कृष्णविवर

कृष्णविवर ही काही ताऱ्यांची अंतिम स्थिती असते. एका विशिष्ट वस्तुमानापेक्षा जास्त वस्तुमानाचे तारे त्यांच्या आयुष्याच्या शेवटी आकुंचन पावत कृष्णविवरात रूपांतरित होतात. अशा कृष्णविवरांजवळचे गुरुत्वाकर्षण इतके जास्त असते की प्रकाशदेखील त्यांपासुन सुटू शकत नाही आणि यामुळेच अशा ताऱ्यांना कृष्णविवर म्हणतात. कृष्णविवर ही संकल्पना मूलतः सापेक्षतेच्या सिद्धांतामुळे जगासमोर आली. पुढे १९६० च्या दशकामध्ये शास्त्रज्ञ रॉजर पेनरोज यांनी गणिताच्या आधारे विश्वातील कृष्णविवरांचे अस्तित्व सिद्ध केले. त्यांच्या या संशोधनाबद्दल त्यांना २०२० साली नोबेल पारितोषिक दिले गेले. ^[१]

विश्व हे मूलतः अणूंपासून बनलेले आहे आणि अणूंच्या रचनेतले घटक कृष्णविवर निर्मितीस कारणीभूत ठरतात. अणू मधे केंद्रात प्रोटॉन , न्युट्रॉन आणि इलेक्ट्रॉन हे अतिसूक्ष्म कण असतात. अणूचे सर्व वस्तुमान त्याच्या केंद्रात एकवटलेले असते आणि तुलनेने हलके इलेक्ट्रॉन त्या केंद्राभोवती फिरत असतात. दोन अणूंच्या संयोगावेळी हे इलेक्ट्रॉन दोन केंद्रात पुरेसे अंतर राखायला मदत करतात. आकाशस्थ ग्रहाच्या केंद्रातील अणूंची रचना पृष्ठभागावरील अ्णूंप्रमाणेच असते.परंतु ताऱ्याच्या केंद्रात वेगळी परिस्थिती असते. नुक्लिअर चेन रिॲक्शननुसार ताऱ्याच्या गाभ्यात हायड्रोजनचे रूपांतर हेलियममध्ये होत असते. आणि हेलियम वजनाने हलका असल्याने वस्तुमानातील फरकाचे प्रचंड उर्जेत रूपांतर होते. ही उर्जा सर्व बाजूला विखुरली जाऊन ताऱ्याला प्रसरण अवस्थेत ठेवते व तारा तेजस्वी दिसतो.

एखादा तारा मृत पावल्यावर त्याच्या तीन अवस्था संभवतात. खुजा तारा ( The White Dwarf ), न्यूट्रॉन तारा किंवा कृष्ण विवर^[२]. ताऱ्यामधील इंधन संपत आल्यावर अखेर एक वेळ अशी येते जेव्हा ताऱ्याच्या गर्भातील सर्व हायड्रोजन ज्वलन होऊन संपतो आणि रूपांतरित हेलियमचे ज्वलन होण्यास सुरुवात होते. अखेरीस जेव्हा हेलियमसुद्धा संपतो तेव्हा ताऱ्याचा पृष्ठभाग केंद्राच्या दिशेला कोसळतो. तारा जितका आकाराने मोठा तितका हायड्रोजन ज्वलनाचा वेग जास्त, त्‍यामुळे प्रचंड मोठे तारे संख्येने कमी असतात. आपल्या सूर्याचे इंधन संपायला एक हजार कोटी वर्षे लागतील. तर सूर्याच्या केवळ ३ पट मोठा असणारा तारा ५० कोटी वर्षेच टिकेल.^{[ संदर्भ हवा ]} जेव्हा तारा कोसळतो त्या वेळी त्याचा प्रचंड स्फोट होतो त्या ताऱ्याला सुपरनोव्हा म्हणतात. सुपरनोव्हानंतर ताऱ्याचे प्रचंड द्रव्य आतल्या बाजूला कोसळते. या द्रव्याचा दाब इतका प्रचंड असतो की अणूंमधील इलेक्ट्रॉन बंध तुटतात आणि ताऱ्याचे आकारमान मोठया प्रमाणात कमी होते. याची परिणती ताऱ्याचे गुरुत्वाकर्षण वाढण्यात होते. अशा प्रकारे सुपरनोव्हानंतर तारा हा वस्तुमानानुसार न्यूट्रॉन तारा, पल्सार वा कृष्णविवर बनतो.

