Simpson-Visser regularization of the quantum Oppenheimer-Snyder-Datt black hole

ब्लैक होल को अक्सर ब्रह्मांड के सबसे चरम जाल के रूप में वर्णित किया जाता है, ऐसे क्षेत्र जहाँ गुरुत्वाकर्षण इतना तीव्र होता है कि प्रकाश भी वहां से बचकर नहीं निकल सकता। दशकों से, ब्लैक होल की मानक तस्वीर, जो आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत से प्राप्त हुई थी, यह बताती रही है कि यदि आप इसके अंदर गिरे, तो अंततः एक एकल बिंदु पर कुचल दिए जाएंगे जिसे 'सिंगुलैरिटी' (विलक्षणता) नामक अनंत घनत्व का केंद्र कहा जाता है। यह बिंदु भौतिकी के नियमों के टूटने का प्रतिनिधित्व करता है, एक ऐसी जगह जहाँ हमारी वर्तमान समझ बस रुक जाती है। हालाँकि, कई भौतिकविदों का मानना ​​है कि गुरुत्वाकर्षण का एक अधिक पूर्ण सिद्धांत, जिसमें क्वांटम यांत्रिकी के विचित्र नियम शामिल हों, इस अनंत कुचलने की प्रक्रिया को रोक देगा। एक मृत अंत होने के बजाय, ब्लैक होल का केंद्र कहीं और जाने वाला एक पुल हो सकता है, या एक ऐसी जगह जहाँ पदार्थ वापस उछलता है। इस विचार को "बाउंस" (उछाल) के रूप में जाना जाता है, और यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड शास्त्रीय चित्र की तुलना में बहुत अधिक लचीला हो सकता है।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन दो अलग-अलग विचारों को जोड़कर इस संभावना की खोज करने में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है कि ब्लैक होल कैसे व्यवहार कर सकते हैं। पहला विचार तारों के ढहने (कोलैप्स) के मॉडल से आता है, जिसे क्वांटम सुधारों के साथ अपडेट किया गया है जो बताते हैं कि पतन सिंगुलैरिटी तक पहुँचने से पहले ही रुक जाता है और उलट जाता है। दूसरा विचार ब्लैक होल के तीखे किनारों को सुचारू बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली एक गणितीय युक्ति है, जो 'नो रिटर्न' वाले बिंदु को स्थान के दो क्षेत्रों को जोड़ने वाले एक चिकने, घुमावदार गले (थ्रोट) से बदल देती है। इन अवधारणाओं को मिलाकर, शोधकर्ताओं ने एक नया ब्लैक होल मॉडल बनाया जो उन अनंत घनत्वों से मुक्त है जो पुरानी थ्योरीज़ में बड़ी समस्या थे। उन्होंने फिर इस नए मॉडल को कठोर परीक्षण के अधीन किया, यह गणना की कि प्रकाश और पदार्थ इसके चारों ओर कैसे गति करेंगे, यह ऊष्मा कैसे उत्सर्जित करेगा, और विक्षोभ होने पर इसमें क्या कंपन होगा। उनका काम बताता है कि जबकि यह नया ब्लैक होल दूर से देखने पर क्लासिक संस्करण जैसा ही दिखता है, लेकिन इसके भीतर इसके कंपनों और आंतरिक संरचना में एक अनूठा हस्ताक्षर छिपा हुआ है जिसे भविष्य में टेलीस्कोप द्वारा पहचाना जा सके।

