ব্ল্যাক হোলের দীর্ঘস্থায়ী রহস্যের উন্মোচন - SciEduBD.com

ব্ল্যাক হোল সম্পর্কে আমাদের বৈপ্লবিক পরিবর্তন।

তিনজন বিজ্ঞানী যাদের গবেষণা ব্ল্যাক হোল সম্পর্কে আমাদের বোধগম্যতায় বৈপ্লবিক পরিবর্তন এনেছে তাকে ২০২০ সালের পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার দেওয়া হয়েছে।

ব্ল্যাক হোল মহাবিশ্বের সবচেয়ে রহস্যময় বস্তুর মধ্যে একটি। নাক্ষত্রিক ব্ল্যাক হোল হল, সংক্ষেপে বলতে গেলে, বিশাল নক্ষত্রের অবশিষ্টাংশ যা তাদের জীবনচক্রের শেষ প্রান্তে পৌঁছেছে এবং স্থানকালের এমন একটি অঞ্চলে ভেঙে পড়েছে যা অবিশ্বাস্যভাবে ঘন। মহাকর্ষ বল এত শক্তিশালী যে কিছুই - এমনকি আলোও নয় - এর পৃষ্ঠ থেকে পালাতে পারে না এবং সময় এবং স্থানের নিয়মগুলি বিকৃত হয়ে যায়।

Impression of a Quasar

প্রায় এক শতাব্দী আগে তাদের ভবিষ্যদ্বাণী করার পর থেকে, জ্যোতির্বিজ্ঞানী এবং জ্যোতির্পদার্থবিদরা এই অদ্ভুত এবং রহস্যময় বস্তুগুলি সম্পর্কে আরও জানতে সংগ্রাম করেছেন। এটি কোনও ছোট কৃতিত্ব ছিল না এবং এর জন্য প্রজন্মের বিজ্ঞানীদের উত্সর্গ এবং প্রচেষ্টার প্রয়োজন হয়েছে। উত্তরের চেয়ে আরও প্রশ্ন রয়ে গেছে। কিন্তু তারা এখন পর্যন্ত যা শিখেছে তা ইতিমধ্যেই আমরা যে মহাবিশ্বে বাস করি এবং এটিকে নিয়ন্ত্রণ করে সেগুলি সম্পর্কে অনেক কিছু প্রকাশ করেছে।

তাদের অস্তিত্বের তাত্ত্বিক করার পরে, বিজ্ঞানীরা 20 শতকের শেষার্ধে এই বস্তুগুলির ইঙ্গিত দেখতে শুরু করেছিলেন। তাদের চারপাশের স্থানের উপর তাদের প্রভাব অধ্যয়ন করে, তারা পরোক্ষভাবে সনাক্ত করতে সক্ষম হয়েছিল যে ব্ল্যাক হোলগুলি কোথায় থাকে। আজ, অনেক জ্যোতির্বিজ্ঞানী বিশ্বাস করেন যে বেশিরভাগ ছায়াপথের কেন্দ্রে একটি সুপারম্যাসিভ ব্ল্যাক হোল (SMBH) রয়েছে এবং এতে মিল্কিওয়ে অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। 

এ বছর পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার পেয়েছেন তিনজন বিজ্ঞানী যারা ব্ল্যাক হোল গবেষণার ক্ষেত্রে বিশেষভাবে প্রভাব ফেলেছেন। পুরস্কারের এক অর্ধেক খ্যাতিমান ব্রিটিশ গাণিতিক পদার্থবিজ্ঞানী রজার পেনরোজকে দেওয়া হয়েছিল যিনি - ক্যালটেক বিজ্ঞানী কিপ থর্নের ভাষায় - "গাণিতিক সরঞ্জামগুলিতে বিপ্লব ঘটিয়েছেন যা আমরা স্থানকালের বৈশিষ্ট্য বিশ্লেষণ করতে ব্যবহার করি।"

