कैसे सुपरमैसिव ब्लैक होल पहले से ही बिग बैंग के तुरंत बाद शक्तिशाली जेट बना और जारी कर रहे थे?
पिछले कुछ दशकों में, खगोलविद ब्रह्मांड में (और समय से भी पीछे) देखने में सक्षम हुए हैं, लगभग ब्रह्मांड की शुरुआत तक। ऐसा करते हुए, उन्होंने ब्रह्मांड की कुछ शुरुआती आकाशगंगाओं और उनके बाद के विकास के बारे में बहुत कुछ सीखा है। हालांकि, अभी भी कुछ चीजें ऐसी हैं जो अभी भी सीमा से बाहर हैं, जैसे कि जब आकाशगंगाओं के साथ सुपरमैसिव ब्लैक होल (एसएमबीएच) और बड़े पैमाने पर जेट पहली बार दिखाई दिए।
हाल के अध्ययनों के अनुसार उन्नत अध्ययन के लिए इंटरनेशनल स्कूल (SISSA) और जापान और ताइवान के खगोलविदों की एक टीम इस बारे में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करती है कि कैसे बिग बैंग के ठीक 800 मिलियन वर्ष बाद सुपरमैसिव ब्लैक होल बनना शुरू हुआ, और 2 बिलियन साल से भी कम समय के बाद सापेक्षतावादी जेट। ये परिणाम एक बढ़ते मामले का हिस्सा हैं जो दर्शाता है कि हमारे ब्रह्मांड में कितनी बड़ी वस्तुएं जितनी जल्दी हमने सोचा था, उतनी ही जल्दी बन गईं।
खगोलविद एसएमबीएच के बारे में आधी सदी से भी अधिक समय से जानते हैं। समय के साथ, उन्हें पता चला कि अधिकांश विशाल आकाशगंगाएँ (मिल्की वे सहित) उनके केंद्र में हैं। आकाशगंगाओं के विकास में वे जो भूमिका निभाते हैं वह भी अध्ययन का विषय रहा है, आधुनिक खगोलविदों ने निष्कर्ष निकाला है कि वे आकाशगंगाओं में स्टार गठन की दर से सीधे संबंधित हैं।
इसी तरह, खगोलविदों ने पाया है कि एसएमबीएच के चारों ओर तंग अभिवृद्धि डिस्क हैं जहां प्रकाश की गति के करीब गैस और धूल को तेज किया जाता है। इसके कारण कुछ आकाशगंगाओं का केंद्र इतना चमकीला हो जाता है - जिसे के रूप में जाना जाता है सक्रिय गांगेय नाभिक (AGNs) - कि वे अपने डिस्क में सितारों को मात देते हैं। कुछ मामलों में, ये अभिवृद्धि डिस्क गर्म सामग्री के जेट को भी ले जाती हैं जिन्हें अरबों प्रकाश-वर्ष दूर से देखा जा सकता है।
पारंपरिक मॉडलों के अनुसार, जब ब्रह्मांड एक अरब वर्ष से कम पुराना था (लगभग 13 अरब वर्ष पूर्व) आकाशगंगाओं के पास केंद्रीय ब्लैक होल विकसित करने के लिए पर्याप्त समय नहीं था। हालाँकि, हाल के अवलोकनों से पता चला है कि उस समय आकाशगंगाओं के केंद्र में ब्लैक होल पहले से ही बन रहे थे। इसे संबोधित करते हुए, SISSA के वैज्ञानिकों की एक टीम ने एक नए मॉडल का प्रस्ताव रखा जो एक संभावित स्पष्टीकरण प्रदान करता है।
उनके अध्ययन के लिए, जिसका नेतृत्व लुमेन बोको - एक पीएच.डी. से छात्र ब्रह्मांड के मौलिक भौतिकी संस्थान (आईएफपीयू) - टीम ने इस प्रसिद्ध तथ्य के साथ शुरुआत की कि एसएमबीएच प्रारंभिक आकाशगंगाओं के मध्य क्षेत्रों में विकसित होते हैं। इन वस्तुओं, जो आज अण्डाकार आकाशगंगाओं के पूर्वज हैं, में गैस की बहुत अधिक सांद्रता और नए तारे के निर्माण की एक अत्यंत तीव्र दर थी।