आकाराने प्रचंड मोठ्या ताऱ्याचे जेव्हा कृष्णविवरामध्ये रूपांतर होते तेव्हा तो स्वतःच्याच गुरुत्वाकर्षणाने इतका लहान होत जातो की शेवटी तो जवळ जवळ अदृश्यच होतो. यावेळी तो अमर्याद लहान व कमालीचा जड बनतो. या एका अदृश्यरूप बिंदूला 'सिंग्युलॅरिटी' ( Singularity) असे म्हणतात. ही अशी एक अवस्था जी कृष्णविवराच्या केंद्रस्थानी असते की जिथे भौतिकशास्त्राचे कोणतेही नियम लागू होत नाहीत. या बिंदूरूप अवस्थेभोवती अदृश्य कुंपण निर्माण होते. त्या कुंपणाला 'घटना क्षितिज' म्हणजेच 'इव्हेंट होरयझन' ( Event Horizon) असे म्हणतात. 'घटना क्षितिज' हे कृष्णविवराच्या प्रचंड गुरुत्वाकर्षणाची सीमाच असते. एक अशी सीमा की जिच्या पलीकडून परतणे शक्य नाही. 'घटना क्षितिजापाशी मुक्तिवेग हा प्रकाशाच्या वेगाइतकाच असतो तर त्याच्या आतील कृष्णविवरापासून मुक्तिवेग हा प्रकाशाच्या वेगापेक्षा जास्त असतो. ज्याअर्थी प्रकाशापेक्षा कोणतीही गोष्ट जलद नसतो अशी समजूत असली तरी प्रत्यक्षात 'घटना क्षितिज'च्या पलीकडे मुक्तिवेग हा प्रकाशाच्या वेगापेक्षा जास्त असल्याने प्रकाश देखील इथून बाहेर पडू शकत नाही. बिंदूरूप अवस्थेपासून 'घटना क्षितिज'च्या पर्यंतच्या ( सिंग्युलॅरिटी ते इव्हेंट होरयझन) अंतरालाच श्वार्झश्वाइल्डची त्रिज्या असे म्हणले जाते. समजा आपल्या सूर्याचे जर कृष्णविवरामध्ये रूपांतर झाले तर त्याची श्वार्झश्वाइल्डची त्रिज्या ३ कि.मी. असेल. सर्वसाधारण कृष्णविवराचे वस्तुमान आपल्या सूर्याच्या १० पट इतके असते. तर त्याची श्वार्झश्वाइल्डची त्रिज्या ३० कि.मी. इतकी असते.

भारतीय शास्त्रज्ञ चंद्रशेखर यांनी असे सिद्ध केले की सूर्याच्या १.४ पटी पेक्षा लहान असणारा तारा "श्वेत बटु" मध्ये रूपांतरित झाल्यानंतर आणखी कोसळत नाही. त्यावेळी गुरुत्वाकर्षण आणि अणूच्या मूलभूत कणांच्या परस्पर विरोधी बलांत समतोल साधला जातो, आणि असा तारा प्रचंड घनता असलेला " श्वेत बटु " तारा बनून स्थिरावतो. व्याध - ब हा तारा याचेच उदाहरण आहे.

सूर्याच्या १.४ ते ३ पट वस्तुमान असलेल्या ताऱ्यांमधे अणुकेंद्रे परस्परांत विलीन होऊन ताऱ्यामध्ये फक्त न्यूट्रॉन कण शिल्लक राहतात. त्याहूनही जास्त वस्तुमान असलेल्या ताऱ्यांचे कृष्णविवरात रूपांतर होते.

प्रकाश, हेन्री कॅव्हेंडिश यांनी 1783 मध्ये भूगर्भशास्त्रज्ञ जॉन Michell, रॉयल सोसायटीचे एक पत्र प्रकट होते लपवू शकला नाही, असे एक जड शरीर संकल्पना प्रकाशित करण्यात आला होता:

सूर्य समान घनता एक गोल उपांत्य व्यास 500 : 1 या प्रमाणात सूर्य की जास्त होते, तर अगणित उंची पासून घसरण वस्तू (शरीर) हे त्या पेक्षा त्याचे पृष्ठभाग जास्त गती लागते असते दिशेने प्रकाश, आणि यामुळे वाटते प्रकाश अशा वस्तू (शरीर) फेकली सर्व प्रकाश त्याच्या स्वतःच्या योग्य गुरुत्वाकर्षण ते दिशेने परत केली जाईल, इतर संस्था, त्याच्या सध्या inertiae प्रमाणात समान शक्ती द्वारे आकर्षित करणे. -John Michell [1] 1796 साली, गणितज्ञ पियरे-सायमन Laplace पहिल्या आणि दुसऱ्या आवृत्तीत त्याच्या पुस्तकात प्रदर्शन डु système डु मॉन्डे मध्ये (नंतर आवृत्ती काढण्यात) ही कल्पना देण्यात आली. [2] [3] एकोणिसाव्या शतकात तो प्रकाश लाट आणि म्हणून वस्तुमान हवा गुरुत्व प्रभाव मुक्त आहे विश्वास ठेवला कारण "तारे गडद", याकडे दुर्लक्ष केले जाते. एक काळा भोक आधुनिक संकल्पना विपरीत, तो ऑब्जेक्ट संकुचित क्षितीज मागे असू शकत नाही असा विश्वास होता.

