Shadows and amplitude luminosity of an embedded rotating black hole
यह शोध पत्र गुर्से-गुर्से (Gurses-Gursey) मेट्रिक का उपयोग करते हुए एक सपाट बल्क (flat bulk) में अंतर्निहित एक पांच-आयामी घूमते हुए ब्लैक होल की जांच करता है, जो यह प्रकट करता है कि इसकी शैडो आकृति विज्ञान (shadow morphology) और दृश्यता आयाम केर सीमा (Kerr limit) में M87 के इवेंट होराइजन टेलिस्कोप अवलोकनों के अनुरूप हैं, जबकि इसमें एक्सट्रिन्सिक कर्वेचर (extrinsic curvature) के कारण मापने योग्य विचलन भी प्रदर्शित होते हैं जिन्हें भविष्य के उच्च-रिज़ॉल्यूशन प्रयोगों द्वारा परखा जा सकता है।
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हमारे ब्रह्मांड के गहरे हृदय में, जहाँ गुरुत्वाकर्षण इतना तीव्र है कि प्रकाश भी बाहर नहीं निकल सकता, वहाँ भौतिकी की ज्ञात सबसे चरम वस्तुएं स्थित हैं: ब्लैक होल। दशकों से, इन क्षेत्रों में नेविगेट करने के लिए मानक मानचित्र एक गणितीय विवरण रहा है जिसे 'केर समाधान' (Kerr solution) कहा जाता है, जो यह भविष्यवाणी करता है कि एक घूमता हुआ ब्लैक होल अपने चारों ओर के स्थान और समय को कैसे मोड़ता है। यह मॉडल यह समझने के लिए आधार रहा है कि पदार्थ इन ब्रह्मांडीय गड्ढों में कैसे घूमता है और वे चमकती गैस की पृष्ठभूमि के सामने अपनी काली छाया कैसे बनाते हैं। हालाँकि, जैसे-जैसे हमारे टेलीस्कोप इन छायाओं को विस्तार से देखने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होते जा रहे हैं, वैज्ञानिक यह पूछ रहे हैं कि क्या मानक मानचित्र ही पूरी कहानी है। क्या इन वस्तुओं की वास्तविक प्रकृति छिपे हुए आयामों या उन ज्यामितीय प्रभावों से प्रभावित हो सकती है जिन्हें हमारी वर्तमान थ्योरी पूरी तरह से नहीं पकड़ पाती है? यह प्रश्न एक नए अन्वेषण को प्रेरित करता है कि क्या ब्लैक होल के परिचित नियमों को इस संभावना को ध्यान में रखते हुए थोड़ा समायोजित करने की आवश्यकता है कि हमारा चार-आयामी ब्रह्मांड एक बड़े, पांच-आयामी स्थान के भीतर स्थित है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या पर एक नया दृष्टिकोण अपनाया है, जिसमें उन्होंने स्थान की वक्रता (curvature) को न केवल द्रव्यमान के परिणाम के रूप में, बल्कि कुछ ऐसे रूप में माना है जिसे इस बात से आकार दिया जा सकता है कि हमारा ब्रह्मांड इस उच्च-आयामी 'बल्क' (bulk) के भीतर कैसे स्थित है। उन्होंने एक विशिष्ट प्रकार के घूमते हुए ब्लैक होल पर ध्यान केंद्रित किया, जिसमें मानक समीकरणों के एक संशोधित संस्करण का उपयोग किया गया जो इन अतिरिक्त ज्यामितीय प्रभावों की अनुमति देता है। विस्तृत कंप्यूटर सिमुलेशन चलाकर, उन्होंने प्रकाश की किरणों के पथों का पीछा किया जब वे इन सैद्धांतिक ब्लैक होल के चारों ओर नृत्य कर रहे थे, और सटीक रूप से गणना की कि एक दूरस्थ पर्यवेक्षक को उनकी छाया कैसी दिखाई देगी। उनका लक्ष्य यह देखना था कि क्या ये नए मॉडल ऐसे चित्र उत्पन्न करते हैं जो मानक भविष्यवाणियों से भिन्न दिखते हैं, या क्या वे पहले से एकत्र किए गए वास्तविक दुनिया के डेटा की व्याख्या अभी भी कर सकते हैं।
