पता लगाने के लिए हमारे पास इन और अन्य स्रोतों से पर्याप्त जानकारी है? यह विषय आज के पाठक के प्रश्न के लिए समर्पित है:

LIGO में दर्ज अंतिम घटना ने मुझे यह सोचने पर मजबूर कर दिया कि यदि वे देख सकते हैं कि कितने ब्लैक होल आसमान में दिखेंगे (और स्पष्टता के लिए, यदि केवल ब्लैक होल देख सकते हैं), ब्लैक होल का स्थानिक और ऊर्जा वितरण क्या है दृश्यमान तारों के वितरण की तुलना में?

आपकी पहली आवेग प्रत्यक्ष टिप्पणियों में जाने की इच्छा हो सकती है - और यह जांच के लिए एक शानदार शुरुआत है।


चंद्र दीप फील्ड साउथ (सीडीएफ-एस) चंद्र अंतरिक्ष एक्स-रे वेधशाला मानचित्र

चंद्रा का एक्स-रे वेधशाला अभी भी हमारा सबसे अच्छा एक्स-रे दूरबीन है। पृथ्वी की कक्षा में अपने स्थान से, यह दूर तक एक्स-रे स्रोतों से आने वाले व्यक्तिगत फोटोन भी उठा सकता है। आकाश के पर्याप्त रूप से बड़े क्षेत्रों की छवियां लेने से, वह एक्स-रे विकिरण के सैकड़ों बिंदु स्रोतों की पहचान करने में सक्षम था, जिनमें से प्रत्येक हमारे बाहर स्थित एक दूर की आकाशगंगा से मेल खाती है। प्राप्त फोटॉनों के ऊर्जा स्पेक्ट्रम के आधार पर, हम प्रत्येक आकाशगंगा के केंद्र में एक सुपरमैसिव ब्लैक होल की उपस्थिति के साक्ष्य का निरीक्षण कर सकते हैं।

यह अपने आप में आश्चर्यजनक है, लेकिन प्रत्येक आकाशगंगा के लिए केवल एक विशालकाय बीएच की तुलना में कहीं अधिक ब्लैक होल हैं। बेशक, आकाशगंगाओं में से प्रत्येक में कम से कम एक बीएच है जो लाखों या अरबों बार सूर्य से अधिक होता है, लेकिन उनके अलावा कई अन्य भी हैं।


तीन दोहरे विलय और LIGO से प्राप्त एक विलय के उम्मीदवार सहित प्रसिद्ध दोहरी BH सिस्टम की जनता

LIGO ने हाल ही में दोहरे BHs के विलय से गुरुत्वाकर्षण तरंगों के एक स्पष्ट संकेत के अपने तीसरे प्रत्यक्ष निर्धारण की घोषणा की, जो पूरे ब्रह्मांड में इस तरह के सिस्टम की व्यापकता को इंगित करता है। एक संख्यात्मक मूल्यांकन के लिए, हमारे पास पर्याप्त आंकड़े नहीं हैं; त्रुटियां बहुत बड़ी हैं। लेकिन अगर हम LIGO की वर्तमान सीमा को देखते हैं, और यह तथ्य कि यह हर दो महीने में औसतन एक संकेत पाता है, तो हम आत्मविश्वास से कह सकते हैं कि प्रत्येक आकाशगंगा में मिल्की वे के आकार में कम से कम दर्जनों ऐसे सिस्टम हैं।


उन्नत एलआईजीओ की रेंज और इसकी बीएच डिटेक्शन क्षमताओं

इसके अलावा, हमारे एक्स-रे डेटा बड़ी संख्या में डबल बीएच के अस्तित्व का संकेत देते हैं। शायद उन विशाल ब्लैक होल की तुलना में कहीं अधिक हैं जिन्हें LIGO बेहतर पहचानता है। और यह बीएचएस के अस्तित्व को इंगित करने वाले आंकड़ों की भी गिनती नहीं कर रहा है जो एक दूसरे के निकट निकटता के साथ बाइनरी सिस्टम में नहीं हैं, जो कि, सबसे अधिक संभावना है। यदि हमारी आकाशगंगा में मध्यम द्रव्यमान (10-100 सौर) के BH के दर्जनों बाइनरी सिस्टम हैं, तो इसमें सैकड़ों छोटे द्रव्यमान सिस्टम (3-15 सौर) हैं, और द्रव्यमान के कम से कम हजारों पृथक BH (बाइनरी सिस्टम से संबंधित नहीं) हैं सूर्य के समतुल्य।

