Constrained Scenarios of Non-Commutative Schwarzschild Black Holes with Global Monopoles from Van der Waals Behaviors

अंतरिक्ष और समय के ताने-बाने में गहराई से, गुरुत्वाकर्षण एक मूर्तिकार की तरह कार्य करता है, जो ऐसे सघन क्षेत्र तराशता है जहाँ से प्रकाश भी बाहर नहीं निकल सकता। ये ब्लैक होल (कृष्ण विवर) हैं, जो ब्रह्मांड की सबसे चरम वस्तुएं हैं। दशकों से, वैज्ञानिक इनका अध्ययन पूर्णतः अंधेरे के गोलों के रूप में करते रहे हैं, लेकिन हालिया सिद्धांत बताते हैं कि अंतरिक्ष स्वयं बहुत सूक्ष्म स्तरों पर थोड़ा "धुंधला" (fuzzy) हो सकता है, ठीक वैसे ही जैसे एक तस्वीर बहुत अधिक ज़ूम करने पर अपनी स्पष्टता खो देती है। 'नॉन-कम्यूटेटिव ज्योमेट्री' (non-commutative geometry) के रूप में जानी जाने वाली यह अवधारणा प्रस्तावित करती है कि अंतरिक्ष के निर्देशांक पूरी तरह से एक सीध में नहीं होते, जिससे ब्रह्मांड में एक मौलिक कणमयता (graininess) आ जाती है। जब इस धुंधले अंतरिक्ष को अन्य सैद्धांतिक तत्वों, जैसे कि ग्लोबल मोनोपोल (global monopoles)—जो प्रारंभिक ब्रह्मांड से बचे हुए कॉस्मिक निशानों या दोषों की तरह कार्य करते हैं—के साथ जोड़ा जाता है, तो ब्लैक होल उन तरीकों से व्यवहार करते हैं जो आश्चर्यजनक रूप से रोजमर्रा के तरल पदार्थों के समान होते हैं। विशेष रूप से, वे गैसों और तरल पदार्थों के व्यवहार की नकल करने लगते हैं जो अवस्था परिवर्तन (phase change) करते हैं, जैसे पानी का भाप में बदलना या वर्षा के रूप में संघनित होना। बहुत बड़े और बहुत छोटे के भौतिकी के बीच का यह संबंध हमारे सिद्धांतों को वास्तविक ब्रह्मांड के विरुद्ध परखने का एक अनूठा तरीका प्रदान करता है।

मोरक्को के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस सैद्धांतिक ढांचे को लिया और इसे वास्तविक दुनिया के अवलोकनों के विरुद्ध परखा है। उन्होंने एक विशिष्ट प्रकार के ब्लैक होल पर ध्यान केंद्रित किया जो एक ऋणात्मक कॉस्मोलॉजिकल कॉन्स्टेंट (negative cosmological constant) वाले ब्रह्मांड में मौजूद है, एक ऐसा परिवेश जो विविध प्रकार के ऊष्मप्रवैगिकी (thermodynamic) व्यवहारों की अनुमति देता है। उनका लक्ष्य यह देखना था कि क्या ये विलक्षण ब्लैक होल वैन डेर वाल्स फ्लूइड (Van der Waals fluid) के परिचित पैटर्न को पुनरुत्पादित कर सकते हैं, जो एक मॉडल है जिसका उपयोग यह वर्णन करने के लिए किया जाता है कि वास्तविक गैसें दबाव और तापमान परिवर्तन के तहत आदर्श व्यवहार से कैसे विचलित होती हैं। अपने मॉडल के मापदंडों को, विशेष रूप से ग्लोबल मोनोपोल की शक्ति को सावधानीपूर्वक समायोजित करके, उन्होंने एक सटीक सेटिंग की खोज की जहाँ ब्लैक होल का ऊष्मप्रवैगिकी वैन डेर वाल्स नियमों के साथ पूरी तरह से मेल खाता है। इस विशिष्ट बिंदु पर, ब्लैक होल एक 'क्रिटिकल रेशियो' (critical ratio) प्रदर्शित करता है—जो इसके अवस्था परिवर्तन का एक गणितीय फिंगरप्रिंट है—जो सरल तरल पदार्थों में पाए जाने वाले सार्वभौमिक मान से मेल खाता है। यह केवल एक भाग्यशाली अनुमान नहीं था; शोधकर्ताओं ने दो अलग-अलग ऊष्मप्रवैगिकी विधियों का उपयोग करके इस संरेखण की पुष्टि की, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि ब्लैक होल इस विशिष्ट अवस्था में बिल्कुल एक तरल की तरह व्यवहार करता है।

