Primordial Black Holes are 5D

ब्रह्मांड के शुरुआती क्षणों में, तारों के प्रज्वलित होने या आकाशगंगाओं के बनने से पहले, ब्रह्मांड ऊर्जा के एक उबलते हुए, सघन सूप की तरह था। भौतिकविदों को लंबे समय से संदेह रहा है कि इस आदिम अग्नि में सूक्ष्म उतार-चढ़ाव अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण के कारण ढहकर पहले ब्लैक होल बना सकते थे, जिन्हें आदिम ब्लैक होल (प्रिमॉर्डियल ब्लैक होल्स) के रूप में जाना जाता है। ये प्राचीन वस्तुएं डार्क मैटर के लिए सम्मोहक उम्मीदवार हैं, जो वह अदृश्य पदार्थ है जो आकाशगंगाओं को एक साथ थामे रखता है। दशकों से, वैज्ञानिकों ने इन ब्लैक होल्स को चार-आयामी संस्थाओं के रूप में मॉडल किया है, जो अंतरिक्ष के तीन आयामों और समय के एकल आयाम के भीतर मौजूद हैं जैसा कि हम दैनिक रूप से अनुभव करते हैं। हालांकि, बढ़ते हुए सैद्धांतिक कार्यों का एक समूह सुझाव देता है कि हमारे ब्रह्मांड में वास्तव में छिपे हुए, अतिरिक्त आयाम हो सकते हैं जो देखने के लिए बहुत छोटे हैं लेकिन गुरुत्वाकर्षण के व्यवहार को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त बड़े हैं। यदि ये अतिरिक्त आयाम मौजूद हैं, तो ब्लैक होल कैसे बनते हैं और विकसित होते हैं, इसे नियंत्रित करने वाले नियम हमारी अपेक्षा से मौलिक रूप से भिन्न हो सकते हैं।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इन आदिम ब्लैक होल्स को बनाने के मानक तंत्रों की पुनरावृत्ति की है, जिसमें 'डार्क डायमेंशन सिनेरियो' नामक एक विशिष्ट सैद्धांतिक ढांचे को लागू किया गया है। यह ढांचा क्वांटम ग्रेविटी के गहरे सिद्धांतों से प्रेरित है और सुझाव देता है कि हमारे ब्रह्मांड में लगभग एक माइक्रोन (जो एक मीटर का दस लाखवां हिस्सा है) के आकार का एक एकल अतिरिक्त आयाम है। इस परिदृश्य में, कण भौतिकी का 'स्टैंडर्ड मॉडल' स्थान के एक पतले स्लाइस (परत) तक सीमित है, जबकि गुरुत्वाकर्षण इस अतिरिक्त आयाम में रिस सकता है। शोधकर्ताओं ने एक सरल लेकिन गहन प्रश्न पूछा: यदि यह अतिरिक्त आयाम मौजूद है, तो क्या प्रारंभिक ब्रह्मांड में बने आदिम ब्लैक होल वास्तव में चार-आयामी वस्तुएं हैं, या वे अनिवार्य रूप से पांच-आयामी बन जाते हैं?

टीम ने उन तीन प्रसिद्ध तरीकों की जांच की जिनसे प्रारंभिक ब्रह्मांड ब्लैक होल बनाने के लिए आवश्यक पदार्थ के सघन गुच्छों को उत्पन्न कर सकता था: तीव्र विस्तार जिसे 'इन्फ्लेशन' (स्फीति) कहा जाता है, पदार्थ की अवस्था में अचानक परिवर्तन जिसे 'फेज ट्रांजिशन' (चरण संक्रमण) कहा जाता है, और 'कॉस्मिक स्ट्रिंग्स' का निर्माण, जो अंतरिक्ष में पतले, उच्च-ऊर्जा वाले दोष (डिफेक्ट्स) हैं। क्वांटम ग्रेविटी से कड़े प्रतिबंध लागू करते हुए, लेखकों ने पाया कि पहला तंत्र, इन्फ्लेशन, महत्वपूर्ण सैद्धांतिक बाधाओं का सामना करता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि उन्होंने यह प्रदर्शित किया कि अन्य दो तंत्रों—फेज ट्रांजिशन और कॉस्मिक स्ट्रिंग्स—के लिए, बनने वाला कोई भी ब्लैक होल प्रभावी रूप से एक पांच-आयामी वस्तु होगा। यह निष्कर्ष तब भी सत्य रहता है जब तक कि कोई विलक्षण नई भौतिकी निम्न ऊर्जा स्तरों पर हस्तक्षेप न करे, चाहे इन ब्लैक होल्स की संख्या कितनी भी क्यों न हो या वे कब बने हों।

