ब्लैक होल, डार्क मैटर और ब्रह्मांड पर येल खगोलशास्त्री| भारत समाचार

अग्रणी येल खगोल भौतिकीविद् प्रियंवदा नटराजन ने साबित किया कि ब्लैक होल अस्थिर गैस से बन सकते हैं। अब वह नई तकनीकों का उपयोग करके अदृश्य ब्रह्मांड को देख रही है।

लोकप्रिय कल्पना और विज्ञान कथाओं में, ब्लैक होल तीव्र गुरुत्वाकर्षण के स्थान हैं, एक तरह से ब्रह्मांडीय वैक्यूम क्लीनर की तरह जो हमारे चारों ओर की हर चीज़ को सोख लेते हैं। वे तब बनते हैं जब तारे विस्फोट करते हैं, सुपरनोवा बन जाते हैं और ब्रह्मांड की संरचना में गहरे छेद छोड़ जाते हैं। इन्हें समझना कठिन है, यहां तक ​​कि येल विश्वविद्यालय में खगोल विज्ञान और भौतिकी की प्रोफेसर प्रियंवदा नटराजन के लिए भी, जिन्होंने दशकों तक इस घटना का अध्ययन किया है।

2006 में, नटराजन ने प्रारंभिक ब्रह्मांड में ब्लैक होल कैसे बनते हैं, इस पर एक बिल्कुल अलग विचार प्रस्तावित किया। किसी तारे के विस्फोट से नहीं, बल्कि गैस के सीधे ढहने से। उन्होंने सिद्धांत दिया कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में गैस अस्थिर हो गई और केंद्र में बहुत तेजी से फ़नल हो गई, जैसे कि बाथटब में प्लग खींचना। इस बाथटब क्रिया ने एक पल में ही विशाल ब्लैक होल बना दिए, जो सूर्य के द्रव्यमान से 10,000 गुना बड़े थे। 2023 के अंत में, दो अंतरिक्ष दूरबीनों ने उनकी सभी भविष्यवाणियों और उनके सिद्धांत को सही साबित कर दिया। आज, हम प्रत्यक्ष पतन वाले ब्लैक होल और एक प्राचीन आकाशगंगा UHZ1 के बारे में जानते हैं, जिसके लिए यह धन्यवाद है।

अदृश्य अंतरिक्ष के प्रति उनके आकर्षण, अंतरिक्ष दूरबीनों के लिए प्रतिस्पर्धा और कैसे कृत्रिम बुद्धिमत्ता एक खगोल भौतिकीविद् के रूप में उनके काम को नया आकार दे रही है, यह समझने के लिए हमने बेंगलुरु में इंडियास्पोरा 2026 सम्मेलन में उनसे मुलाकात की। संपादित अंश:

अब तक हमने यह मान लिया था कि तारे विस्फोटित होते हैं, सुपरनोवा बन जाते हैं और फिर अपने पीछे सूर्य के द्रव्यमान से कई गुना अधिक द्रव्यमान वाले ब्लैक होल छोड़ जाते हैं। आप ब्रह्मांड में ब्लैक होल बनने का दूसरा रास्ता क्यों तलाश रहे थे?

हमें सितारों के विस्फोट की तुलना में ब्लैक होल कैसे बनते हैं, इसके बारे में दूसरे तरीके से सोचने की ज़रूरत है क्योंकि हम प्रारंभिक ब्रह्मांड में सूर्य के आकार से लाखों गुना बड़े ब्लैक होल देख रहे थे और इसके लिए कोई स्पष्टीकरण नहीं था।

मेरी गणना से पता चला है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में, बाथटब क्रिया के माध्यम से बड़े पैमाने पर ब्लैक होल बन सकते हैं जहां गैस अस्थिर हो जाती है और तारे बहुत तेजी से केंद्र में फंसने लगते हैं। परिष्कृत कंप्यूटरों की बदौलत, हम 2017 में एक ठोस भविष्यवाणी करने में सक्षम हुए, जिसमें यह सिद्धांत दिया गया कि अगर इस तरह का ब्लैकहोल अस्तित्व में होता तो वास्तविक ब्रह्मांड के अवलोकन कैसे दिखते।

