Spatially resolved spectral properties of M87* on event horizon scales
यह शोध पत्र समवर्ती 3.5 मिमी और 1.3 मिमी VLBI अवलोकनों का उपयोग करके इवेंट-होरिज़ॉन स्केल पर M87* का पहला स्थानिक रूप से विभेदित स्पेक्ट्रल-इंडेक्स मानचित्र प्रस्तुत करता है, जो एक रेडियल ग्रेडिएंट को प्रकट करता है जो धनात्मक से ऋणात्मक मानों में परिवर्तित होता है और ब्लैक होल के तत्काल परिवेश में उत्सर्जन तंत्र और जेट लॉन्चिंग प्रक्रियाओं पर नए प्रतिबंध प्रदान 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
विशाल अण्डाकार आकाशगंगा M87 के हृदय में एक ब्रह्मांडीय दिग्गज स्थित है: एक सुपरमैसिव ब्लैक होल (अतिविशाल कृष्ण विवर) जिसमें अरबों सूर्यों का द्रव्यमान समाहित है। यह वस्तु, जिसे M87* के रूप में जाना जाता है, इस बात को समझने के लिए एक प्रमुख प्रयोगशाला है कि गुरुत्वाकर्षण अपने सबसे चरम रूप में कैसे व्यवहार करता है। क्योंकि यह ब्लैक होल इतना विशाल और पृथ्वी के अपेक्षाकृत करीब है, यह आकाश में इतना बड़ा दिखाई देता है कि हमारे सबसे शक्तिशाली टेलीस्कोप इसके इवेंट होराइजन (घटना क्षितिज)—उस बिंदु का जहाँ से प्रकाश भी वापस नहीं लौट सकता—के विवरण को देख सकें। वर्षों से, खगोलविदों ने इस अंधकार के चारों ओर घूमती गर्म गैस की चमकती वलय (रिंग) की छवियां कैद की हैं, लेकिन वे छवियां हमें मुख्य रूप से यह दिखाती हैं कि प्रकाश कहाँ है, न कि यह कि वह प्रकाश किस चीज से बना है या केंद्र से दूर जाने पर उसमें कैसे बदलाव आता है। इस वातावरण के भौतिकी को वास्तव में समझने के लिए, वैज्ञानिकों को यह जानना आवश्यक है कि छवि में प्रकाश का रंग कैसे बदलता है, जिसे स्पेक्ट्रल इंडेक्स (स्पेक्ट्रलीय सूचकांक) कहा जाता है, जो यह प्रकट करता है कि गैस सघन और अपारदर्शी है या विरल और पारदर्शी।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब उच्च सटीकता के साथ इस रंग परिवर्तन का मानचित्रण किया है, जिससे ब्लैक होल के ठीक बगल में गैस की गतिशीलता का एक विस्तृत चित्र तैयार हुआ है। 2018 में दो अलग-अलग रेडियो टेलीस्कोप नेटवर्क द्वारा एकत्र किए गए डेटा का उपयोग करते हुए—एक 3.5 मिलीमीटर तरंग दैर्ध्य पर और दूसरा 1.3 मिलीमीटर पर अवलोकन कर रहा था—टीम ने एक ही अंतरिक्ष क्षेत्र को दो अलग-अलग लेंसों के माध्यम से देखने के लिए उनके दृश्यों को संयोजित किया। इन छवियों को पूरी तरह से संरेखित करके और चित्र के प्रत्येक बिंदु की चमक की तुलना करके, उन्होंने गणना की कि केंद्र से बाहर की ओर जाने पर प्रकाश का स्पेक्ट्रम कैसे बदलता है। परिणाम एक स्पष्ट, स्थानिक रूप से सुझाई गई मानचित्रण है जो दिखाता है कि गैस एकसमान नहीं है; इसके बजाय, यह एक विशिष्ट पैटर्न का अनुसरण करती है जो यह बताती है कि ब्लैक होल कैसे भोजन प्राप्त करता है और कैसे यह कणों की शक्तिशाली जेट (धाराओं) को लॉन्च करता है।