পুরস্কারের বাকি অর্ধেক জ্যোতির্বিজ্ঞানী আন্দ্রেয়া গেজ এবং রেইনহার্ড জেনজেলকে দেওয়া হয়েছিল, যারা উভয়েই 1990 সাল থেকে গোষ্ঠীর নেতৃত্ব দিয়েছেন যারা গ্যালাকটিক কেন্দ্রের কাছাকাছি তারার কক্ষপথ ম্যাপ করেছে। এই গবেষণাগুলি ঘেজ এবং জেনজেলকে এই সিদ্ধান্তে পৌঁছেছে যে একটি অত্যন্ত বিশাল বস্তু - ধনু A* (Sgr A*) নামে পরিচিত - নক্ষত্রের গতিবিধি নির্দেশ করছে, এইভাবে আমাদের ছায়াপথের মূল অংশে একটি SMBH এর অস্তিত্বের জন্য সবচেয়ে বাধ্যতামূলক প্রমাণ প্রদান করে .

নোবেল পুরষ্কার কমিটি তিনজন ব্যক্তিকেই এমন কৃতিত্বের জন্য স্বীকৃতি দিয়েছে যা বহু দশক আগে চলে যায় এবং মহাবিশ্ব সম্পর্কে আমাদের বোঝার বিপ্লব ঘটিয়েছে। পদার্থবিজ্ঞানের নোবেল কমিটির চেয়ারম্যান ডেভিড হ্যাভিল্যান্ড বলেছেন :

“এই বছরের বিজয়ীদের আবিষ্কারগুলি কম্প্যাক্ট এবং সুপারম্যাসিভ বস্তুর গবেষণায় নতুন ভিত্তি ভেঙে দিয়েছে। কিন্তু এই বহিরাগত বস্তুগুলি এখনও অনেক প্রশ্ন উত্থাপন করে যা উত্তরের জন্য ভিক্ষা করে এবং ভবিষ্যতের গবেষণাকে অনুপ্রাণিত করে। শুধুমাত্র তাদের অভ্যন্তরীণ গঠন নিয়েই প্রশ্ন নয়, ব্ল্যাক হোলের আশেপাশে চরম পরিস্থিতিতে কীভাবে আমাদের মাধ্যাকর্ষণ তত্ত্ব পরীক্ষা করা যায় সে বিষয়েও প্রশ্ন রয়েছে।”

যাইহোক, এই তিন ব্যক্তি যা সম্পন্ন করেছেন তার প্রতি সত্যিকারের ন্যায়বিচার করার জন্য আমাদের স্বীকার করতে হবে যা আমাদেরকে ইতিহাসের এই পর্যায়ে নিয়ে এসেছে।

ব্ল্যাক হোলের সংক্ষিপ্ত ইতিহাস

1915 সালে, কিংবদন্তি পদার্থবিজ্ঞানী আলবার্ট আইনস্টাইন তার আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্বকে আনুষ্ঠানিকভাবে রূপ দেন। এই তত্ত্বটি ছিল কয়েক দশকের মূল্যবান গবেষণার সমাপ্তি, যা আইনস্টাইন 1905 সালে বিশেষ আপেক্ষিকতা প্রস্তাব করার পরপরই শুরু করেছিলেন। এটি আলোর আচরণ ব্যাখ্যা করার জন্য নিউটনের গতির সূত্রকে ইলেক্ট্রোডাইনামিকসের সাথে সংশ্লেষিত করেছিল। 

বিখ্যাত সমীকরণ, E=mc² এর জন্য সবচেয়ে বেশি পরিচিত , বিশেষ আপেক্ষিকতা স্থান এবং সময়ের নতুন ধারণার প্রস্তাব করে পদার্থবিজ্ঞানের জন্য একটি নতুন কাঠামোর সূচনা করেছে, এবং এটি প্রতিষ্ঠা করেছে যে পদার্থ এবং শক্তি বিচ্ছিন্ন সত্তা নয় (যেমন পূর্বে চিন্তা করা হয়েছিল), কিন্তু একই রকমের বিভিন্ন অভিব্যক্তি। বাস্তবতা 

পরের দশ বছরে, আইনস্টাইন এই বৈপ্লবিক তত্ত্বকে সম্প্রসারণ করতে চেয়েছিলেন নিউটনের সার্বজনীন মাধ্যাকর্ষণ সূত্রের সাথে সামঞ্জস্য করার আশায়, যেটি জ্যোতির্পদার্থবিদ্যার ক্ষেত্রে কম পড়তে শুরু করেছিল। 

