Using horizon shadows to distinguish a black hole and a white hole

कॉस्मिक इको: ग्रेविटी मशीन में भूतों की तलाश

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड कपड़े से बना एक विशाल, कॉस्मिक ट्रैम्पोलिन है। जब आप इसके केंद्र में एक भारी बॉलिंग बॉल रखते हैं, तो कपड़ा नीचे की ओर झुक जाता है, जिससे एक गहरा गड्ढा बन जाता है। हमारी रोज़मर्रा की समझ में गुरुत्वाकर्षण (ग्रेविटी) इसी तरह काम करता है: विशाल वस्तुएं अंतरिक्ष और समय को मोड़ देती हैं। लेकिन क्या होगा यदि आप कुछ इतना भारी गिरा दें, या यदि कपड़ा इतना खिंच जाए कि वह फट जाए? दशकों से, भौतिक विज्ञानी इस प्रश्न पर अटके हुए हैं। हमारे भौतिक विज्ञान के सर्वोत्तम नियमों (सामान्य सापेक्षता/जनरल रिलेटिविटी) के अनुसार, एक ब्लैक होल का केंद्र एक "सिंगुलैरिटी" होना चाहिए—एक ऐसा बिंदु जहाँ कपड़ा फट जाता है और गणित विफल हो जाता है। यह ब्रह्मांड के कोड में एक 'ग्लिच' (त्रुटि) की तरह है।

इस ग्लिच को ठीक करने के लिए, कुछ वैज्ञानिक "क्वांटम ग्रेविटी" नामक एक नए, अधिक जटिल नियमों के समूह की ओर देखते हैं। ये नियम बताते हैं कि ब्रह्मांड वास्तव में फटेगा नहीं। इसके बजाय, जब एक ब्लैक होल बहुत अधिक दब जाता है, तो यह वापस "बाउंस" (उछल) सकता है, अंदर से बाहर की ओर घूम सकता है और सब कुछ वापस अंतरिक्ष में फेंक सकता है। इस काल्पनिक निकास द्वार को व्हाइट होल (श्वेत छिद्र) कहा जाता है। ब्लैक होल को एक ऐसी एकतरफा स्लाइड के रूप में सोचें जो केवल नीचे जाती है, और व्हाइट होल को एक ऐसे एकतरफा फव्वारे के रूप में सोचें जो केवल ऊपर की ओर उछलता है। बड़ा सवाल यह है: यदि ये व्हाइट होल मौजूद हैं, तो हम उन्हें कैसे पहचानें? वे नग्न आंखों से अदृश्य हैं, उसी गुरुत्वाकर्षण के पीछे छिपे हैं जो प्रकाश को कैद कर लेता है। यहीं से "होराइजन शैडो" (क्षितिज छाया) की कहानी शुरू होती है। हमें यह बताने का तरीका चाहिए कि एक कॉस्मिक सिंकहोल (गड्ढा) और एक कॉस्मिक गीजर (झरना) के बीच क्या अंतर है, भले ही वे बाहर से लगभग एक जैसे दिखते हों।

पेपर की यात्रा: कॉस्मिक बाउंस का सिमुलेशन

इस शोध पत्र में, चेंग्यु बी और झौजियान काओ कॉस्मिक जासूसों की तरह काम करते हैं, जो व्हाइट होल को पहचानने का तरीका खोजने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करते हैं। उनके पास अभी तक कोई ऐसा टेलीस्कोप नहीं है जो व्हाइट होल को देख सके (क्योंकि हमने अभी तक एक भी नहीं पाया है), इसलिए वे एक आभासी ब्रह्मांड का निर्माण करते हैं। वे "रे-ट्रेसिंग" नामक तकनीक का उपयोग करते हैं, जो एक उन्नत वीडियो गेम इंजन की तरह है जो यह ट्रैक करता है कि प्रकाश की किरणें कैसे टकराती हैं, मुड़ती हैं और गुरुत्वाकर्षण द्वारा खींची जाती हैं। वे एक ऐसी स्थिति तैयार करते हैं जहाँ एक घूमता हुआ ब्लैक होल (जिसे केर ब्लैक होल कहा जाता है) एक "क्वांटम बाउंस" से गुजरता है और एक घूमते हुए व्हाइट होल में बदल जाता है। फिर, वे पूछते हैं: "यदि हम इस वस्तु को देखते हुए एक एलियन खगोलशास्त्री होते, तो तस्वीर कैसी दिखती?"