आपकी भविष्यवाणी उस डेटा के आधार पर बनाई गई थी जिसे आपके लिए उपलब्ध समय की सबसे बड़ी दूरबीनों द्वारा देखा जा सकता था। जेम्स वेब, 1.5 मिलियन किलोमीटर दूर अंतरिक्ष में स्थित है जो प्रारंभिक ब्रह्मांड को देखने के लिए अवरक्त स्पेक्ट्रम का अवलोकन करता है। और चंद्रा एक्स-रे वेधशाला जो निम्न पृथ्वी कक्षा में है और एक्स-रे उत्सर्जन का निरीक्षण करती है। अपनी भविष्यवाणी को सिद्ध करने के लिए आपको इन दोनों अवलोकनों की आवश्यकता क्यों पड़ी?

जब गैस गर्म हो जाती है और ब्लैक होल के घटना क्षितिज के चारों ओर चमकती है, तो इसे एक्स-रे या ऑप्टिकल या पराबैंगनी में देखा जा सकता है। किसी आकाशगंगा के केंद्र से एक्स-रे उत्सर्जन देखना अक्सर एक बहुत अच्छा संकेत होता है कि आपके पास वहां एक ब्लैक होल है।

हालाँकि, ब्रह्मांड के शुरुआती समय में ऑप्टिकल में जो कुछ उत्सर्जित हुआ था, वह आज हमें मध्य-अवरक्त रेंज में दिखाई देगा क्योंकि प्रकाश की तरंग दैर्ध्य फैल गई होगी क्योंकि हमारा ब्रह्मांड फैल रहा है। जेम्स वेब के पास ऐसे कैमरे हैं जो अवरक्त विकिरण का पता लगाते हैं। हमारी भविष्यवाणी यह ​​थी कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में बने इन ब्लैक होल के लिए, आपको उन्हें न केवल एक्स-रे में देखना चाहिए, बल्कि अवरक्त विकिरण में भी देखना चाहिए। इसलिए हमारे सिद्धांत को साबित करने के लिए कि इस विधि से ब्लैक होल का निर्माण किया जा सकता है, उसी ब्लैकहोल को चंद्रा एक्स और जेम्स वेब द्वारा एक साथ देखने की आवश्यकता थी।

हमने छह अलग-अलग अद्वितीय गुणों, स्पेक्ट्रम, निकलने वाली ऊर्जा की मात्रा, यहां तक ​​कि एक आकार की भविष्यवाणी की। केवल यदि सभी छह किसी वस्तु से संतुष्ट थे, तो आप स्पष्ट रूप से कह सकते हैं कि इस बात के पुख्ता सबूत हैं कि यह एक नया तरीका था जिससे ब्लैक होल बनाए गए थे।

मानवता के लिए कुल चार अंतरिक्ष दूरबीनें उपलब्ध हैं। आपने ब्लैकहोल निर्माण की अपनी भविष्यवाणी को साबित करने के लिए उनमें से दो को ब्रह्मांड की एक ही दिशा में देखने के लिए कैसे मनाया?

वैज्ञानिकों के रूप में, आप इन दूरबीनों के डेटा आवंटन के लिए एक-दूसरे से प्रतिस्पर्धा करते हैं। आप अपना प्रस्ताव जमा करते हैं और साथियों द्वारा इसका गुमनाम रूप से मूल्यांकन किया जाता है। सबसे दिलचस्प विचार जीतता है. हमारी भविष्यवाणी के लिए, हमें जेम्स वेब को कई घंटों तक एक ही दिशा में देखने की आवश्यकता थी, लेकिन चंद्रा के साथ, हमें कई दिनों के अवलोकन की आवश्यकता थी क्योंकि यह धुंधली और दूर की चीज़ों को पकड़ रहा है। जब जिस ब्लैक होल के बारे में हमने भविष्यवाणी की थी, वह मिल गया, तो चंद्रा 24 दिनों से आकाश के उसी हिस्से को रिकॉर्ड कर रहे थे।

आपने 20 साल पहले इस संभावित प्रारंभिक ब्रह्मांड ब्लैकहोल विचार के बारे में सोचा था। नवंबर 2023 में सभी छह भविष्यवाणियाँ जेम्स वेब और चार्ल्स दोनों के डेटा से सिद्ध हुईं। इस मान्यता से आपको कैसा लगा?