যেখানে নিউটনের তত্ত্ব মাধ্যাকর্ষণকে বৃহদাকার বস্তুর মধ্যে পারস্পরিক আকর্ষণের বল হিসেবে বর্ণনা করেছে (যা সেই বস্তুর ভরের সমানুপাতিক), আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিক তত্ত্ব জোর দিয়েছিল যে ভরের মধ্যে মহাকর্ষীয় প্রভাব স্থানকালের উপর তাদের প্রভাবের ফলাফল। 

সংক্ষেপে, আইনস্টাইন যুক্তি দিয়েছিলেন যে বিশাল বস্তুগুলি স্থানকালের বক্রতাকে পরিবর্তন করে, যা তাদের আশেপাশে কীভাবে বস্তুর গতিবিধি নির্দেশ করে। আইনস্টাইনের ক্ষেত্র সমীকরণের সাথে, এই তত্ত্বটি স্থান এবং সময়ের (যা একই বাস্তবতার দুটি অভিব্যক্তি) সম্পর্কে আমাদের বোঝার বিপ্লব ঘটিয়েছে এবং বেশ কিছু জ্যোতির্বিদ্যা/মহাজাগতিক ঘটনার পূর্বাভাস দিয়েছে। এর মধ্যে রয়েছে:

• একটি মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রের ধীরগতির উপলব্ধি (মহাকর্ষীয় সময় প্রসারণ)।

• 2016 সালে প্রথমবারের মতো LIGO অবজারভেটরি দ্বারা নিশ্চিত করা হয়েছে যে মহাকর্ষীয় তরঙ্গগুলি স্থান-সময়ে লহর তৈরি করতে বিশাল বস্তুগুলি একত্রিত হয়।

• মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রগুলি দূরবর্তী বস্তু থেকে আসা আলোকে বাঁকবে এবং বড় করবে (মহাকর্ষীয় লেন্সিং)।

• কৃষ্ণ গহ্বর।

1916 সালে, জার্মান জ্যোতির্বিজ্ঞানী কার্ল শোয়ার্জচাইল্ড আইনস্টাইনের ক্ষেত্র সমীকরণের একটি সমাধান প্রকাশ করেছিলেন যা একটি গোলাকারভাবে প্রতিসম, অ-ঘূর্ণায়মান ভরের চারপাশে স্থানকালের বক্রতা বর্ণনা করেছিল ("শোয়ার্জচাইল্ড মেট্রিক " নামে পরিচিত)। সংক্ষেপে, তিনি অনুমান করেছিলেন যে একটি পর্যাপ্ত কম্প্যাক্ট ভর স্থানকালকে উল্লেখযোগ্যভাবে বিকৃত করতে পারে। 

এই দ্রবণের একটি অংশ, যা ব্যাসার্ধ স্থাপন করে একটি বিশেষভাবে-বৃহৎ বস্তুকে এই প্রভাবে পৌঁছানোর জন্য প্রয়োজন, শোয়ার্জশিল্ড ব্যাসার্ধ নামে পরিচিত । এই সমীকরণটিকে গাণিতিকভাবে  R S = 2GM/c 2 হিসাবে বর্ণনা করা হয়েছে , যেখানে R S হল ব্ল্যাক হোলের কেন্দ্র এবং এর বাইরের প্রান্তের (ইভেন্ট হরাইজন) মধ্যবর্তী ব্যাসার্ধ, G হল মহাকর্ষীয় ধ্রুবক, M হল বস্তুর ভর, এবং c হল আলোর গতি। 

1930 এর দশকের মধ্যে, ভারতীয়-আমেরিকান জ্যোতির্পদার্থবিজ্ঞানী সুব্রহ্মণ্য চন্দ্রশেখর অস্থির না হয়ে একটি শ্বেত বামন নক্ষত্রের সর্বাধিক ভরের গণনা করেছিলেন। তিনি যুক্তি দিয়েছিলেন যে কোনও সাদা বামন নক্ষত্র যে এই সীমা অতিক্রম করবে, একটি ব্ল্যাক হোলে ভেঙে পড়বে। এই গণনাগুলি " চন্দ্রশেখর সীমা " হিসাবে পরিচিত হয়েছিল , যা আমাদের সূর্যের ভরের প্রায় 1.4 গুণ।