इन आकाशगंगाओं में सितारों की पहली पीढ़ी अल्पकालिक थी और जल्दी से ब्लैक होल में विकसित हो गई जो अपेक्षाकृत छोटे थे, लेकिन संख्या में महत्वपूर्ण थे। उन्हें घेरने वाली घनी गैस ने महत्वपूर्ण गतिशील घर्षण पैदा किया और उन्हें आकाशगंगा के केंद्र में तेजी से स्थानांतरित करने का कारण बना। यह वह जगह है जहां वे सुपरमैसिव ब्लैक होल के बीज बनाने के लिए विलीन हो गए - जो धीरे-धीरे समय के साथ बढ़े।
स्टार S2 के पथ की कलाकार की छाप, क्योंकि यह आकाशगंगा के केंद्र में सुपरमैसिव ब्लैक होल के बहुत करीब से गुजरता है। क्रेडिट: ईएसओ/एम. कोर्नमेसेर
जैसा कि शोध दल ने हाल ही में SISS . में बताया है प्रेस विज्ञप्ति :
'शास्त्रीय सिद्धांतों के अनुसार, एक सुपरमैसिव ब्लैक होल एक आकाशगंगा के केंद्र में बढ़ता है जो आसपास के पदार्थ को पकड़ता है, मुख्य रूप से गैस, 'इसे बढ़ाता है' और अंत में इसे एक लय में खा जाता है जो इसके द्रव्यमान के समानुपाती होता है। इस कारण से, इसके विकास के प्रारंभिक चरणों के दौरान, जब ब्लैक होल का द्रव्यमान छोटा होता है, तो विकास बहुत धीमा होता है। इस हद तक कि, गणना के अनुसार, देखे गए द्रव्यमान तक पहुंचने के लिए, सूर्य के अरबों गुना, बहुत लंबे समय की आवश्यकता होगी, यहां तक कि युवा ब्रह्मांड की आयु से भी अधिक। ”
हालांकि, उनके द्वारा विकसित मूल गणितीय मॉडल ने दिखाया कि केंद्रीय ब्लैक होल के निर्माण की प्रक्रिया अपने प्रारंभिक चरणों में बहुत तेज हो सकती है। यह न केवल प्रारंभिक ब्रह्मांड में एसएमबीएच बीजों के अस्तित्व के लिए एक स्पष्टीकरण प्रदान करता है, बल्कि ब्रह्मांड की ज्ञात आयु के साथ उनके विकास के समय का भी मिलान करता है।
संक्षेप में, उनके अध्ययन से पता चला है कि प्रारंभिक ब्लैक होल के प्रवास और विलय की प्रक्रिया से केवल 50-100 मिलियन वर्षों में 10,000 से 100,000 सौर द्रव्यमान वाले SMBH बीज का निर्माण हो सकता है। टीम के रूप में व्याख्या की :
'[टी] मानक सिद्धांत द्वारा परिकल्पित गैस के पूर्वोक्त प्रत्यक्ष अभिवृद्धि के अनुसार केंद्रीय ब्लैक होल की वृद्धि बहुत तेज हो जाएगी, क्योंकि गैस की मात्रा आकर्षित करने और अवशोषित करने में सफल होगी, यह बहुत अधिक हो जाएगी, और प्रमुख हो जाएगी। प्रक्रिया हम प्रस्तावित करते हैं। फिर भी, हमारे तंत्र द्वारा परिकल्पित इतने बड़े बीज से शुरू होने का तथ्य सुपरमैसिव ब्लैक होल के वैश्विक विकास को गति देता है और इसके गठन की अनुमति देता है, युवा ब्रह्मांड में भी। संक्षेप में, इस सिद्धांत के आलोक में, हम कह सकते हैं कि बिग बैंग के 800 मिलियन वर्ष बाद सुपरमैसिव ब्लैक होल पहले से ही ब्रह्मांड को आबाद कर सकते थे।
देखे गए एसएमबीएच बीजों के लिए एक कार्यशील मॉडल का प्रस्ताव देने के अलावा, टीम ने इसके परीक्षण के लिए एक विधि भी सुझाई। एक ओर, गुरुत्वाकर्षण तरंगें हैं जो इन विलयों का कारण बनेंगी, जिन्हें गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों का उपयोग करके पहचाना जा सकता है जैसे कि उन्नत एलआईजीओ / कन्या और भविष्य की विशेषता आइंस्टीन टेलीस्कोप .
