Impacts of radiative cooling on the images of a black hole shadow and extended jets in two-temperature GRMHD simulations
यह अध्ययन सामान्य सापेक्षिक विकिरण हस्तांतरण (general relativistic radiative transfer) के साथ दो-तापमान वाले GRMHD सिमुलेशन का उपयोग यह प्रदर्शित करने के लिए करता है कि विकिरण शीतलन (radiative cooling) को शामिल करना आंतरिक अभिवृद्धि डिस्क (inner accretion disk) में इलेक्ट्रॉन तापमान को महत्वपूर्ण रूप से कम कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप मंद डिस्क, अधिक चमकीले और विस्तृत जेट, और M87* ब्लैक होल के लिए कुल फ्लक्स में कमी आती है, और ये प्रभाव अगली पीढ़ी के इवेंट होराइजन टेलिस्कोप एरे द्वारा संभावित रूप से हल किए जा सकते हैं।
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
एक सुपरमैसिव ब्लैक होल की कल्पना एक ब्रह्मांडीय भंवर के रूप में करें, जो अपने परिवेश से गैस और धूल को अंदर खींच रहा है। यह घूमती हुई सामग्री एक गर्म, चमकती हुई डिस्क बनाती है, और कभी-कभी ऊर्जा की शक्तिशाली किरणें छोड़ती है जिन्हें जेट कहा जाता है। वर्षों से, वैज्ञानिक इवेंट होराइजन टेलीस्कोप (EHT) का उपयोग करके इस घटना की एक "सेल्फी" लेने की कोशिश कर रहे हैं, जिसने एम87 गैलेक्सी में ब्लैक होल की प्रसिद्ध छाया को सफलतापूर्वक कैद किया था।
हालाँकि, इन छवियों को सिम्युलेट करने के तरीके में एक समस्या है। सोचिए कि ब्लैक होल के चारों ओर की गैस सूप का एक बर्तन है। अतीत में, वैज्ञानिकों ने माना कि यदि आप सूप को गर्म करते हैं, तो पूरा बर्तन समान रूप से गर्म हो जाता है और गर्मी वहीं रहती है। लेकिन वास्तव में, सूप गर्मी भी खो सकता है (रेडिएटिव कूलिंग)। यदि आप सूप को ठंडा होने से नहीं रोकते हैं, तो आपके "कॉस्मिक सूप" की रेसिपी गलत होगी, और ब्लैक होल का जो चित्र आप बनाएंगे वह वास्तविकता से मेल नहीं खाएगा।
यह शोध पत्र एक शेफ की तरह है जो रेसिपी में एक नया घटक जोड़ने का निर्णय ले रहा है: कूलिंग (ठंडा होना)। लेखकों ने सुपरकंप्यूटर सिमुलेशन चलाए यह देखने के लिए कि क्या होता है जब वे ब्लैक होल के चारोंं ओर की गैस को वास्तव में गर्मी खोने देते हैं, बजाय इसके कि उसे कृत्रिम रूप से गर्म रखा जाए।
उन्होंने यह पाया, सरल उपमाओं का उपयोग करते हुए:
1. डिस्क पर "कूलिंग" का प्रभाव
अक्रेशन डिस्क को गैस के कणों के एक व्यस्त हाईवे के रूप में कल्पना करें।
- बिना कूलिंग के: गैस के कण अत्यधिक गर्म इंजनों की तरह हैं, जो बहुत गर्म और चमकदार हैं।
- कूलिंग के साथ: लेखकों ने पाया कि जब उन्होंने गैस को ठंडा होने दिया, तो हाईवे का भीतरी हिस्सा (ब्लैक होल के सबसे करीब) काफी ठंडा हो गया, जैसे कि एक कार का इंजन जिसे बंद कर दिया गया हो और वह अपनी गर्मी खो रहा हो।
- परिणाम: क्योंकि यह भीतरी डिस्क ठंडी है, इसलिए यह कम चमकती है। यह एक लाइटबल्ब के डिमर स्विच को कम करने जैसा है।
2. जेट्स को मिलता है स्पॉटलाइट
यहाँ सबसे आश्चर्यजनक बात है। भले ही मुख्य "डिस्क" धुंधली हो गई, लेकिन जेट्स (ध्रुवों से निकलने वाली किरणें) वास्तव में अधिक चमकदार और विस्तृत हो गए।