मैं जोर देता हूं - "कम से कम"।



BH का पता लगाना बेहद मुश्किल है। हम सबसे सक्रिय, सबसे बड़े पैमाने पर और सबसे चरम स्थित देख सकते हैं। सर्पिल में गिरने वाले बीएचएस और एक दूसरे के साथ विलय ठीक हैं, लेकिन ऐसे कॉन्फ़िगरेशन की अपेक्षित संख्या कम है। चंद्रा केवल सबसे बड़े पैमाने पर और सक्रिय रूप से भिन्न होता है, लेकिन अधिकांश बीएचएस में द्रव्यमान नहीं होता है जो सौर एक की तुलना में लाखों या अरबों गुना अधिक होता है, और इनमें से अधिकांश विशालकाय BH वर्तमान में सक्रिय नहीं हैं। उन बीएचओं को जिन्हें हम देख सकते हैं कि वास्तव में अंतरिक्ष में जो कुछ भी है, उसका एक छोटा सा हिस्सा बनाना चाहिए, चाहे हम कितनी भी शानदार प्रक्रिया देखें।


हम गामा विकिरण के फटने के रूप में जो अनुभव करते हैं, वह न्यूट्रॉन सितारों के विलय के दौरान पैदा हो सकता था जो ब्रह्मांड में पदार्थ को बाहर निकालता है, सबसे भारी ज्ञात तत्वों का निर्माण करता है और अंत में BH को उत्पन्न करता है।

लेकिन हमारे पास बीएचएस की संख्या और वितरण का एक अच्छा अनुमान प्राप्त करने का एक तरीका है: हम जानते हैं कि वे कैसे बनते हैं। हम जानते हैं कि उन्हें युवा और बड़े सितारों से सुपरनोवा बनने के लिए कैसे बनाया जाता है, न्यूट्रॉन सितारों से जो अभिवृद्धि या विलय के कारण बढ़ते हैं, और सीधे टकराव से। हालांकि BH बनाने के लिए ऑप्टिकल संकेत अस्पष्ट हैं, हमने ब्रह्मांड के पूरे इतिहास में पर्याप्त सितारों, सितारों की मृत्यु, प्रलय और उनके गठन की प्रक्रियाओं को देखा है, जो कि हमें आवश्यक राशि की गणना करने के लिए।


एक विशाल तारे से उत्पन्न सुपरनोवा अवशेष एक ढह गई वस्तु को पीछे छोड़ देता है: या तो एक ब्लैक होल या न्यूट्रॉन स्टार, और बाद वाला भी उपयुक्त परिस्थितियों में भविष्य में एक ब्लैक होल बन सकता है।

बीएच को प्राप्त करने के ये तीनों तरीके हैं, अगर हम उनके विकास का पता लगाते हैं तो शुरुआत में, स्टार बनाने के बड़े क्षेत्रों में। पाने के लिए:

1. सुपरनोवा, आपको सूर्य से 8-10 गुना अधिक बड़े स्टार की आवश्यकता होगी। BH सितारों से 20–40 गुना अधिक विशाल होगा, छोटे तारों से न्यूट्रॉन तारों को प्राप्त किया जाएगा।
2. न्यूट्रॉन सितारों का संलयन या BH के प्रति अभिवृद्धि, आपको सर्पिल या बेतरतीब ढंग से टकराते हुए या तो न्यूट्रॉन स्टार से संपर्क करने वाले दो न्यूट्रॉन सितारों की आवश्यकता होती है, और एक न्यूट्रॉन स्टार एक साथी स्टार से द्रव्यमान चूसने और बनने के लिए आवश्यक 2.5-3 सौर द्रव्यमान की सीमा को पार करता है। बिहार।
3. बीएच में प्रत्यक्ष पतन, आपको एक स्टार को सूर्य के द्रव्यमान से 25 गुना बड़े पैमाने पर और बीएच के निर्माण के लिए उपयुक्त परिस्थितियों (सुपरनोवा की उपस्थिति के बिना) के लिए पर्याप्त जगह इकट्ठा करने की आवश्यकता है।

हबल के दृश्यमान और निकटवर्ती तस्वीरों में सूर्य से लगभग 25 गुना बड़े आकार का एक विशाल तारा दिखाई देता है, जो सुपरनोवा या अन्य स्पष्टीकरण के बिना आकाश से गायब हो गया। प्रत्यक्ष पतन एकमात्र उचित स्पष्टीकरण है।

