Optical constraints on rotating logarithmic- and exponential-entropy wormholes from strong-field lensing
यह शोध पत्र प्रदर्शित करता है कि जहाँ घूमते हुए लॉगरिदमिक और एक्सपोनेंशियल-एन्ट्रॉपी वर्महोल का शैडो व्यास (shadow diameter) केर ब्लैक होल के साथ डिजेनरेट है, वहीं घूर्णन विषमता (rotational asymmetry), स्ट्रॉन्ग-डेफ्लेक्शन लेंसिंग गुणांक, लियापुनोव घातांक (Lyapunov exponents) और कक्षीय आवृत्तियों को संयोजित करने वाला एक बहु-पैरामीटर अवलोकन संबंधी फिंगरप्रिंट इन क्षितिजहीन वस्तुओं को ब्लैक होल से प्रभावी ढंग से अलग कर सकता है।
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अंतरिक्ष और समय के ताने-बाने में गहराई से, गुरुत्वाकर्षण एक मूर्तिकार की तरह कार्य करता है, जो प्रकाश को मोड़ता है और हर उस चीज़ के पथ को विकृत करता है जो गति करती है। दशकों से, इस ब्रह्मांडीय मूर्तिकला का सबसे प्रसिद्ध परिणाम ब्लैक होल रहा है: एक ऐसा क्षेत्र जो इतना सघन है कि 'इवेंट होराइजन' नामक वापसी के बिंदु को पार करने के बाद कोई भी चीज़, यहाँ तक कि प्रकाश भी, इसके खिंचाव से बच नहीं सकता। लेकिन लंबे समय से, भौतिकविदों ने यह सोचा है कि क्या प्रकृति ने कुछ और ही निर्मित किया होगा। क्या कोई ऐसा सघन पिंड हो सकता है जो बाहर से लगभग एक ब्लैक होल जैसा ही दिखे, फिर भी उसमें वह घातक जाल न हो? इन काल्पनिक संरचनाओं को वर्महोल (wormholes) कहा जाता है। ये दो दूरस्थ क्षेत्रों, या शायद दो अलग ब्रह्मांडों को जोड़ने वाली सुरंगें हैं, जिन्हें एक ऐसे गले (throat) द्वारा खुला रखा जाता है जिससे प्रकाश गुजर सकता है। समस्या यह है कि, अब तक हमारे पास केवल उन्हें देखकर ब्लैक होल और वर्महोल के बीच अंतर करने का कोई तरीका नहीं था। दोनों ही चमकती गैस की उज्ज्वल पृष्ठभूमि के विरुद्ध एक गहरा साया (shadow) बनाते हैं, और लंबे समय तक, उस साये का आकार ही एकमात्र चीज़ थी जिसे हम माप सकते थे।
'जर्नल ऑफ कॉस्मोलॉजी एंड एस्ट्रोपार्टिकल फिजिक्स' में प्रकाशित एक नया अध्ययन इस पहेली पर एक नया दृष्टिकोण प्रस्तुत करता है। शोधकर्ताओं, जो दक्षिण अफ्रीका, कजाकिस्तान, ओमान, उज्बेकिस्तान और चीन के विश्वविद्यालयों के भौतिकविदों की एक टीम है, ने एक विशिष्ट प्रकार के घूमते हुए वर्महोल को डिजाइन करने और फिर यह गणना करने का लक्ष्य रखा कि वह एक टेलीस्कोप को वास्तव में कैसा दिखाई देगा। उन्होंने एक ऐसी स्थिति पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ वर्महोल "विदेशी" (exotic) पदार्थ द्वारा समर्थित है—एक ऐसा ऊर्जा रूप जो उन तारों और गैसों से अलग व्यवहार करता है जिन्हें हम रोज़ देखते हैं। मानक भौतिकी में, गुरुत्वाकर्षण चीजों को एक साथ खींचता है, लेकिन वर्महोल को खुला रखने के लिए आवश्यक पदार्थ को सुरंग को ढहने से रोकने के लिए बाहर की ओर धकेलना चाहिए। टीम ने क्वांटम स्तर पर एंट्रॉपी, या विकार, कैसे व्यवहार करता है, इस पर आधारित गणितीय मॉडलों का उपयोग करके इन सुरंगों के दो अलग संस्करण बनाए: एक जो एक लघुगणकीय (logarithmic) पैटर्न द्वारा आकार लिया गया है और दूसरा एक घातांकीय (exponential) पैटर्न द्वारा। इसके बाद उन्होंने इन वर्महोलों को घुमाया, यह देखने के लिए कि अंतरिक्ष के मुड़ने से उनके पास से गुजरने वाले प्रकाश में क्या परिवर्तन आता है।
