Testing the Spacetime Geometry of Sgr A* with the Relativistic Orbit of S2 star
यह अध्ययन Sgr A* के आसपास विभिन्न स्पेसटाइम ज्यामिति (spacetime geometries) का परीक्षण करने के लिए S2 तारे की सापेक्षतावादी कक्षा (relativistic orbit) और इवेंट होराइजन टेलिस्कोप शैडो बाधाओं का उपयोग करता है, जिसमें यह पाया गया है कि वर्तमान डेटा सांख्यिकीय रूप से श्वारज़चाइल्ड (Schwarzschild), रयिसनर-नॉर्डस्ट्रॉम (Reissner-Nordström) और बार्डीन (Bardeen) ब्लैक होल के बीच अंतर नहीं कर सकता है, साथ ही वैकल्पिक मापदंडों पर सीमाएं प्रदान करता है और भविष्य के उच्च-परिशुद्धता अवलोकनों के लिए लक्ष्यों की पहचान करता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
हमारी आकाशगंगा के केंद्र को एक ब्रह्मांडीय लक्ष्य (bullseye) के रूप में कल्पना करें। बिल्कुल केंद्र में एक रहस्यमय, अत्यंत भारी वस्तु स्थित है जिसे सैजिटेरियस ए* (Sgr A*) कहा जाता है। दशकों से, वैज्ञानिक संदेह कर रहे हैं कि यह वस्तु एक ब्लैक होल है, एक ऐसी जगह जहाँ गुरुत्वाकर्षण इतना शक्तिशाली है कि प्रकाश भी वहां से बच नहीं सकता। लेकिन क्या यह बिल्कुल उसी तरह का ब्लैक होल है जैसा अल्बर्ट आइंस्टीन के क्लासिक सिद्धांत द्वारा अनुमानित है, या यह कुछ और ही विचित्र है?
यह पता लगाने के लिए, इस शोध पत्र के लेखकों ने "कॉस्मिक बिलियर्ड्स" (ब्रह्मांडीय बिलियर्ड्स) का खेल खेलने का निर्णय लिया। एक क्यू बॉल (cue ball) के बजाय, उन्होंने S2 नामक एक वास्तविक तारे का उपयोग किया।
द कॉस्मिक बिलियर्ड टेबल (ब्रह्मांडीय बिलियर्ड टेबल)
तारा S2 एक हाइपर-फास्ट क्यू बॉल की तरह है जो आकाशगंगा के केंद्र के चारों ओर घूम रहा है। इसकी एक बहुत ही तंग, अंडाकार कक्षा है जो हर 16 साल में इसे केंद्र के उस विशाल दानव के अविश्वसनीय रूप से करीब ले आती है। क्योंकि यह बहुत करीब आ जाता है, इसलिए इसकी गति प्रकाश की गति के लगभग 3% तक पहुँच जाती है, और यह जिस गुरुत्वाकर्षण को महसूस करता है वह अत्यंत तीव्र होता है।
वैज्ञानिकों ने पूछा: "यदि आकाशगंगा का केंद्र एक मानक ब्लैक होल होता, तो S2 कैसे चलता? और यदि यह एक अजीब, वैकल्पिक वस्तु होती, तो S2 अलग तरह से कैसे चलता?"
पात्रों की टोली (सिद्धांत)
इसका परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने केवल आइंस्टीन के मानक ब्लैक होल को ही नहीं देखा। उन्होंने विभिन्न सैद्धांतिक वस्तुओं की एक "लाइनअप" बनाई ताकि यह देखा जा सके कि S2 का पथ किससे सबसे अच्छी तरह मेल खाता है। इन्हें उन अलग-अलग वेशभूषा (costumes) के रूप में समझें जो केंद्रीय वस्तु पहन सकती है:
- द क्लासिक (श्वार्ज़चाइल्ड - Schwarzschild): आइंस्टीन की पाठ्यपुस्तक वाला मानक, साधारण ब्लैक होल। कोई विद्युत आवेश (electric charge) नहीं, कोई अजीब विशेषता नहीं।
- द चार्ज्ड वन (रैइनर-नॉर्डस्ट्रॉम - Reissner-Nordström): एक ब्लैक होल जो एक विद्युत आवेश भी वहन करता है, जैसे कि एक स्टैटिक शॉक।
- द स्मूथ वन्स (बार्डिन, हेवर्ड, सिम्पसन-विस्सर - Bardeen, Hayward, Simpson-Visser): ये "नियमित" ब्लैक होल हैं। मानक सिद्धांत में, ब्लैक होल में एक "सिंगुलैरिटी" (singularity) होती है—अनंत घनत्व का एक बिंदु जहाँ भौतिकी टूट जाती है। ये वैकल्पिक मॉडल सुझाव देते हैं कि केंद्र वास्तव में एक टूटे हुए बिंदु के बजाय एक ठोस संगमरमर की तरह चिकना और सीमित है।