हम अपने से बहुत दूर स्थित तारों को माप सकते हैं और अनुमान लगा सकते हैं कि कितने उभरते हुए सितारे बाद में एक ब्लैक होल में बदलने के लिए एक उपयुक्त द्रव्यमान बन गए। नतीजतन, हमें यह पता चलता है कि हमारे करीब सभी सितारों में से केवल 0.1 - 0.2% के पास एक द्रव्यमान है जो कम से कम एक सुपरनोवा में बदल जाता है, और उनमें से अधिकांश न्यूट्रॉन सितारों में बदल जाते हैं। लगभग आधे उभरते हुए सिस्टम को डबल प्राप्त किया जाता है, और इस तरह की अधिकांश प्रणालियों में हमने खोज की है, सितारों का द्रव्यमान एक दूसरे के साथ तुलनीय है। दूसरे शब्दों में, हमारी आकाशगंगा में बनने वाले 400 बिलियन सितारों में से अधिकांश ब्लैक होल कभी नहीं बनेंगे।


मॉर्गन-किन सितारों के आधुनिक वर्णक्रमीय वर्गीकरण और प्रत्येक वर्ग का तापमान अंतराल (केल्विन में)। आधुनिक सितारों के अधिकांश (75%) वर्ग एम हैं, और 800 में से केवल 1 में सुपरनोवा बनने के लिए पर्याप्त द्रव्यमान है

लेकिन यह डर नहीं है, क्योंकि सामान्य रूप से कुछ सितारे बीएच बन जाएंगे। अधिक महत्वपूर्ण बात, काफी बड़ी संख्या में सितारे, सबसे अधिक संभावना है, पहले से ही दूर के अतीत में ब्लैक होल में बदल चुके हैं। जहां भी तारों का निर्माण होता है, वहां एक जन वितरण होता है: कई बड़े-बड़े तारे दिखाई देते हैं, बहुत अधिक मध्यम-द्रव्यमान तारे, और बहुत बड़ी संख्या में छोटे-बड़े तारे। उनमें से बहुत से ऐसे हैं जो क्लास एम (लाल बौना) हैं, जिनका द्रव्यमान सूर्य के द्रव्यमान का 8 से 40% तक है, हमारे पास स्थित प्रत्येक 4 सितारों में से 3 से संबंधित है। कई नए स्टार समूहों में, बड़े द्रव्यमान के बहुत कम सितारे होते हैं: वे जो सुपरनोवा में बदल जाते हैं। लेकिन अतीत में गैलेक्सी में स्टार बनाने के क्षेत्र थे, जो आज मिलन वे में देखने की तुलना में बहुत बड़े थे और बहुत बड़े द्रव्यमान वाले थे।


स्थानीय समूह में सबसे बड़ी स्टार नर्सरी, टारेंटुला नेबुला , मानव जाति के लिए ज्ञात सबसे बड़े सितारों का दावा करती है। उनमें से किसी दिन (अगले कुछ मिलियन वर्षों में) ब्लैक होल बन जाएंगे।

ऊपर दी गई तस्वीर एक स्थानीय समूह में स्टार बनाने का सबसे बड़ा क्षेत्र दिखाती है जिसका वजन लगभग 400,000 सौर है। इस क्षेत्र में हजारों गर्म और बहुत नीले तारे हैं, जिनमें से सैकड़ों सुपरनोवा में बदल सकते हैं। कहीं-कहीं, उनमें से 10-30% ब्लैक होल बन जाएंगे, और बाकी न्यूट्रॉन सितारे बन जाएंगे। यह देखते हुए कि:

• अतीत में हमारी आकाशगंगा में ऐसी कई साइटें थीं,
• तारों के निर्माण का सबसे बड़ा क्षेत्र सर्पिल भुजाओं के आसपास और आकाशगंगा के केंद्र की ओर केंद्रित है,
• और आज हम पल्सर (न्यूट्रॉन सितारों के अवशेष) और गामा विकिरण के स्रोतों का निरीक्षण करते हैं, सबसे अधिक संभावना ब्लैक होल हैं,

तब हम ब्लैक होल के स्थान का नक्शा बना सकते हैं।



नासा के फर्मी उपग्रह ने ब्रह्मांड के सबसे ऊंचे ऊर्जा मानचित्र का निर्माण किया है जिसका उच्चतम संकल्प कभी बनाया गया है। आकाशगंगा के BH मानचित्र में वस्तुओं का थोड़ा बड़ा बिखराव और लाखों व्यक्तिगत बिंदु स्रोतों में बदलने की संभावना है

यह गामा विकिरण के सभी स्रोतों को एकत्रित करते हुए, पूरे आकाश का एक फ़र्मि मानचित्र है। यह हमारी आकाशगंगा के एक स्टार मानचित्र जैसा दिखता है, सिवाय इसके कि उस पर गैलेक्टिक डिस्क अधिक चिह्नित है। इसके अलावा, पुराने स्रोत गामा किरणों का उत्सर्जन करते हैं, इसलिए ये विकिरण स्रोत अपेक्षाकृत हाल ही में दिखाई दिए हैं।