यह मानचित्र एक चिकनी, वलय जैसी संरचना को प्रकट करता है जहाँ ब्लैक होल से दूर जाने पर गैस के गुण एक अनुमानित तरीके से बदलते हैं। केंद्र के करीब, छोटी तरंग दैर्ध्य पर देखी गई चमकीली वलय के भीतर, प्रकाश का स्पेक्ट्रलीय चरित्र "धनात्मक" होता है, जिसका अर्थ है कि गैस सघन और अपारदर्शी है, जो विकिरण को भीतर ही रोक लेती है। जैसे-जैसे आप बाहर की ओर बढ़ते हैं, स्पेक्ट्रलीय चरित्र बदलता है, "ऋणात्मक" होता जाता है और यह संकेत देता है कि गैस पतली और अधिक पारदर्शी होती जा रही है। यह संक्रमण एक विशिष्ट दूरी पर होता है, जो केंद्र से लगभग 30 माइक्रोआर्कसेकंड है, जो लंबी तरंग दैर्ध्य पर देखी गई वलय के आकार के साथ मेल खाता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि जैसे-जैसे आप ब्लैक होल से दूर जाते हैं, गैस उत्तरोत्तर पारदर्शी होती जाती है, जो इस विचार के अनुरूप है कि उच्च-आवृत्ति वाला प्रकाश घटना क्षितिज के करीब से निकल सकता है, जबकि निम्न-आवृत्ति वाला प्रकाश केवल उन क्षेत्रों से बाहर निकल सकता है जहाँ गैस इतनी पतली हो गई हो कि वह गुजर सके।
यह खोज ब्लैक होल अपने परिवेश के साथ कैसे अंतःक्रिया करते हैं, इसके बारे में सिद्धांतों के परीक्षण के लिए एक महत्वपूर्ण नया परीक्षण प्रदान करती है। सैद्धांतिक मॉडल भविष्यवाणी करते हैं कि ब्लैक होल के चारों ओर घूमने वाली गैस गर्म, सघन और ज्यामितीय रूप से मोटी होनी चाहिए, और यह कैसे चमकती है, यह इस बात पर निर्भर करेगा कि आप घटना क्षितिज के कितने करीब हैं। देखा गया पैटर्न—केंद्र के पास स्पेक्ट्रल गुणों का एक सौम्य उदय और उसके बाद बाहर की ओर एक निरंतर गिरावट—इन भविष्यवाणियों के साथ उल्लेखनीय रूप से मेल खाता है, यहाँ तक कि वर्तमान टेलीस्कोप रिज़ॉल्यूशन की सीमाओं को ध्यान में रखते हुए भी। यह सुझाव देता है कि देखी गई चमकीली वलय केवल चमकते गैस का एक यादृच्छिक संग्रह नहीं है, बल्कि एक विशिष्ट सीमा है जहाँ प्लाज्मा की भौतिक प्रकृति बदल जाती है। डेटा इस विचार को भी खारिज करने में मदद करता है कि पूरा क्षेत्र समान रूप से पारदर्शी या समान रूप से सघन है; इसके बजाय, यह एक स्तरित संरचना की पुष्टि करता है जहाँ आंतरिक क्षेत्र सघन, फंसी हुई विकिरण द्वारा हावी होते हैं और धीरे-धीरे पतले, मुक्त-प्रवाह वाले प्रकाश के लिए मार्ग छोड़ देते हैं।
हालाँकि मानचित्र एक स्पष्ट समग्र रुझान दिखाता है, शोधकर्ताओं ने वलय के उत्तर-पश्चिमी भाग में एक छोटे, स्थानीयकृत चमकीले स्पेक्ट्रल गतिविधि वाले क्षेत्र को भी नोट किया, जो ब्लैक होल से निकलने वाली कणों की जेट के आधार के साथ संरेखित है। यद्यपि यह विशेषता दिलचस्प है और यह संकेत दे सकती है कि जेट जहाँ शुरू होता है वहाँ गैस की स्थिति में परिवर्तन होता है, टीम आगाह करती है कि वर्तमान डेटा अभी इतना स्पष्ट नहीं है कि यह पुष्टि कर सके कि यह एक स्थायी विशेषता है या एक अस्थायी उतार-चढ़ाव। इस प्रश्न को सुलझाने के लिए और भी अधिक शक्तिशाली टेलीस्कोपों के साथ भविष्य के अवलोकनों की आवश्यकता होगी। फिलहाल, यह अध्ययन सफलतापूर्वक घटना क्षितिज के पार इन स्पेक्ट्रल परिवर्तनों को मापने वाला पहला प्रयास है, जो ब्लैक होल के अदृश्य भौतिकी की जांच करने का एक नया तरीका प्रदान करता है। इन नए मापों को कम आवृत्तियों के पुराने डेटा के साथ जोड़कर, खगोलविद ब्लैक होल के वातावरण की एक निरंतर तस्वीर बनाना शुरू कर रहे हैं, जो घटना क्षितिज के तत्काल किनारे से लेकर आकाशगंगा में फैली विशाल, पारसेक-पैमाने की जेट तक विस्तृत है।
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