इसके अलावा, एसएमबीएच के विकास के बाद के चरण कुछ ऐसे हैं जिनकी जांच ईएसए जैसे मिशनों द्वारा की जा सकती है लेजर इंटरफेरोमीटर स्पेस एंटीना (एलआईएसए), जिसके 2034 के आसपास लॉन्च होने की उम्मीद है। इसी तरह, खगोलविदों की एक अन्य टीम ने हाल ही में इसका इस्तेमाल किया अटाकामा लार्ज मिलिमीटर/सबमिलीमीटर ऐरे (ALMA) आकाशगंगाओं के बारे में एक और रहस्य को संबोधित करने के लिए, यही वजह है कि कुछ के पास जेट हैं और अन्य के पास नहीं है।
आयनित पदार्थ की ये तेज़ गति वाली धाराएँ, जो सापेक्ष गति (प्रकाश की गति का एक अंश) से यात्रा करती हैं, कुछ आकाशगंगाओं के केंद्र से निकलती हुई देखी गई हैं। इन जेटों को एक आकाशगंगा के तारे के निर्माण की दर से जोड़ा गया है क्योंकि जिस तरह से वे पदार्थ को बाहर निकालते हैं जो अन्यथा नए तारे बनाने के लिए ढह जाएगा। दूसरे शब्दों में, ये जेट एसएमबीएच की तरह आकाशगंगाओं के विकास में एक भूमिका निभाते हैं।
इस कारण से, खगोलविदों ने इस बारे में अधिक जानने की कोशिश की है कि ब्लैक होल जेट और गैसीय बादलों ने समय के साथ कैसे बातचीत की है। दुर्भाग्य से, प्रारंभिक ब्रह्मांड के दौरान इस प्रकार की अंतःक्रियाओं का निरीक्षण करना कठिन रहा है। का उपयोग करते हुए अटाकामा लार्ज मिलिमीटर/सबमिलीमीटर ऐरे (एएलएमए), खगोलविदों की एक टीम ने बहुत दूर के क्वासर से आने वाले अशांत गैसीय बादलों की पहली हल की गई छवि प्राप्त करने में कामयाबी हासिल की।
MG J0414+0534 की पुनर्निर्मित छवियां, एक क्वासर (लाल) और कार्बन मोनोऑक्साइड गैस (हरा) के आसपास धूल और आयनित गैस से उत्सर्जन दिखा रही है, जिसमें जेट के साथ द्विध्रुवीय संरचना होती है। श्रेय: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K. T. Inoue et al.