एक बार जब उन्होंने इस ऊष्मप्रवैगिकी मिलान को स्थापित कर लिया, तो टीम ने अपना ध्यान इस ओर लगाया कि इन ब्लैक होल वास्तव में एक पर्यवेक्षक को कैसे दिखाई देंगे। उन्होंने ब्लैक होल की "परछाई" (shadow) की गणना की, जो आसपास के प्रकाश की चमक के विरुद्ध एक गहरा सिल्हूट (silhouette) है, यह एक ऐसी विशेषता है जिसे इवेंट होराइजन टेलीस्कोप द्वारा प्रसिद्ध रूप से कैद किया गया है। उन्होंने विशिष्ट मापदंडों का उपयोग किया जिन्होंने तरल जैसा व्यवहार बनाया, और सिम्युलेट किया कि नॉन-कम्यूटेटिव पैरामीटर (जो अंतरिक्ष के धुंधलेपन को नियंत्रित करता है) के विभिन्न मानों के लिए ब्लैक होल की छाया कैसी दिखाई देगी। उन्होंने पाया कि इस पैरामीटर को बदलने से छाया का आकार बदल जाता है, जबकि इसकी गोलाकार आकृति बनी रहती है, जैसा कि एक गैर-घूर्णन ब्लैक होल के लिए अपेक्षित है। अपने सैद्धांतिक छाया की वास्तविकता से तुलना करने के लिए, उन्होंने अपने परिणामों की तुलना दो प्रसिद्ध ब्लैक होल के वास्तविक डेटा से की: M87*, जो एक दूरस्थ आकाशगंगा के केंद्र में स्थित विशालकाय है, और Sgr A*, जो हमारी अपनी मिल्की वे के केंद्र में है।

तुलना ने एक चौंकाने वाला परिणाम दिखाया। जब शोधकर्ताओं ने अपने मॉडल को इवेंट होराइजन टेलीस्कोप के अवलोकन संबंधी डेटा के अनुरूप ढालने के लिए समायोजित किया, तो उन्होंने पाया कि उनके प्रस्तावित ब्लैक होल मॉडल ने M87* के अवलोकनों के साथ उच्च सटीकता से मेल खाया। मॉडल द्वारा अनुमानित छाया का आकार टेलीस्कोप के माप द्वारा प्रदान की गई अनिश्चितता की सीमा के भीतर आता है। हालांकि, वही मॉडल Sgr A* के डेटा के साथ उतना अच्छा मेल नहीं खा सका, जो यह सुझाव देता है कि हालांकि इस प्रकार का धुंधला, मोनोपोल-युक्त ब्लैक होल M87 की व्याख्या कर सकता है, लेकिन यह हमारे अपने आकाशगंगा के ब्लैक होल का सही विवरण नहीं हो सकता है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह निष्कर्ष सुदृढ़ हो, टीम ने मशीन लर्निंग का उपयोग किया, एक कंप्यूटर एल्गोरिदम को प्रशिक्षित किया जो डेटा के अनुकूल मापदंड संयोजनों और न होने वाले संयोजनों के बीच अंतर पहचान सके। एल्गोरिदम ने, जिसने हजारों सिम्युलेटेड परिदृश्यों का विश्लेषण किया, पुष्टि की कि मॉडल M87* के डेटा के साथ अत्यधिक सुसंगत है, जो वैध विन्यासों को अमान्य विन्यासों से अलग करने में 98 प्रतिशत से अधिक की सटीकता प्राप्त करता है।

यह कार्य अमूर्त गणितीय सिद्धांतों और हमारे सबसे शक्तिशाली टेलीस्कोपों द्वारा पकड़ी गई मूर्त छवियों के बीच के अंतर को पाटता है। यह प्रदर्शित करता है कि अंतरिक्ष के मूलभूत गुणों में बदलाव करके और विशिष्ट कॉस्मिक दोषों को जोड़कर, हम एक ऐसा ब्लैक होल मॉडल बना सकते हैं जो एक तरल की तरह व्यवहार करता है और एक ऐसी छाया बनाता है जो आकाश में जो हम देखते हैं उससे मेल खाती है। जबकि मॉडल सफलतापूर्वक M87* के अवलोकनों की व्याख्या करता है, यह यह भी उजागर करता है कि सभी ब्लैक होल एक जैसे नहीं होते; हमारी अपनी आकाशगंगा का ब्लैक होल एक अलग व्याख्या की मांग कर सकता है। यह अध्ययन भविष्य के अनुसंधान के लिए द्वार खुला छोड़ता है, यह सुझाव देते हुए कि इन ब्लैक होल के घूर्णन या आवेशित संस्करणों की खोज करने से गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति और ब्रह्मांड की संरचना के बारे में और भी अधिक पता चल सकता है। फिलहाल, निष्कर्ष यह देखने का एक सम्मोहक अवसर प्रदान करते हैं कि कैसे अंतरिक्ष की क्वांटम कणमयता उन दिग्गजों को आकार दे सकती है जो ब्रह्मांड पर शासन करते हैं।