1915 साली, अल्बर्ट आइनस्टाइन सापेक्षता त्याच्या सामान्य सिद्धांत विकसित, तो आधीच सिद्ध होते कि गुरुत्वीय बलाचा प्रकाशाच्या गतीवर परिणाम होतो. प्रकाश गुरुत्व गती प्रत्यक्षात परिणाम आहे. काही महिने नंतर, कार्ल शेवरझकिल्ड (Schwarzschild) यांनी एक बिंदू वस्तुमान गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रात आणि उपाय एक गोलाकार वस्तुमान, [4] एक काळा भोक पार्शल अस्तित्वात नाही, हे दाखवण्याच्या. आता नॉन-फिरवत कृष्णविवर झाल्यास क्षितीजच्या Schwarzschild त्रिज्या त्रिज्या म्हणून ओळखले जाते, पण हे खरं त्या वेळी समजला नाही, उदाहरणार्थ, Schwarzschild स्वतः शारीरिक नाही. योहान्स द्रोस्ते (Droste), हेनरिक लोरेन्ट्स एक विद्यार्थी, स्वतंत्रपणे काही महिने Schwarzschild समाधान बिंदू वस्तुमान आणि त्याचे गुणधर्म अधिक लेखन झाले आहे.

1930 मध्ये, astrophysicist सुब्रमण्यम् चंद्रशेखर इलेक्ट्रॉन-भ्रष्ट बाब वरील 1,44 सौर जनतेला (चंद्रशेखर मर्यादा) एक नॉन-फिरवत शरीर गडगडणे असे सामान्य सापेक्षता मुल्यमापन. त्याच्या वितर्क काहीतरी नक्कीच संकुचित थांबवू ठाम विश्वास होता की आर्थर Eddington करून विरोध होता. न्यूट्रॉन तारे संकुचित रूपांतरीत केले जाईल, एक पांढरा बटू तारा किंचित चंद्रशेखर मर्यादा पेक्षा अधिक भव्यः Eddington अंशतः बरोबर होता. पण 1939 मध्ये, रॉबर्ट Oppenheimer आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी कारण चंद्रशेखर दिलेल्या कारणे, गडी बाद होण्याचा क्रम 'स्टार तीन सौर जनतेला (Tolman-Oppenheimer-Volkoff मर्यादा) ब्लॅक होल असेल की अंदाज. [5]

Oppenheimer आणि Schwarzschild त्याच्या सहकारी लेखक प्रणाली दुसऱ्या शब्दांत, Schwarzschild त्रिज्या येथे गणिती singularities निर्मिती कोणत्या वापरला होता (1939 मध्ये उपलब्ध समन्वय), हे समीकरण वापरले जाते की काहीतरी Schwarzschild त्रिज्या येथे असीम झाले समन्वय. या "बबल"च्या Schwarzschild त्रिज्या "फ्रीज" वेळ मर्यादित होता की बाहेर वळले आहे. हे पण नाही infalling साठी, अभ्यागतांना बाहेर एक वैध मुद्दा आहे.

वेळ यामुळे, वेळ कोसळून जात तारे "फ्रोजन तारे (गोठविलेल्या तारे)" [संपादन] बाह्य निरीक्षक म्हणून ओळखले जाते, स्टार पृष्ठभाग गोठविली दिसेल क्षण तारे संकुचित Schwarzschild त्रिज्या मध्ये घेऊन जाईल. आधुनिक काळा राहील परिचित मालमत्ता आहे, पण तो स्टार प्रकाशाची गोठविलेल्या पृष्ठभाग अतिशय त्वरीत Redshifted आहे, असे प्रतिपादन पाहिजे आणि फार लवकर काळा काळा भोक करते. अनेक भौतिकशास्त्रज्ञ वेळेत Schwarzschild त्रिज्या थांबेल आणि 20 वर्षे Bisy व्याज नाही की कल्पना स्वीकारू शकत होते.

