2016 के फरवरी में, लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (एलआईजीओ) के लिए काम करने वाले वैज्ञानिकों ने इतिहास बनाया जब उन्होंने गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पहली बार पता लगाने की घोषणा की। इस खोज ने न केवल आइंस्टीन के थ्योरी ऑफ जनरल रिलेटिविटी द्वारा की गई एक सदी पुरानी भविष्यवाणी की पुष्टि की, बल्कि इसने तारकीय बाइनरी ब्लैक होल के अस्तित्व की भी पुष्टि की - जो पहले स्थान पर सिग्नल का उत्पादन करने के लिए विलय कर दिया।
और अब, MIT खगोल वैज्ञानिक कार्ल रोड्रिगेज के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने एक अध्ययन का निर्माण किया है जो बताता है कि ब्लैक होल कई बार विलय कर सकते हैं। उनके अध्ययन के अनुसार, ये "दूसरी पीढ़ी के विलय" की संभावना गोलाकार समूहों के भीतर होती है, बड़े और कॉम्पैक्ट स्टार क्लस्टर जो आमतौर पर आकाशगंगाओं के किनारों पर कक्षा करते हैं - और जो हजारों-लाखों सितारों के साथ घनी तरह से भरे होते हैं।
हाल ही में मार्क में "स्टडी पोस्ट: न्यूटनियन डायनेमिक्स इन डेंस स्टार क्लस्टर्स: हाईली एसेन्ट्रिक, हाइली स्पिनिंग, और बार-बार बाइनरी ब्लैक होल मर्जर" शीर्षक से अध्ययन किया गया। शारीरिक समीक्षा पत्र। अध्ययन का नेतृत्व कार्ल रोड्रिगेज ने किया था, जो एमआईटी के भौतिकी विभाग में पप्पलार्डो के साथी और एस्ट्रोफिजिक्स एंड स्पेस रिसर्च के लिए केवली इंस्टीट्यूट ऑफ स्पेस साइंसेज के सदस्य और सेंटर फॉर इंटरडिसिनरी एक्सप्लोरेशन एंड रिसर्च इन एस्ट्रोफिजिक्स (CIERA) के सदस्य थे।
जैसा कि हाल ही में MIT प्रेस विज्ञप्ति में कार्ल रोड्रिग्ज ने बताया:
“हमें लगता है कि ये क्लस्टर सैकड़ों-हजारों ब्लैक होल के साथ बने हैं जो तेजी से केंद्र में डूब गए। इस प्रकार के क्लस्टर अनिवार्य रूप से ब्लैक होल बायनेरीज़ के कारखाने हैं, जहाँ आपको अंतरिक्ष के एक छोटे से क्षेत्र में इतने ब्लैक होल हैंग हो जाते हैं कि दो ब्लैक होल विलीन हो सकते हैं और अधिक बड़े ब्लैक होल का उत्पादन कर सकते हैं। फिर उस नए ब्लैक होल को एक और साथी मिल सकता है और फिर से विलीन हो सकता है। ”
ग्लोबुलर क्लस्टर्स कभी आकर्षण का स्रोत रहे हैं क्योंकि खगोलविदों ने पहली बार उन्हें 17 वीं शताब्दी में मनाया था। सितारों के ये गोलाकार संग्रह ब्रह्मांड में सबसे पुराने ज्ञात सितारों में से हैं, और अधिकांश आकाशगंगाओं में पाए जा सकते हैं। आकाशगंगा के आकार और प्रकार के आधार पर, वे कक्षाओं की संख्या बदलती रहती हैं, अण्डाकार आकाशगंगाओं की संख्या हजारों में होती है जबकि आकाशगंगा की तरह आकाशगंगाओं की संख्या 150 से अधिक होती है।
वर्षों से, रॉड्रिग्ज़ गोलाकार समूहों के भीतर ब्लैक होल के व्यवहार की जांच कर रहे हैं, यह देखने के लिए कि क्या वे अपने सितारों के साथ ब्लैक होल से अलग तरीके से बातचीत करते हैं जो अंतरिक्ष में कम घनी आबादी वाले क्षेत्रों पर कब्जा करते हैं। इस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, रोड्रिगेज और उनके सहयोगियों ने 24 तारकीय समूहों पर सिमुलेशन का संचालन करने के लिए नॉर्थवेस्टर्न विश्वविद्यालय में क्वेस्ट सुपर कंप्यूटर का उपयोग किया।