शोधकर्ताओं ने ब्रह्मांड के इतिहास को एक महत्वपूर्ण क्षण तक ट्रैक किया जिसे "नॉर्मली टेम्परेचर" (सामान्यता तापमान) कहा जाता है, जो तब हुआ था जब ब्रह्मांड लगभग 1 GeV के तापमान पर था। इस बिंदु से पहले, अतिरिक्त आयाम अभी तक स्थिर नहीं हुआ था, और ब्रह्मांड एक उच्च-आयामी प्रणाली के रूप में व्यवहार कर रहा था। टीम ने दिखाया कि यदि ब्लैक होल फेज ट्रांजिशन से उच्च तापमान पर बनते हैं, तो वे शुरू में चार-आयामी वस्तुओं के रूप में दिखाई देंगे। हालांकि, अतिरिक्त आयाम के विशिष्ट आकार के कारण, ये वस्तुएं अस्थिर होंगी। वे तेजी से रूपांतरण के दौर से गुजरेंगे, अतिरिक्त आयाम में फैल जाएंगे और पांच-आयामी ब्लैक होल बन जाएंगे। एक ब्लैक होल के चार-आयामी बने रहने का एकमात्र तरीका यह होता कि वह ज्ञात फेज ट्रांजिशन की तुलना में बहुत कम तापमान पर बनता, एक ऐसा परिदृश्य जिसे लेखक वर्तमान कण भौतिकी की समझ के आधार पर अत्यधिक असंभव मानते हैं।

कॉस्मिक स्ट्रिंग्स का मामला और भी निर्णायक है। ये स्ट्रिंग्स, जो तब बन सकते हैं जब प्रारंभिक ब्रह्मांड में समरूपताएं (सिमिट्रीज) टूटती हैं, ब्लैक होल में ढह सकते हैं। शोधकर्ताओं ने गणना की कि यदि ये स्ट्रिंग्स 'नॉर्मली टेम्परेचर' से ऊपर के तापमान पर बनते हैं, तो परिणामी ब्लैक होल पांच-आयामी संरचनाओं के रूप में जन्म लेंगे। भले ही वे कम तापमान पर बनते हैं, अतिरिक्त आयाम के आकार और इसमें शामिल कणों के गुणों के कारण, उनका चार-आयामी बने रहना असंभव है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि एक माइक्रोन-आकार के अतिरिक्त आयाम वाले ब्रह्मांड में, आदिम ब्लैक होल वे चार-आयामी पिंड नहीं हैं जैसा कि हमने लंबे समय से कल्पना की है, बल्कि वे पांच-आयामी संस्थाएं हैं।

इन पांच-आयामी ब्लैक होल्स के जीवनकाल के संबंध में सबसे दिलचस्प पहलुओं में से एक है। पांच आयामों में, ब्लैक होल अपने चार-आयामी समकक्षों की तुलना में बहुत धीमी गति से वाष्पित होते हैं। लेखकों ने पाया कि कॉस्मिक स्ट्रिंग्स से बने ब्लैक होल्स का जीवनकाल वर्तमान ब्रह्मांड की आयु (जो लगभग 13.8 बिलियन वर्ष है) के तुलनीय हो सकता है। यह दीर्घायु अवलोकन के लिए एक खिड़की खोलती है। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि KM3NeT प्रयोग द्वारा हाल ही में पता लगाए गए एक उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो का ऊर्जा स्तर इस परिदृश्य में पांच-आयामी भौतिकी के लिए अपेक्षित पैमाने से दिलचस्प रूप से मेल खाता है। यदि ये प्राचीन ब्लैक होल आज वाष्पित हो रहे हैं, तो वे ऐसे उच्च-ऊर्जा कणों का स्रोत हो सकते हैं। इसके अलावा, ब्लैक होल्स की पांच-आयामी प्रकृति इस बात का स्वाभाविक स्पष्टीकरण देती है कि क्यों इस न्यूट्रिनो घटना के साथ एक उच्च-ऊर्जा फोटॉन नहीं देखा गया, जो खगोलविदों को उलझाए हुए है। अध्ययन सुझाव देता है कि ये पांच-आयामी ब्लैक होल ऐसे ब्रह्मांडीय संकेतों के लिए एक व्यवहार्य स्रोत हो सकते हैं, जो अतिरिक्त आयामों के सैद्धांतिक मॉडलों और वास्तविक दुनिया के खगोलीय अवलोकनों के बीच एक संभावित सेतु प्रदान करते हैं।

अंततः, यह कार्य प्रारंभिक ब्रह्मांड की सबसे चरम वस्तुओं के बारे में हमारी समझ को नया रूप देता है। क्वांटम ग्रेविटी के सिद्धांतों को आदिम ब्लैक होल्स के निर्माण पर कड़ाई से लागू करके, शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि यदि एक माइक्रोन-आकार का अतिरिक्त आयाम मौजूद है, तो ये ब्लैक होल मौलिक रूप से पांच-आयामी हैं। यह निष्कर्ष इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती देता है कि सभी ब्लैक होल चार-आयामी होते हैं और यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड के छिपे हुए आयाम इसके सबसे रहस्यमय निवासियों के जीवन चक्र में प्रत्यक्ष भूमिका निभाते हैं। ये निष्कर्ष केवल एक गणितीय मॉडल को परिष्कृत नहीं करते हैं; वे एक ऐसे ब्रह्मांड की ओर संकेत करते हैं जहाँ अंतरिक्ष का ताना-बाना हमारी धारणा से कहीं अधिक जटिल है, और जहाँ बिग बैंग के अवशेष उन उच्च-ऊर्जा कणों के माध्यम से अपने रहस्य फुसफुसा सकते हैं जो आज हम तक पहुँच रहे हैं।