1958 मध्ये, डेव्हिड Finkelstein दाखवा अशी सक्षम जे एडिंगटन फिंकेल्स्टन (Eddington-Finkelstein) कार्यक्रम क्षितीज संकल्पना ओळख सांभाळतो सादर की Schwarzschild पृष्ठभाग आर = 2, पण तो नाही एक परिपूर्ण एकदिशीय पडदा म्हणून मध्ये सेवा देणारे एक फरक आहे :. कार्यकारण भाव प्रभाव विस्तार एक infalling निरीक्षक दृष्टिकोन समाविष्ट करून देखील [6] Openhimr परिणाम नाकबूल त्याच दिशेने ओलांडू, पण करू शकता. पॉईंट, फिंकेल्स्टन (Finkelstein) समावेश, पण आता ते फक्त कव्हर करण्यासाठी वापरले सिद्धांत काळा राहील नॉन-फिरवत.

1963 मध्ये, रॉय केर एक फिरवत कृष्णविवर अचूक उपाय आढळले. तो एक अंगठी चक्र आणि नाही एक बिंदू वेगळेपण होते. काही वेळानंतर, काळा राहील आत रॉजर आनंदाने singularities आढळले आहेत हे सिद्ध करू शकणार नाही.

1967 मध्ये, खगोलशास्त्रज्ञांनी पल्सार pulsars शोधला, आणि काही वर्षातच ते माहीत पल्सार pulsars, [7] [8] वेगाने न्यूट्रॉन तारे फिरवत आहेत हे सिद्ध करण्यास सक्षम असेल. त्या वेळी करून, न्यूट्रॉन तारे देखील फक्त सैद्धांतिक व्याज मर्यादित होते. पल्सार (Pulsars) शोध गुरुत्वाकर्षणावर संकुचित स्थापना जाऊ शकते की ज्यांचे अल्ट्रा-दाट वस्तू सर्व त्या स्वारस्य जागे असल्याने.

1967 मध्ये भौतिकशास्त्रज्ञ जॉन व्हिलर यांना आपल्या विश्वात एक नवीन संकल्पनेची भर घालण्याचे श्रेय दिले जाते: ज्ञात आणि अज्ञात ब्लॅकहोलमध्ये टर्म coining श्रेय आहे, अधिक अवजड एक पर्याय गुरुत्वीयता "gravitationally पूर्णपणे कोसळल्याने स्टार आहे" म्हणून. तथापि, व्हिलर परिषद कोणीतरी द्वारे coined टर्म होते, असा आग्रह धरला आणि तो उपयुक्त अल्पकालीन म्हणून हा प्रयोग केला. ॲन Ewing यांनी 1964 मध्ये मुदत AAAS एक पत्र मध्ये उद्धृत होते:

अल्बर्ट आईन्स्टाईन यांच्या सापेक्षतावादाच्या सिद्धांतानुसार जर एखाद्या भ्रष्ट ताऱ्यावर वस्तुमान टाकले तर तो तारा कोसळून पडतो आणि स्वतःच्याच गुरुत्वाकर्षणामध्ये बंद होतो आणि अश्याच ताऱ्यामुळे विश्वात कृष्णविवर जन्माला येते.

आइनस्टाइनच्या सर्वसाधारण सापेक्षता सिद्धांत नुसार, वस्तुमान जर एका भ्रष्ट ताऱ्यामध्ये मिसळले तर, अचानक संकुचित जागा घेईल आणि तारा प्रखर गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रात स्वतः मध्ये बंद करण्यात येणार आहे. अशा एक तारा नंतर विश्वात एक 'ब्लॅक होल' तयार करतो^[३]. -Ann Ewing, AAAS पत्र [9]

कृष्णविवराच्या संदर्भात आल्बर्ट आइन्स्टाइन यांच्या सापेक्षतावादाच्या सिद्धांताला स्टीफन हॉकिंग यांनी पुंज वादाची जोड देऊन नवी गृहिते मांडली होती. कृष्णविवरामध्ये प्रचंड गुरुत्वाकर्षण असते आणि त्यामुळे त्याच्या कक्षेत येणारे ग्रह, तारे यांना हे विवर गिळत असते असे शास्त्रज्ञांचे म्हणणे होते. या कृष्णविवरांच्या प्रचंड गुरुत्वाकर्षण शक्तीमुळे प्रकाश किरणदेखील बाहेर पडू शकत नाहीत असे समजले जात होते. परंतु कृष्णविवरातून किरणांचे उत्सर्जन होत असल्याचे स्टीफन हॉकिंग यांनी आपल्या गृहितकांच्या आधारे पटवून दिले होते. स्टीफन हॉकिंग यांच्या दाव्यानुसार कृष्णविवर नावाची गोष्टच नसते असा त्यांचा दावा आहे.^[४]

• कृष्णविवर इन अवर टाईम कार्यक्रमात बीबीसी रेडिओ ४ वरील चर्चा. (प्रत्यक्षात ऐका) (इंग्रजी भाषा)
• अवकाशवेध