यह अविश्वसनीय था. मेरे लैब पार्टनर ने मुझे वास्तविक ब्रह्मांड डेटा भेजा लेकिन मजाक में कहा कि यह हमारे द्वारा विकसित किए गए मॉडलों में से एक है। मैं वास्तव में मजाक में फंस गया क्योंकि डेटा उन मॉडलों में से एक के समान था जिनकी हमने भविष्यवाणी की थी। यह दुर्लभ क्षण जब सब कुछ अपनी जगह पर आ जाता है, लगभग जादुई होता है। मुझे लगता है कि मैं रोया, क्योंकि यह हर वैज्ञानिक का सपना होता है कि जिस चीज़ की उन्होंने गणितीय भविष्यवाणी की है वह वास्तविक डेटा के साथ सिद्ध हो। और यह उनके जीवनकाल में घटित हो।

क्या आपके द्वारा खोजा गया अलग ढंग से निर्मित ब्लैकहोल का नाम आपके नाम पर रखा गया है?

(हँसते हुए) इसे UHZ1 कहा जाता है लेकिन यह मेरे शिलालेख पर होगा।

इसके बाद आपको सबसे अधिक आश्चर्य किस बात से हुआ?

काम के लिए मुझे जिस तरह की पहचान मिली, वह बिल्कुल अप्रत्याशित थी। खगोल भौतिकी और फ़ेलोशिप के अंतर्गत पुरस्कारों की उम्मीद की जा रही थी लेकिन मीडिया का बहुत ध्यान था। मैं टाइम 100 की दुनिया के सबसे प्रभावशाली लोगों की सूची में था, मुझे लगा कि यह ईमेल स्पैम है। लेकिन मैं पहले से ही अधिक कागजात प्रकाशित करने, साथियों द्वारा अपने काम की समीक्षा कराने में व्यस्त था।

आप अदृश्य ब्रह्मांड, डार्क मैटर, डार्क एनर्जी और ब्लैक होल पर काम करते हैं। कोई इन संस्थाओं को देख या छवि नहीं बना सकता है। आकर्षण क्या है और आप कैसे अनुमान लगा सकते हैं कि वे अस्तित्व में हैं?

प्रकाश हमारा ब्रह्मांडीय संदेशवाहक है, लेकिन डार्क मैटर या डार्क एनर्जी प्रकाश के साथ बिल्कुल भी संपर्क नहीं करता है। उनकी दृश्य अनुपस्थिति का मतलब है कि वे शारीरिक रूप से मौजूद हैं। मैं उन्हें बौद्धिक रूप से बहुत आकर्षक पाता हूं क्योंकि आपको इन वस्तुओं को परोक्ष रूप से देखना होगा ताकि उनके बारे में अनुमान लगाया जा सके, उनकी प्रकृति को समझा जा सके। यह जासूसी का काम जैसा है.

डार्क मैटर, जिसका मैं वर्तमान में अध्ययन कर रहा हूं, प्रकाश को विक्षेपित करता है। प्रकाश किरणें हमारे ब्रह्मांड के ताने-बाने पर यात्रा करती हैं, पदार्थ और काले पदार्थ पर ऊपर और नीचे जाती हैं जो इस ताने-बाने में दरारें या गड्ढे पैदा करती हैं। हम भौतिक विज्ञानी डार्क मैटर को समझने के लिए विक्षेपित प्रकाश के इन चिह्नों को रिकॉर्ड करते हैं। ब्लैक होल के मामले में, केवल घटना क्षितिज से परे का प्रकाश ही अवशोषित होता है। घटना क्षितिज के बाहर कहीं भी, आप सिग्नल और विकिरण प्राप्त कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, जब गैस को ब्लैक होल में खींचा जाता है, तो घटना क्षितिज तक पहुंचने से पहले यह गर्म हो जाती है। यह चमकता है. ब्लैक होल का अध्ययन करने के लिए हम इसी तरह देखते हैं, मापते हैं और मानचित्र बनाते हैं।

पिछले दो दशकों में खगोल भौतिकी ने आकाशगंगाओं के केंद्र में स्थित ब्लैक होल के बारे में हमारी समझ को कैसे बढ़ाया है?