शोधकर्ताओं ने ढहते हुए तारे के एक विशिष्ट मॉडल से शुरुआत की, जिसे क्वांटम ओपेनहाइमर-स्नाइडर-डैट मॉडल के रूप में जाना जाता है। इस परिदृश्य में, धूल के बादल का पतन क्वांटम प्रभावों द्वारा रोका जाता है, जिससे सिंगुलैरिटी बनने से बचाव होता है। हालांकि, इस ढहते बादलों के बाहर के स्थान का गणितीय विवरण अभी भी एक समस्याग्रस्त 'इनर होराइजन' (आंतरिक क्षितिज) रखता था, जो अस्थिरताओं और विरोधाभासों का कारण बन सकता था। इसे ठीक करने के लिए, टीम ने एक "बाउंस प्रिस्क्रिप्शन" लागू किया। कल्पना कीजिए कि ब्लैक होल के अंदर का स्थान एक फनल (कीप) की तरह नहीं है जो एक बिंदु की ओर ले जाता है, बल्कि एक सुरंग की तरह है जो न्यूनतम चौड़ाई तक संकुचित होती है और दूसरी तरफ फिर से चौड़ी हो जाती है। यह न्यूनतम चौड़ाई उस सुरंग का "गला" (थ्रोट) है। गिरने वाले बिंदु को इस चिकने गले से बदलकर, शोधकर्ताओं ने सिंगुलैरिटी को पूरी तरह समाप्त कर दिया। परिणामी वस्तु एक नियमित ब्लैक होल है: इसका एक इवेंट होराइजन (घटना क्षितिज/वापसी न होने वाला बिंदु) है, लेकिन उस घटना क्षितिज के भीतर, अंतरिक्ष सहजता से एक गले में मुड़ता है और फिर वापस बाहर निकलता है, बजाय इसके कि सब कुछ शून्य में कुचल दे।

यह नया मॉडल दो समायोज्य संख्याओं पर निर्भर करता है। एक संख्या क्वांटम सुधारों की ताकत को दर्शाती है, जबकि दूसरी गले के आकार को निर्धारित करती है। इन संख्याओं के मान के आधार पर, यह वस्तु तीन अलग-अलग तरीकों से व्यवहार कर सकती है। यदि गला बहुत छोटा है, तो वस्तु दो क्षितिजों वाला एक मानक ब्लैक होल होगी, जिसके भीतर एक छिपा हुआ बाउंस मौजूद है। यदि गला बड़ा है, तो आंतरिक क्षितिज गायब हो जाएगा, जिससे केवल एक अकेला क्षितिज बचेगा जिसके पीछे बाउंस सुरक्षित रहेगा। यदि गला पर्याप्त बड़ा है, तो इवेंट होराइजन पूरी तरह लुप्त हो जाएगा, और वह वस्तु एक पारगम्य वर्महोल (ट्रावेर्सेबल वर्महोल) बन जाएगी—एक ऐसी सुरंग जिससे सैद्धांतिक रूप से कोई गुजर सकता है। शोधकर्ताओं ने बीच वाले मामले यानी सिंगल-होराइजन ब्लैक होल पर ध्यान केंद्रित किया जिसमें छिपा हुआ बाउंस है, क्योंकि उनका तर्क है कि यह सबसे दिलचस्प स्थिति है क्योंकि यह उस विवादास्पद आंतरिक क्षितिज को हटा देता है जो अन्य रेगुलर ब्लैक होल मॉडल्स में अस्थिरता पैदा करता है।

अध्ययन के सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्षों में से एक यह है कि ब्लैक होल के विभिन्न हिस्से इन दो नंबरों के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं। जब शोधकर्ताओं ने ब्लैक होल के चारों ओर घूमने वाले प्रकाश के पथ की गणना की, तो उन्होंने पाया कि ब्लैक होल द्वारा डाली गई छाया का आकार और प्रकाश के निकटतम स्थिर कक्ष का स्थान केवल क्वांटम सुधार संख्या पर निर्भर करता है। गले का आकार इन विशिष्ट विशेषताओं पर कोई प्रभाव नहीं डालता है। इसका अर्थ यह है कि यदि हम ब्लैक होल की छाया की तस्वीर लें, जैसे गैलेक्सी M87 के प्रसिद्ध ब्लैक होल की इमेज, तो हमें यह पता नहीं चल पाएगा कि उसके भीतर कोई बाउंस छिपा है या नहीं। छाया लगभग मानक ब्लैक होल जैसी ही दिखेगी। हालांकि, कहानी तब बदल जाती है जब हम ब्लैक होल के कंपनों को देखते हैं। जब किसी ब्लैक होल को बाधित किया जाता है, उदाहरण के तौर पर किसी दूसरे तारे के टकराव से, तो वह एक घंटी की तरह बज उठता है। इस कंपन की गति क्वांटम सुधार पर निर्भर करती है, लेकिन ध्वनि कितनी धीरे फीकी पड़ती है, यह गले के आकार पर निर्भर करता है। यह एक स्पष्ट अंतर पैदा करता है: छाया हमें पतन की प्रकृति के बारे में बताती है, जबकि कम होती आवाज अंदरूनी बाउंस के आकार के बारे में बताती है।