अध्ययन जो किंडई विश्वविद्यालय के प्रो कैकी तारो इनौ के नेतृत्व में उनके निष्कर्षों का वर्णन करता है, हाल ही में प्रकाशित हुआ था एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्स .जैसा कि इनौ और उनके सहयोगियों ने समझाया, एएलएमए डेटा ने एमजी जे0414+0534 से निकलने वाले युवा द्विध्रुवीय जेट का खुलासा किया, जो पृथ्वी से लगभग 11 अरब प्रकाश-वर्ष स्थित एक क्वासर है। इन निष्कर्षों से पता चलता है कि एसएमबीएच और जेट के साथ आकाशगंगाएं तब मौजूद थीं जब बिग बैंग 3 अरब वर्ष से कम पुराना था।
ALMA के अलावा, टीम ने एक तकनीक पर भरोसा किया जिसे के रूप में जाना जाता है गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग , जहां एक हस्तक्षेप करने वाली आकाशगंगा का गुरुत्वाकर्षण दूर की वस्तु से आने वाले प्रकाश को बढ़ाता है। इस 'कॉस्मिक टेलीस्कोप' और ALMA के उच्च रिज़ॉल्यूशन के लिए धन्यवाद, टीम MG J0414+0534 के आसपास अशांत गैसीय बादलों का निरीक्षण करने और यह निर्धारित करने में सक्षम थी कि वे आकाशगंगा के केंद्र में एक SMBH से निकलने वाले युवा जेट के कारण थे।
जापान/सोकेंडाई के राष्ट्रीय खगोलीय वेधशाला में एक परियोजना सहयोगी प्रोफेसर कौइचिरो नाकानिशी के रूप में, एएलएमए में समझाया गया प्रेस विज्ञप्ति :
'इस ब्रह्मांडीय दूरबीन और एएलएमए के उच्च-रिज़ॉल्यूशन अवलोकनों को मिलाकर, हमने असाधारण रूप से तेज दृष्टि प्राप्त की, जो मानव दृष्टि से 9,000 गुना बेहतर है। इस अत्यंत उच्च रिज़ॉल्यूशन के साथ, हम एक सुपरमैसिव ब्लैक होल से निकाले गए जेट के चारों ओर गैसीय बादलों के वितरण और गति को प्राप्त करने में सक्षम थे।'
इन अवलोकनों से यह भी पता चला कि गैस प्रभावित हुई थी जहां उसने जेट की दिशा का पालन किया, जिससे कणों को हिंसक रूप से स्थानांतरित किया गया और 600 किमी/सेकेंड (370 एमपीपी) तक की गति में तेजी आई। क्या अधिक है, ये प्रभावित गैसीय बादल और जेट स्वयं इस युग में एक विशिष्ट आकाशगंगा के आकार से बहुत छोटे थे।
एमजी जे0414+0534 की कलाकार की छाप, शक्तिशाली जेट को दिखाती है जो मेजबान आकाशगंगा में आसपास की गैस को परेशान करती है। क्रेडिट: किंडाई विश्वविद्यालय
इससे, टीम ने निष्कर्ष निकाला कि वे MG J0414+0534 आकाशगंगा में जेट विकास का एक बहुत ही प्रारंभिक चरण देख रहे थे। यदि सही है, तो इन अवलोकनों ने टीम को प्रारंभिक ब्रह्मांड के दौरान आकाशगंगाओं में एक महत्वपूर्ण विकासवादी प्रक्रिया को देखने की अनुमति दी। इनौए के रूप में संक्षेप :
जेट के युवाओं के कारण MG J0414+0534 एक उत्कृष्ट उदाहरण है। हमें जेट के बहुत प्रारंभिक विकास चरण में भी जेट और गैसीय बादलों के बीच महत्वपूर्ण बातचीत के गप्पी प्रमाण मिले। मुझे लगता है कि हमारी खोज प्रारंभिक ब्रह्मांड में आकाशगंगाओं के विकास की प्रक्रिया की बेहतर समझ का मार्ग प्रशस्त करेगी।'
साथ में, इन अध्ययनों से पता चलता है कि ब्रह्मांड में दो सबसे शक्तिशाली खगोलीय घटनाएं अपेक्षा से पहले उभरीं। यह खोज खगोलविदों को यह पता लगाने का अवसर भी प्रदान करती है कि ये घटनाएं समय के साथ कैसे विकसित हुईं, और उन्होंने ब्रह्मांड के विकास में क्या भूमिका निभाई।
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