चूँकि ब्लैक होल ब्रह्माण्ड की संरचना को प्रभावित कर सकते हैं, अधिकांश ब्लैक होल, विशेषकर महाविशाल ब्लैक होल, जो सूर्य के द्रव्यमान से दस लाख गुना बड़े होते हैं, यदि सभी नहीं तो अधिकांश आकाशगंगाओं के केंद्र में पाए जाते हैं। पिछले दो दशकों ने हमें एक नई समझ दी है कि कैसे ब्लैक होल उन आकाशगंगाओं को आकार देने में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं जिनमें वे स्थित हैं। चूंकि ब्लैक होल घटना क्षितिज को पार करने से पहले गैस को गर्म करते हैं। यह दिलचस्प है क्योंकि गैस को ठंडा होना पड़ता है, सघन होना पड़ता है और पदार्थ बनना पड़ता है। इस तरह, एक ब्लैक होल तारों के निर्माण को चालू और बंद करने के लिए एक स्विच के रूप में कार्य करता है। वे आकाशगंगा में तारों से लेकर ग्रहों तक दृश्यमान पदार्थ को नियंत्रित करते हैं।

अब आप किस चीज़ पर काम कर रहे हैं?

मैं यह पता लगा रहा हूं कि डार्क मैटर ब्लैक होल के साथ कैसे संपर्क करता है क्योंकि वे दोनों आकाशगंगाओं के केंद्रों में मौजूद प्रतीत होते हैं। एक और दिशा जिसकी मैं खोज कर रहा हूं वह है डार्क एनर्जी का अर्थ, जो अब तक समझ में नहीं आया है लेकिन हमारे ब्रह्मांड के तेजी से विस्तार के लिए जिम्मेदार है। ये दोनों खुले सीमांत प्रश्न हैं।

दूरबीनों और अब एआई जैसी विकसित होती प्रौद्योगिकी ने खगोल भौतिकी में किस प्रकार मदद की है?

चार्ज-युग्मित उपकरणों में नए विकास जो प्रकाश को पकड़ने के लिए अत्यधिक संवेदनशील सिलिकॉन चिप डिटेक्टर का उपयोग करते हैं, हमें धुंधली, दूर की खगोलीय वस्तुओं की अधिक विस्तृत छवियां प्रदान करते हैं। अंतरिक्ष दूरबीनों में, वजन मायने रखता है, इसलिए कल्पनाशील घटकों को हल्का और अधिक कॉम्पैक्ट बनाना महत्वपूर्ण है। हाल ही में, GPU ने हमारी गणना क्षमताओं को तेज़ कर दिया है। बहुत सारे सिमुलेशन को सुपर कंप्यूटर पर चलने में एक साल लग जाता था। अब हम एक साथ हजारों संभावित परिदृश्यों का अनुकरण कर सकते हैं।

आपको लगता है कि एआई खोज की प्रकृति में मौलिक बदलाव ला सकता है। क्यों?

बड़े एलएलएम मॉडलों ने हमारे क्षेत्र में प्रकाशित होने वाली हर चीज़ को पचा लिया है, है ना? इसलिए वे सहकर्मी-समीक्षित प्रकाशित सामग्री की विशेषज्ञता से लैस होते हैं। क्या एक एआई एजेंट वैज्ञानिकों के एक समूह की तुलना में किसी नए विचार पर अधिक सूक्ष्मता से विचार कर सकता है? क्या यह हमारे अंध स्थानों की पहचान कर सकता है? क्या यह भविष्य में एक सहकर्मी समीक्षक बन सकता है? क्या यह वास्तव में प्रयोगशाला में, विज्ञान की गड़बड़ियों में काम कर सकता है? क्या कोई एआई वास्तव में शुरू से अंत तक एक वैज्ञानिक पेपर लिख सकता है, विचार उत्पन्न कर सकता है, उसे विकसित कर सकता है, उसे सुसंगत तरीके से लिख सकता है? हम निश्चित रूप से रोमांचक बौद्धिक उथल-पुथल के समय में हैं। हम पूरी तरह से समझ नहीं पाए हैं कि एआई हमारी वास्तविकता के सभी आयामों को कैसे बदल देगा।