शोधकर्ताओं ने इस नए ब्लैक होल के थर्मोडायनामिक्स (ऊष्मप्रवैगिकी), विशेष रूप से इसकी ऊष्मा उत्सर्जन का भी परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि गले की उपस्थिति ब्लैक होल के तापमान को बदल देती है। जैसे-जैसे गला बढ़ता है, ब्लैक होल ठंडा होता जाता है। अंततः, यदि गला इवेंट होराइजन के आकार तक बढ़ जाता है, तो तापमान शून्य हो जाता है, और ब्लैक होल ऊष्मा विकिरण करना बंद कर देता है। यह सुझाव देता है कि ब्लैक होल के जीवन का अंतिम चरण शायद कोई हिंसक विस्फोट या सूक्ष्म गर्म अवशेष नहीं, बल्कि एक ठंडी, स्थिर वस्तु होगी जो बस वहीं टिकी रहेगी। इसके अलावा, अध्ययन ने दिखाया कि एंट्रॉपी (एन्ट्रॉपी - अव्यवस्था या सूचना सामग्री का माप) शास्त्रीय भौतिकी के अनुमान से अधिक है। यह अतिरिक्त एंट्रॉपी बढ़ते हुए गले के साथ बढ़ती है, जो संकेत देती है कि बाउंस ब्लैक होल के भीतर काफी मात्रा में छिपी जटिलता जोड़ता है।

अपने परिणामों को पुख्ता करने के लिए, टीम ने ऊर्जा तरंगें ब्लैक होल से कैसे बिखरेंगी, यह गणना करने हेतु तीन अलग-अलग गणितीय विधियों का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि तीनों विधियां आपस में पूरी तरह मेल खाती हैं। छिपे हुए बाउंस वाले ब्लैक होल के लिए, लहरें मानक ब्लैक होल की तुलना में धीमी गति से घटती हैं, जिसका अर्थ है कि उनकी "घंटी की गूँज" लंबे समय तक चलती है। यह इस बात का सीधा परिणाम है कि गला एक आंशिक बाधा के रूप में कार्य करता है जो तरंगों को बाहर निकलने देने से पहले थोड़े समय के लिए कैद कर लेता है। ट्रैवर्सेबल वर्महोल के मामले में, जहां कोई इवेंट होराइजन नहीं है, तरंगें दो बाधाओं के बीच फंस जाती हैं और शुरुआती झटके के बाद संकेतों के दोहराव वाले पैटर्न (एकोस) के रूप में लीक होती हैं। ये इकोज़ प्रारंभिक विस्फोट के बाद बार-बार आने वाले सिग्नल्स के रूप में दिखाई देंगे, जो एक ऐसा सिग्नेचर है जो मानक ब्लैक होल में बिल्कुल अनुपस्थित होता है।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यद्यपि यह नया ब्लैक होल मॉडल गणितीय रूप से सुसंगत और सिंगुलैरिटी रहित है, लेकिन इसे एक मानक ब्लैक होल से अलग पहचानना केवल इसके कंपनों के सटीक मापन की मांग करता है, न कि सिर्फ इसकी छाया से। छाया शास्त्रीय संस्करण के बहुत समान है इसलिए वह परीक्षण के लिए उपयोगी नहीं है। हालांकि, रिंगडाउन सिग्नल का डैम्पिंग (क्षीण होना) और ऑसिलेशन की विशिष्ट आवृत्तियाँ बाउंस का एक स्पष्ट पदचिह्न छोड़ती हैं। यदि भविष्य के ग्रेविटेशनल वेव डिटेक्टर्स इतने सटीकता से इनके विवरणों को मापने में सक्षम होते हैं, तो वे पुष्टि कर पाएंगे कि ब्लैक होल के केंद्र वास्तव में विनाशकारी बिंदुओं के बजाय स्मूथ, बाउंसिंग टनल हैं या नहीं। यह कार्य इन विचारों के परीक्षण के लिए एक ठोस ढांचा प्रदान करता है, जिससे एक सैद्धांतिक संभावना को विशिष्ट भविष्यवाणियों में बदला जा सका है जिन्हें ब्रह्मांड के डेटा से जांचा जा सकता है।