ब्लैक होल बनाम व्हाइट होल: दो छायाओं की कहानी

सबसे पहले, परिचित संदिग्ध को देखते हैं: ब्लैक होल। जब आप एक घूमते हुए ब्लैक होल को देखते हैं जिसके चारों ओर गर्म गैस का एक छल्ला (एक्रेशन डिस्क) घूम रहा है, तो छवि अपेक्षाकृत सरल होती है। आप प्रकाश का एक चमकीला, अर्धचंद्राकार छल्ला देखते हैं। बीच में, एक काला, खाली घेरा होता है। यह "शैडो" (छाया) है। यह काला है क्योंकि गुरुत्वाकर्षण इतना मजबूत है कि प्रकाश बाहर नहीं निकल पाता; यह चित्र में एक छेद की तरह है जहाँ से कुछ भी बाहर नहीं आता। यह पेपर पुष्टि करता है कि उनके सिमुलेशन में, यह छाया एक साफ, अंधेरे शून्य की तरह है।

अब, संदिग्ध को देखें: व्हाइट होल। यहीं से चीजें अजीब और अद्भुत हो जाती हैं। यह पेपर एक ऐसे व्हाइट होल का सिमुलेशन करता है जो पिछले ब्रह्मांड से अभी-अभी "बाउंस" होकर आया है। बीच में एक अंधेरे छेद के बजाय, व्हाइट होल प्रकाश से भरा होता है! क्यों? क्योंकि व्हाइट होल एक निकास द्वार है। यह उस विकिरण (रेडिएशन) को बाहर फेंक रहा है जो पिछले ब्रह्मांड से आया था, जो हमारी आँखों तक पहुँचने के लिए व्हाइट होल के आंतरिक भाग से होकर गुजर रहा है।

लेकिन यह केवल एक चमकीला धब्बा नहीं है। पेपर पाता है कि यह प्रकाश एक बहुत ही विशिष्ट, अजीब पैटर्न बनाता है: नेस्टेड रिंग्स (एक के भीतर एक छल्ले)। कल्पना कीजिए कि आप कई संकेंद्रित वृत्तों वाले एक लक्ष्य को देख रहे हैं, लेकिन ये वृत्त एक तरफ से टेढ़े और खिसके हुए हैं।

• द ट्विस्ट: क्योंकि व्हाइट होल घूम रहा है, यह अपने साथ अंतरिक्ष को भी खींचता है (एक घटना जिसे "फ्रेम-ड्रैगिंग" कहा जाता है)। यह प्रकाश को एक अराजक नृत्य में खींच लेता है।
• परिणाम: एक चिकने छल्ले के बजाय, छवि कई "एसेंट्रिक और एसिमेट्रिक नेस्टेड इंटेंसिटी रिंग स्ट्रक्चर" दिखाती है। यह रूसी नेस्टिंग डॉल्स (मैट्र्योशका डॉल) के एक सेट की तरह दिखता है जिन्हें कुचल दिया गया है और एक तरफ धकेल दिया गया है। छवि का एक हिस्सा प्रकाश के घने, चमकीले शिखरों से भरा है, जबकि दूसरी तरफ बिखरे हुए, विरल शिखर हैं।

लेखक इस पैटर्न को देखने के लिए अलग-अलग सेटिंग्स के साथ सिमुलेशन करते हैं। वे स्पिन की गति (धीमी से तेज़), प्रेक्षक का कोण (ऊपर से बनाम बगल से देखना), और गैस क्लाउड का आकार (पतला डिस्क बनाम मोटा बादल) बदलते हैं।

• निष्कर्ष: "नेस्टेड रिंग" पैटर्न अविश्वसनीय रूप से मजबूत है। भले ही आप स्पिन या कोण बदल दें, वे अजीब, खिसके हुए छल्ले व्हाइट होल के हस्ताक्षर बने रहते हैं।
• चेतावनी: हालांकि, पेपर एक सरल समाधान को भी खारिज करता है। यदि वस्तु के चारों ओर गैस का बादल बहुत घना और गोलाकार है (जैसे धुंध का एक विशाल, फजी गोला), तो यह इन छल्लों को छिपा सकता है। उस विशिष्ट मामले में, व्हाइट होल एक ब्लैक होल जैसा दिख सकता है, और हम केवल चमक को देखकर उनके बीच अंतर नहीं कर पाएंगे।

गुप्त हथियार: पोलराइजेशन (ध्रुवीकरण)

चूंकि "फजी बॉल" की समस्या छल्लों को छिपा सकती है, इसलिए लेखक दूसरा उपकरण निकालते हैं: पोलराइजेशन। प्रकाश केवल एक किरण नहीं है; यह एक तरंग है जो एक विशिष्ट दिशा में कंपन करती है। जैसे-जैसे प्रकाश ब्लैक होल या व्हाइट होल के विकृत स्थान के माध्यम से यात्रा करता है, इसकी कंपन की दिशा मुड़ जाती है और घूम जाती है।