इन समूहों का आकार 200,000 से 2 मिलियन सितारों तक था और विभिन्न घनत्व और धातु रचनाओं की एक श्रृंखला को कवर किया। सिमुलेशन ने इन समूहों के भीतर 12 बिलियन वर्षों में व्यक्तिगत सितारों के विकास का मॉडल तैयार किया। समय की यह अवधि इन सितारों का अनुसरण करने के लिए पर्याप्त थी क्योंकि उन्होंने एक-दूसरे के साथ बातचीत की, और अंततः ब्लैक होल का गठन किया।
सिमुलेशन ने एक बार बनने के बाद ब्लैक होल के विकास और प्रक्षेपवक्र को भी चित्रित किया। जैसा कि रोड्रिगेज ने समझाया:
“साफ-सुथरी बात यह है, क्योंकि इन गुच्छों में ब्लैक होल सबसे भारी वस्तु होती है, वे केंद्र में डूब जाती हैं, जहाँ आपको बायनेरी बनाने के लिए ब्लैक होल का उच्च घनत्व मिलता है। बाइनरी ब्लैक होल मूल रूप से क्लस्टर में लटके हुए विशालकाय टारगेट की तरह होते हैं, और जैसा कि आप अन्य ब्लैक होल या तारों को फेंकते हैं, वे इन पागल अराजक मुठभेड़ों से गुजरते हैं। "
जबकि पिछले सिमुलेशन न्यूटन के भौतिकी पर आधारित थे, टीम ने आइंस्टीन के सापेक्ष प्रभावों को उनके गोलाकार समूहों के सिमुलेशन में जोड़ने का फैसला किया। यह इस तथ्य के कारण था कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों की भविष्यवाणी न्यूटन के सिद्धांतों द्वारा नहीं की गई थी, लेकिन आइंस्टीन के थ्योरी ऑफ जनरल रिलेटिविटी द्वारा की गई थी। जैसा कि रोड्रिगेज ने संकेत दिया, इससे उनके लिए यह देखने की अनुमति दी गई कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों ने एक भूमिका कैसे निभाई:
“लोगों ने अतीत में जो कुछ किया था, वह इसे पूरी तरह से न्यूटन की समस्या के रूप में माना गया था। गुरुत्वाकर्षण के न्यूटन का सिद्धांत 99.9 प्रतिशत मामलों में काम करता है। कुछ मामले जिनमें यह काम नहीं करता है जब आपके पास दो ब्लैक होल एक-दूसरे के बहुत करीब से चक्कर काटते हैं, जो सामान्य रूप से अधिकांश आकाशगंगाओं में नहीं होता है ... आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत में, जहां मैं गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उत्सर्जन कर सकता हूं जब एक ब्लैक होल दूसरे के पास से गुजरता है, तो यह वास्तव में गुरुत्वाकर्षण तरंगों के एक छोटे से पल्स का उत्सर्जन कर सकता है। यह प्रणाली से पर्याप्त ऊर्जा को घटा सकता है कि दो ब्लैक होल वास्तव में बाध्य हो जाते हैं, और फिर वे तेजी से विलीन हो जाएंगे। ”
उन्होंने जो देखा वह यह था कि तारकीय समूहों के अंदर, ब्लैक होल नए ब्लैक होल बनाने के लिए एक-दूसरे में विलीन हो जाते हैं। पिछले सिमुलेशन में, न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण ने भविष्यवाणी की कि विलय करने से पहले अधिकांश बाइनरी ब्लैक होल को क्लस्टर से बाहर निकाल दिया जाएगा। लेकिन सापेक्षतावादी प्रभावों को ध्यान में रखते हुए, रोड्रिग्ज और उनकी टीम ने पाया कि लगभग आधे बाइनरी ब्लैक होल का विलय अधिक विशाल रूप में हुआ।