- द नेकेड वन (जेनिस-न्यूमैन-विनिकर - Janis-Newman-Winicour): एक "नेकेड सिंगुलैरिटी" (नग्न विलक्षणता)। यह एक अजीब वस्तु है जहाँ केंद्र खुला हुआ है, जिसमें कोई इवेंट होराइजन (घटना क्षितिज या 'वापसी न होने वाले बिंदु' की सतह) इसे छिपाता नहीं है। यह एक ऐसे रहस्य की तरह है जो किसी लबादे में लिपटा हुआ नहीं है।
प्रयोग
टीम ने प्रत्येक अलग "वेशभूषा" के लिए तारे S2 के पथ को ट्रेस करने के लिए एक अत्यंत शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया। उन्होंने सटीक रूप से गणना की कि तारा आकाश में कहाँ होना चाहिए और उसकी गति कितनी होनी चाहिए, जिसमें जटिल प्रभाव भी शामिल थे जैसे:
- टाइम डिले (समय विलंब): प्रकाश को यात्रा करने में समय लगता है, इसलिए हम तारे को वहां देखते हैं जहाँ वह था, न कि जहाँ वह है।
- रेडशिफ्ट (रेडशिफ्ट): जैसे-जैसे तारा तेज होता है और गहरे गुरुत्वाकर्षण में गोता लगाता है, उसका प्रकाश खिंचकर लंबा हो जाता है (लाल हो जाता है)।
इसके बाद उन्होंने कंप्यूटर के इन अनुमानों की वास्तविक डेटा से तुलना की, जो वेरी लार्ज टेलिस्कोप (VLT) द्वारा 24 वर्षों में एकत्र किया गया था। उन्होंने यह भी जांचा कि क्या मॉडल इवेंट होराइजन टेलिस्कोप (EHT) द्वारा देखे गए ब्लैक होल के "शैडो" (छाया) के आकार से मेल खाते हैं।
परिणाम: एक बराबरी का मुकाबला (A Dead Heat)
यहाँ आश्चर्यजनक निष्कर्ष है: डेटा अंतर बताने में असमर्थ रहा।
यह एक संदिग्ध की पहचान उसके पैरों के निशान देखकर करने की कोशिश करने जैसा है। शोधकर्ताओं ने पाया कि मानक ब्लैक होल, चार्ज्ड ब्लैक होल, और स्मूथ (बार्डिन) ब्लैक होल द्वारा छोड़े गए पदचिह्न लगभग एक समान थे।
- फैसला: S2 तारे के वर्तमान अवलोकन "अजीब" वेशभूषा को खारिज करने के लिए पर्याप्त सटीक नहीं हैं। तारे का पथ मानक आइंस्टीन ब्लैक होल में पूरी तरह फिट बैठता है, लेकिन यह वैकल्पिक मॉडलों में भी उतना ही सटीक बैठता है।
- "नेकेड" और "स्मूथ" दावेदार: हालांकि "नेकेड सिंगुलैरिटी" या विशिष्ट "स्मूथ" कोर (जैसे हेवर्ड और सिम्पसन-विस्सर) वाले मॉडल शीर्ष तीन की तुलना में थोड़ा कम सटीक थे, फिर भी वे इतने करीब थे कि हम निश्चित रूप से यह नहीं कह सकते कि वे गलत हैं।
मुख्य निष्कर्ष
शोध पत्र यह निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि हमने पुष्टि की है कि Sgr A* एक विशाल, सघन वस्तु है, लेकिन हम अभी यह सिद्ध नहीं कर सकते कि यह एक "मानक" ब्लैक होल है। वर्तमान "पदचिह्न" (तारे की कक्षा) विभिन्न सिद्धांतों के बीच बहुत समान हैं।
इस रहस्य को सुलझाने के लिए, हमें और भी पैनी दृष्टि की आवश्यकता है। लेखक सुझाव देते हैं कि भविष्य के टेलिस्कोप, जिनमें और भी उच्च सटीकता हो, या अलग-अलग कक्षाओं वाले अन्य तारों के अवलोकन, अंततः एक मानक ब्लैक होल और इन विलक्षण विकल्पों के बीच अंतर करने के लिए आवश्यक होंगे। फिलहाल, ब्रह्मांड अपना रहस्य छिपाए हुए है, और तारा S2 उस धुन पर नाचने में खुश है जो किसी भी सिद्धांत के अनुरूप एक जैसा ही सुनाई देता है।
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