पेपर सिमुलेट करता है कि कैसे यह "कंपन की दिशा" (जिसे इलेक्ट्रिक वेक्टर पोजीशन एंगल या EVPA कहा जाता है) व्हाइट होल के माध्यम से यात्रा करते समय बदलती है।

• खोज: व्हाइट होल की छवि में, लेखक एक "पोलराइजेशन इंटर-रिंग डिस्कंटीन्यूटी" पाते हैं। यह एक शानदार तरीका है यह कहने का कि प्रकाश की कंपन की दिशा छल्लों के बीच आगे-पीछे बदलती है।
• उपमा: कल्पना कीजिए कि छल्ले एक सीढ़ी की तरह हैं। एक ब्लैक होल पर, प्रकाश एक सर्पिल के रूप में नीचे उतरते समय सुचारू और निरंतर तरीके से कंपन कर सकता है। लेकिन एक व्हाइट होल पर, जैसे ही आप एक छल्ले से दूसरे छल्ले पर जाते हैं, कंपन की दिशा अचानक 180 डिग्री घूम जाती है। यह ऐसा है जैसे प्रकाश हर कदम पर अचानक, तीखा मोड़ ले रहा हो।
• यह क्यों मायने रखता है: यह फ्लिपिंग पैटर्न व्हाइट होल की आंतरिक संरचना का एक अनूठा फिंगरप्रिंट है। भले ही चमकीले छल्ले गैस के घने बादल द्वारा छिपे हों, यह पोलराइजेशन पैटर्न अभी भी दिखाई दे सकता है। यह एक शोर भरे कमरे में एक स्पष्ट गूँज सुनने जैसा है; ध्वनि (पोलराइजेशन) शोर (चमक) को चीरकर कमरे के आकार को प्रकट कर देती है।

पेपर क्या कहता है (और क्या नहीं कहता)

यह समझना महत्वपूर्ण है कि यह पेपर वास्तव में क्या सिद्ध करता है। लेखक यह नहीं कहते कि उन्होंने एक व्हाइट होल खोज लिया है। उन्होंने इसकी फोटो नहीं ली है। इसके बजाय, उन्होंने एक सैद्धांतिक मार्गदर्शिका (थ्योरिटिकल गाइड) बनाई है। उन्होंने सिमुलेट किया है कि यदि व्हाइट होल मौजूद होता और यदि हम इसे अपने सबसे उन्नत टेलीस्कोपों (जैसे इवेंट होराइजन टेलीस्कोप) के साथ देख पाते, तो वह कैसा दिखता।

वे तर्क देते हैं कि यदि हमें कभी कोई ब्लैक होल उम्मीदवार मिलता है जिसमें:

1. एक केंद्रीय क्षेत्र है जो अंधेरे छाया के बजाय प्रकाश के नेस्टेड, खिसके हुए छल्लों से भरा है, या
2. एक पोलराइजेशन पैटर्न है जहाँ प्रकाश की कंपन छल्लों के बीच अचानक से पलट जाती है,

...तो शायद हमने एक व्हाइट होल खोज लिया है। वे स्पष्ट रूप से कहते हैं कि इन विशिष्ट विशेषताओं के बिना, व्हाइट होल आसानी से ब्लैक होल के रूप में गलत समझा जा सकता है, खासकर यदि आसपास की गैस घनी हो।

मुख्य निष्कर्ष

यह पेपर भविष्य के लिए एक रोडमैप है। यह खगोलशास्त्रियों को बताता है, "केवल काले छेद को न देखें; अजीब, खिसके हुए छल्लों और पलटने वाली प्रकाश तरंगों को देखें।" यह सुझाव देता है कि इन दोनों ब्रह्मांडीय जुड़वाओं के बीच अंतर करने की कुंजी इस बात में निहित है कि जब प्रकाश ब्रह्मांड के सबसे चरम गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से यात्रा करता है तो वह कैसे व्यवहार करता है। हालांकि व्हाइट होल का अस्तित्व एक परिकल्पना बना हुआ है, यह कार्य उस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए "खोज मानदंड" प्रदान करता है। यदि हम कभी इन नेस्टेड रिंग्स या पोलराइजेशन फ्लिप्स को देखते हैं, तो यह इस बात का पहला प्रमाण हो सकता है कि ब्रह्मांड केवल चीजों को निगलता ही नहीं है—यह उन्हें वापस बाहर भी फेंक सकता है।