इस कार्ड की तुलना में, BH कार्ड होगा:

• आकाशगंगा के केंद्र की ओर अधिक केंद्रित;
• चौड़ाई में थोड़ा अधिक विसरित;
• एक गांगेय उभार को नियंत्रित करता है;
• लगभग 100 मिलियन ऑब्जेक्ट्स से मिलकर, प्लस या माइनस एक ऑर्डर।

यदि आप फर्मी मैप (ऊपर) और COBE (नीचे) से गैलेक्सी के अवरक्त मानचित्र को जोड़ते हैं , तो आपको हमारी गैलेक्सी में BH का मात्रात्मक वितरण मिलेगा।


अवरक्त प्रकाश में गैलेक्सी, COBE उपग्रह से फोटो। हालाँकि इस पर केवल तारे दिखाई दे रहे हैं, BH का समान वितरण होगा, हालाँकि गैलेक्सी के प्लेन से अधिक संकुचित और उभार के लिए अधिक

ब्लैक होल वास्तविक, व्यापक वस्तुएं हैं, और उनमें से ज्यादातर शांत हैं, इसलिए आज उनका पता लगाना मुश्किल है। ब्रह्मांड बहुत लंबे समय से अस्तित्व में है, और यद्यपि आज हम बड़ी संख्या में सितारों को देख सकते हैं, जिनमें से अधिकांश बड़े पैमाने के सभी मौजूदा सितारों - उनमें से 95% से अधिक - पहले ही मर चुके हैं। वे कहां गए? उनमें से लगभग एक चौथाई बीएचएस बन गए, और उनमें से कई लाखों लोग अभी भी मौजूद हैं, जो हमारी आकाशगंगा में छिपे हुए हैं, और अन्य आकाशगंगाओं में उनका प्रतिशत लगभग हमारे अनुरूप है।


एक अरब सौर द्रव्यमान का एक ब्लैक होल M87 आकाशगंगा के केंद्र में एक एक्स-रे जेट खिलाता है, लेकिन शायद उस आकाशगंगा में एक और अरब अन्य BH हैं। वे मुख्य रूप से केंद्र की ओर जमा करेंगे।

अण्डाकार आकाशगंगाओं में, BH एक अण्डाकार झुंड में इकट्ठा होता है और केंद्र के करीब जमा होता है, जैसे सितारे करते हैं। कई बीएचएस अंततः " बड़े पैमाने पर अलगाव " के कारण आकाशगंगा के केंद्र में गुरुत्वाकर्षण कुएं की ओर पलायन करेंगे - इसलिए, जाहिर है, सुपरिहैमस बीएचएस सुपरमैसिव हो गए हैं। लेकिन अभी तक हमारे पास इस परिदृश्य का कोई प्रत्यक्ष प्रमाण नहीं है; यदि हमारे पास चुप बीएचएस का सीधे निरीक्षण करने का कोई तरीका नहीं है, तो हम कभी भी सुनिश्चित नहीं कर सकते। लेकिन हम जो जानते हैं, उससे यह सबसे अच्छी तस्वीर है जिसे हम खींच सकते हैं। यह सुसंगत, ठोस और सभी अप्रत्यक्ष साक्ष्य इसकी ओर इशारा करते हैं।


आकाशगंगाओं में सुपरमैसिव BH द्वारा बनाए गए शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रों में इधर-उधर इलेक्ट्रॉनों के द्वारा उत्सर्जित मिलीमीटर-वेव लाइट के अवशोषण से इस आकाशगंगा के केंद्र में एक अंधेरे स्थान का आभास होता है। एक छाया इंगित करती है कि आणविक गैस के ठंडे बादल ब्लैक होल पर गिरते हैं

प्रत्यक्ष अवलोकनों की संभावना के अभाव में, यह वह सब है जिस पर विज्ञान भरोसा कर सकता है, और यह हमें एक दिलचस्प निष्कर्ष पर ले जाता है: प्रत्येक हजार सितारों के लिए हम आज देखते हैं, अंतरिक्ष के एक सघन भाग में औसत, स्थित, सबसे अधिक संभावना है। लगभग पूरी तरह से अदृश्य होने के बारे में सवाल का जवाब देने के लिए अच्छी सटीकता!

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 ।

यदि यूनिवर्स का विस्तार हो रहा है, तो हम विस्तार क्यों नहीं कर रहे हैं ; क्यों ब्रह्मांड की उम्र उसके मनाया भाग की त्रिज्या के साथ मेल नहीं खाती है ।