जैसा कि रोड्रिग्ज ने समझाया, जो विलय हुए और जो किक आउट हुए उनमें अंतर स्पिन करने के लिए आया:
"जब वे विलय करते हैं तो दो ब्लैक होल कताई कर रहे हैं, जो ब्लैक होल वे बनाते हैं वह एक तरंग की तरह गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उत्सर्जन करेगा, एक रॉकेट की तरह, एक नया ब्लैक होल बना सकता है जो 5,000 किलोमीटर प्रति सेकंड के रूप में तेजी से शूट कर सकता है - इसलिए, पागलपन से तेज। इनमें से किसी एक गुच्छे से बचने के लिए यह केवल कुछ दसियों किलोमीटर प्रति सेकेंड का एक किक लेता है। ”
इसने पिछले सिमुलेशन के बारे में एक और दिलचस्प तथ्य उठाया, जहां खगोलविदों का मानना था कि किसी भी ब्लैक होल विलय के उत्पाद को क्लस्टर से बाहर निकाल दिया जाएगा, क्योंकि अधिकांश ब्लैक होल तेजी से घूम रहे हैं। हालांकि, हाल ही में LIGO से प्राप्त गुरुत्व तरंग माप इस के विपरीत प्रतीत होता है, जिसने केवल कम स्पिन के साथ बाइनरी ब्लैक होल के विलय का पता लगाया है।
यह धारणा, हालांकि, LIGO से मापों के विरोधाभास लगती है, जो अब तक केवल कम स्पिन के साथ द्विआधारी ब्लैक होल का पता लगाया है। इस के निहितार्थों का परीक्षण करने के लिए, रोड्रिगेज और उनके सहयोगियों ने अपने सिमुलेशन में ब्लैक होल की स्पिन दरों को कम किया। उन्होंने पाया कि क्लस्टर से बाइनरी ब्लैक होल के लगभग 20% में कम से कम एक ब्लैक होल था, जो 50 से 130 सौर ऊर्जा तक था।
अनिवार्य रूप से, यह इंगित करता है कि ये "दूसरी पीढ़ी" ब्लैक होल थे, क्योंकि वैज्ञानिकों का मानना है कि इस द्रव्यमान को एक एकल तारा से बनने वाले ब्लैक होल द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता है। आगे देखते हुए, रोड्रिग्ज और उनकी टीम का अनुमान है कि अगर एलआईजीओ इस सीमा के भीतर किसी द्रव्यमान के साथ किसी वस्तु का पता लगाता है, तो यह संभवत: एक ही तारे के बजाय घने तारकीय क्लस्टर में विलय होने वाले ब्लैक होल का परिणाम है।
"अगर हम लंबे समय तक प्रतीक्षा करते हैं, तो अंततः LIGO कुछ ऐसा देखेगा जो केवल इन स्टार समूहों से आ सकता था, क्योंकि यह एक एकल स्टार से मिलने वाली किसी भी चीज़ से बड़ा होगा," रोड्रिगेज कहते हैं। “मेरे सह-लेखक और मेरे पास द्विआधारी स्टार गठन का अध्ययन करने वाले कुछ लोगों के खिलाफ एक शर्त है कि पहले 100 LIGO हिरासत में, LIGO इस ऊपरी द्रव्यमान अंतर के भीतर कुछ का पता लगाएगा। अगर मुझे सच होता है तो मुझे शराब की एक अच्छी बोतल मिलती है। ”
गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाना एक ऐतिहासिक उपलब्धि थी, और जिसने खगोलविदों को नए और रोमांचक शोध करने में सक्षम बनाया। पहले से ही, वैज्ञानिक अपने विलय के उपोत्पाद का अध्ययन करके ब्लैक होल में नई अंतर्दृष्टि प्राप्त कर रहे हैं। आने वाले वर्षों में, हम तरीकों में सुधार करने और वेधशालाओं के बीच सहयोग बढ़ाने के लिए बहुत अधिक धन्यवाद सीखने की उम्मीद कर सकते हैं।