- उपमा: एक स्टेज की कल्पना करें जिसमें स्पॉटलाइट लगी है। यदि आप मुख्य स्टेज की लाइटों को धीमा कर देते हैं (डिस्क), तो दर्शकों की आँखें मंच के किनारों पर खड़े अभिनेताओं (जेट्स) की ओर अधिक आकर्षित होती हैं। क्योंकि डिस्क अब इतनी चमकदार नहीं रही जो आँखों को चुंधिया दे, इसलिए जेट्स की हल्की, विस्तृत संरचनाएं बहुत अधिक दृश्यमान हो जाती हैं और अंधेरे बैकग्राउंड के सामने उभर कर आती हैं।
- पेपर का दावा: रेडिएटिव कूलिंग डिस्क को धुंधला बनाती है लेकिन जेट्स को डिस्क की तुलना में अधिक विस्तृत और चमकदार बनाती है।
3. कुल प्रकाश का आउटपुट गिर जाता है
भले ही जेट्स थोड़े अधिक चमकदार हो गए, लेकिन पूरे सिस्टम से निकलने वाली कुल मात्रा में प्रकाश कम हो गया।
- उपमा: यह एक कैंपफायर (आग) की तरह है। यदि आप आग को थोड़ा बुझने देते हैं (कूलिंग), तो उसकी लपटें अलग दिख सकती हैं, लेकिन उससे महसूस होने वाली कुल गर्मी और रोशनी पहले की तुलना में कम होती है। पेपर ने पाया कि गैस गिरने की किसी भी निश्चित मात्रा के लिए, कूलिंग वाला सिस्टम बिना कूलिंग वाले सिस्टम की तुलना में कम कुल ऊर्जा उत्पन्न करता है।
4. "फ्लिकर" (झिलमिलाहट) अधिक सुचारू हो जाती है
ब्लैक होल स्थिर नहीं होते; वे समय के साथ चमकते और बदलते रहते हैं।
- उपमा: एक ऐसे बल्ब के बारे में सोचें जो बेतहाशा झिलमिला रहा है। लेखकों ने पाया कि जैसे-जैसे अधिक गैस ब्लैक होल में गिरती है (उच्च एक्रेशन रेट), झिलमिलाहट धीमी हो जाती है और एक स्थिर LED लाइट की तरह सुचारू हो जाती है।
- स्रोत: उन्होंने पाया कि यह झिलमिलाहट मुख्य रूप से "मिडप्लेन" (डिस्क का सपाट, केंद्रीय भाग) से आती है, न कि जेट्स से। गैस चाहे ठंडी हो रही हो या नहीं, केंद्र ही बदलावों का मुख्य चालक है।
5. "रेसिपी" मायने रखती है
पेपर ने गर्म करने के दो अलग-अलग तरीकों का भी परीक्षण किया: टर्बुलेंस (जैसे सूप को हिंसक रूप से हिलाना) और मैग्नेटिक रिकनेक्शन (जैसे रबर बैंड को तोड़ना)।
- उन्होंने पाया कि जब आप कूलिंग जोड़ते हैं, तो इन दो हीटिंग विधियों के बीच का अंतर अधिक स्पष्ट हो जाता है। कुछ मामलों में, मैग्नेटिक "स्नैपिंग" विधि ने "स्टिरिंग" (हिलाने) वाली विधि की तुलना में अधिक कुल प्रकाश पैदा किया, लेकिन यह तभी हुआ जब कूलिंग को ध्यान में रखा गया।
निष्कर्ष
लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि ब्लैक होल कैसा दिखता है, इसकी वास्तविक तस्वीर पाने के लिए, हम केवल यह मानकर नहीं चल सकते कि गैस हमेशा गर्म रहती है। हमें इसे ठंडा होने देना होगा।
- नई तस्वीर: एक ठंडा, धुंधला केंद्रीय रिंग, लेकिन साथ में ऐसे जेट्स जो अधिक दूर तक फैले हुए हैं और तुलनात्मक रूप से अधिक चमकते हैं।
- भविष्य की आशा: हालांकि वर्तमान इवेंट होराइजन टेलीस्कोप अभी इन सूक्ष्म परिवर्तनों को स्पष्ट रूप से देखने के लिए पर्याप्त संवेदनशील नहीं हो सकता है, लेखकों का सुझाव है कि अगली पीढ़ी के टेलीस्कोप (जैसे ngEHT) इन "कूलिंग" फीचर्स को पहचानने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली होंगे, जिससे इन ब्रह्मांडीय राक्षसों की वास्तविक भौतिकी को समझने में मदद मिलेगी।
संक्षेप में: ब्रह्मांडीय गैस को ठंडा होने देने से ब्लैक होल का चेहरा एक अंधा कर देने वाले, एकसमान रिंग से बदलकर एक धुंधले केंद्र और अधिक दृश्यमान, विस्तृत जेट्स में बदल जाता है।
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