सबसे आश्चर्यजनक खोज यह है कि यदि आप केवल अंधेरे साये के आकार को देखते हैं, तो आप इन वर्महोलों को एक घूमते हुए ब्लैक होल से अलग नहीं कर सकते। शोधकर्ताओं ने पाया कि अपने वर्महोल मॉडलों के कुछ आंतरिक मापदंडों को समायोजित करके, उनके साये को एक मानक ब्लैक होल के साये से लगभग पांच से ग्यारह प्रतिशत तक मेल कराया जा सकता है। इसका अर्थ यह है कि इवेंट होराइजन टेलीस्कोप जैसा उपकरण, जिसने पहले ही ब्लैक होल के साये की तस्वीर ले ली है, एक वर्होल देख सकता है और उसे केवल एक ब्लैक होल समझ सकता है। साये का व्यास अकेला एक कमजोर जासूस है; यह आसानी से धोखा खा सकता है।
हालाँकि, टीम ने महसूस किया कि साया तो कहानी की केवल शुरुआत है। इन वस्तुओं की पहचान करने के लिए, खगोलविदों को अंधेरे के ठीक किनारे पर प्रकाश कैसे व्यवहार करता है, इसके सूक्ष्म विवरणों की जांच करने की आवश्यकता है। शोधकर्ताओं ने कई अन्य विशेषताओं की गणना की जो इन वस्तुओं के लिए एक अद्वितीय पहचान (fingerprint) के रूप में कार्य करती हैं। सबसे पहले, उन्होंने देखा कि स्पिन (घूर्णन) द्वारा साये को कैसे विकृत किया जाता है। क्योंकि वर्होल घूम रहा है, वह अपने साथ अंतरिक्ष को भी खींचता है, जिससे साया एक तरफ थोड़ा दबता है और दूसरी तरफ खिंच जाता है। उन्होंने पाया कि उनके वर्होल मॉडलों में ब्लैक होल की तुलना में इस दवाब की मात्रा थोड़ी भिन्न थी। दूसरा, उन्होंने विश्लेषण किया कि जब प्रकाश किसी वस्तु के बहुत करीब से गुजरता है तो वह कैसे मुड़ता है। किनारे को छूकर गुजरने वाला प्रकाश सीधा नहीं जाता; वह चक्कर लगाता है, जिससे धुंधली, प्रेत जैसी छवियों की एक श्रृंखला बनती है। इन छवियों की चमक और अंतराल वस्तु की ज्यामिति पर निर्भर करते हैं। अध्ययन ने दिखाया कि वर्होल्स इन माध्यमिक छवियों को ब्लैक होल्स की तुलना में एक अलग चमक पैटर्न के साथ उत्पन्न करते हैं।
शायद सबसे स्पष्ट अंतर स्वयं प्रकाश की स्थिरता से संबंधित है। एक ब्लैक होल के चारों ओर, प्रकाश एक अनिश्चित घेरे में घूम सकता है, लेकिन यह अस्थिर होता है; एक मामूली धक्का इसे या तो अंदर गिरने या दूर उड़ जाने की ओर भेज देता है। शोधकर्ताओं ने गणना की कि यह अस्थिरता कितनी तेजी से बढ़ती है, जिसे 'ल्यपुनोव एक्सपोनेंट' (Lyapunov exponent) के रूप में जाना जाता है। उन्होंने पाया कि उनके वर्होल्स के लिए, यह अस्थिरता ब्लैक होल की तुलना में धीमी गति से बढ़ती है। व्यावहारिक रूप से, इसका अर्थ है कि एक वर्होल के चारों ओर प्रकाश का घेरा एक ब्लैक होल के चारों ओर के घेरे की तुलना में थोड़ा अधिक स्पष्ट और स्थिर होगा। जब वस्तु विक्षोभ के बाद कंपन करती है या शांत होती है, तो वह थोड़े अलग आवृत्ति पर और थोड़े लंबे समय तक करती है।
इन सभी मापों—साये के आकार, प्रेत जैसी छवियों की चमक, अस्थिरता की दर और कंपन की आवृत्ति—को मिलाकर, शोधकर्ताओं ने एक पांच-भागों वाला सिग्नेचर बनाया। जब उन्होंने इस सिग्नेचर की तुलना एक मानक ब्लैक होल से की, तो उन्हें एक स्पष्ट अंतर मिला। जबकि एक एकल माप संदिग्ध हो सकता है, इन पांच कारकों का संयोजन एक ऐसा संकेत बनाता है जो उच्च विश्वास के साथ एक वर्होल को ब्लैक होल से अलग कर सकता है। अध्ययन सुझाव देता है कि यदि हम इन सूक्ष्म प्रभावों को पर्याप्त सटीकता के साथ माप सकें, तो हम अंततः यह सिद्ध कर सकते हैं कि आकाश में जो अंधेरे साये हमें दिख रहे हैं वे वास्तव में ब्लैक होल हैं या कुछ बहुत अधिक विदेशी। यह कार्य यह सिद्ध नहीं करता कि वर्होल्स मौजूद हैं, बल्कि यह हमें एक ठोस रोडमैप प्रदान करता है कि यदि वे वहां हैं, तो हम उन्हें कैसे ढूंढ सकते हैं, जिससे एक सैद्धांतिक जिज्ञासा एक परीक्षण योग्य भविष्यवाणी में बदल जाती है जो अगली पीढ़ी के खगोलीय अवलोकनों के लिए तैयार है।
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