सिमुलेशन के परिणाम दिखाते हैं कि नया मॉडल एक ऐसा ब्लैक होल शैडो (छाया) उत्पन्न करता है जो गैलेक्सी M87 में पहले से देखे गए ब्लैक होल के समान है। सिमुलेशन में, छाया एक गहरे केंद्रीय क्षेत्र के रूप में दिखाई देती है जो प्रकाश के एक चमकीले छल्ले से घिरा होता है, एक ऐसा आकार जो इवेंट होराइजन टेलीस्कोप द्वारा कैप्चर की गई छवियों से मेल खाता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि इस छाया का आकार और इसके चारों ओर प्रकाश का वितरण, इन अतिरिक्त ज्यामितिक प्रभावों को शामिल करने के बावजूद, मानक मॉडल के साथ निकटता से संरेखित है। यह सुझाव देता है कि वर्तमान अवलोकन अभी इतने संवेदनशील नहीं हैं कि वे एक मानक ब्लैक होल और उच्च-आयामी प्रभावों से प्रभावित ब्लैक होल के बीच अंतर कर सकें। सिमुलेशन संकेत देते हैं कि अतिरिक्त प्रभाव एक सूक्ष्म 'टाइडल फोर्स' (ज्वारीय बल) की तरह कार्य करता है, जो ब्लैक होल के 'इवेंट होराइजन' के निर्माण के लिए आवश्यक स्थितियों को थोड़ा बदल देता है, लेकिन ब्लैक होल की छाया की उपस्थिति को नाटकीय रूप से बदलने के लिए पर्याप्त नहीं है जैसा कि हम वर्तमान में देख सकते हैं।
दृश्य समानता के बावजूद, अध्ययन यह प्रकट करता है कि ये छिपे हुए ज्यामितीय प्रभाव ब्लैक होल के आंतरिक भौतिक विज्ञान को मापने योग्य तरीकों से बदलते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि इस अतिरिक्त आयाम की उपस्थिति ब्लैक होल के लिए अपनी अधिकतम संभव गति से घूमने को थोड़ा कठिन बना देती है जिससे वह खुद को नष्ट कर ले। मानक मॉडल में, एक ब्लैक होल एक निश्चित सीमा तक घूम सकता है इससे पहले कि इवेंट होराइजन गायब हो जाए, लेकिन इस नए ढांचे में, वह सीमा थोड़ी पहले पहुँच जाती है। इसका अर्थ यह है कि यदि हम अत्यधिक सटीकता के साथ ब्लैक होल के स्पिन (घूर्णन) को माप सकें, तो हमें अंततः पता चल सकता है कि वह मानक मॉडल की तुलना में थोड़ा धीमा घूम रहा है, जो इस अतिरिक्त आयाम के प्रभाव की ओर इशारा करने वाला एक सुराग हो सकता है। अध्ययन ने यह भी गणना की कि ब्लैक होल के केंद्र के पास उसका द्रव्यमान कैसे व्यवहार करता है, यह पाते हुए कि अतिरिक्त ज्यामितीय प्रभाव एक प्रतिकर्षण बल (repulsive force) पैदा करते हैं जो बहुत छोटे पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण का मुकाबला करता है, जो संभावित रूप से उस 'सिंगुलैरिटी' (विलक्षणता) के निर्माण को रोकता है जहाँ भौतिकी विफल हो जाती है।
शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि ब्लैक होल से निकलने वाला प्रकाश एक 'इंटरफेरोमीटर' (interferometer) को कैसा दिखाई देगा, जो एक प्रकार का टेलीस्कोप है जो उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली छवि बनाने के लिए कई डिशों से संकेतों को जोड़ता है। उन्होंने "विजिबिलिटी एम्प्लीट्यूड" (visibility amplitude) का अनुकरण किया, जो प्रकाश पैटर्न की स्पष्टता और संरचना को मापने का एक तरीका है। उनके सिमुलेशन ने दिखाया कि प्रकाश और अंधेरे फ्रिंज (fringes) के पैटर्न जो उनके मॉडल द्वारा उत्पन्न किए जाते हैं, वे M87 के वास्तविक डेटा में देखे गए पैटर्न के बहुत समान हैं। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि जबकि नया मॉडल वर्तमान अवलोकनों में मानक वाले के समान ही फिट बैठता है, यह अंतर्निहित ज्यामिति के लिए एक अलग स्पष्टीकरण प्रदान करता है। अतिरिक्त आयाम एक ऐसे पैरामीटर को पेश करता है जो एक छिपे हुए 'चार्ज' की तरह कार्य करता है, जो ब्लैक होल के गुणों को बदले बिना उसकी छाया के परिचित आकार को नष्ट किए बिना उसके गुणों को संशोधित करता है। इसका अर्थ यह है कि इस मॉडल को क्लासिक मॉडल से अलग करने वाले सूक्ष्म विचलन का पता लगाने के लिए भविष्य के, और भी अधिक शक्तिशाली टेलीस्कोपों की आवश्यकता होगी। फिलहाल के लिए, ब्रह्मांड अभी भी हमारे ज्ञात मानक ब्लैक होल्स की तरह ही दिखता है, लेकिन संभावना बनी हुई है कि इन वस्तुओं की वास्तविक प्रकृति एक ऐसी भाषा में लिखी गई है जिसमें वे आयाम शामिल हैं जिन्हें हम अभी देख नहीं सकते।
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