1960 এর দশকে, যা সাধারণত "সাধারণ আপেক্ষিকতার স্বর্ণযুগ" হিসাবে পরিচিত, জ্যোতির্বিজ্ঞানী এবং জ্যোতির্পদার্থবিদরা অবশেষে ব্ল্যাক হোল অধ্যয়ন করতে সক্ষম হন। এই সময়েই "ব্ল্যাক হোল" শব্দটি আবির্ভূত হয়েছিল বলে জানা গেছে। এর আগে, বিজ্ঞানীরা অন্যান্য শব্দ ব্যবহার করতেন - যেমন "অন্ধকার তারা" বা "মহাকর্ষীয়ভাবে ভেঙে পড়া বস্তু" - তাদের বর্ণনা করতে।

বিজ্ঞান লেখক মার্সিয়া বার্টুসিয়াকের মতে, "ব্ল্যাক হোল" শব্দটি সর্বপ্রথম পদার্থবিজ্ঞানী রবার্ট এইচ ডিক প্রিন্সটনে 1960 সালে তার বক্তৃতার সময় ব্যবহার করেছিলেন, যেখানে তিনি ঘটনাটিকে কলকাতার ব্ল্যাক হোলের সাথে তুলনা করেছিলেন - 18 শতকের ভারতের একটি কুখ্যাত কারাগার। যা কাউকে ফেরত দিতে বলা হয়নি। আমেরিকান পদার্থবিজ্ঞানী জন হুইলার এর পরে এটিকে জনপ্রিয় করতে সাহায্য করেছিলেন এবং শব্দটি 1963/64 সাল নাগাদ মুদ্রিত হতে শুরু করে। 

যেহেতু ব্ল্যাক হোল স্বাভাবিক আলোতে অদৃশ্য এবং কিছুই তাদের পৃষ্ঠ থেকে এড়াতে পারে না, এই গবেষণাগুলি সবই পরোক্ষ ছিল। নিজেরা ব্ল্যাক হোল পর্যবেক্ষণ করার পরিবর্তে, জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের তাদের চারপাশের বস্তুর উপর তাদের প্রভাবের উপর ভিত্তি করে তাদের উপস্থিতি অনুমান করতে হয়েছিল।

তবুও, জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা এইভাবে অনেক কিছু শিখতে সক্ষম হয়েছিল, এবং এমনকি প্রথম সূত্রে হোঁচট খেতে শুরু করেছিল যা সুপারম্যাসিভ ব্ল্যাক হোল (এসএমবিএইচ) এর অস্তিত্বের ইঙ্গিত দেয়। যদিও দৃশ্যমান আলোতে পর্যবেক্ষণযোগ্য নয়, রেডিও জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা রেডিও উত্সগুলি লক্ষ্য করতে শুরু করেছিলেন যা আমাদের ছায়াপথের চেয়ে হাজার গুণ উজ্জ্বল ছিল। জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা শীঘ্রই বুঝতে পেরেছিলেন যে এই "অর্ধ-নাক্ষত্রিক বস্তু" (বা সংক্ষেপে কোয়াসার) আমাদের নিজস্ব সহ বেশিরভাগ বিশাল ছায়াপথের কেন্দ্রে ছিল।

যে গ্যালাক্সিগুলি তাদের প্রদর্শন করেছিল তারা তাদের কেন্দ্রীয় অঞ্চলে উল্লেখযোগ্যভাবে আরও শক্তিশালী ছিল, যার ফলে কোয়াসারের অধিকারী ছায়াপথগুলিকে বর্ণনা করার জন্য "অ্যাকটিভ গ্যালাকটিক নিউক্লিয়াস" (AGN) শব্দটি তৈরি হয়েছিল। সময়ের সাথে সাথে, জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা বুঝতে পেরেছিলেন যে এই বস্তুগুলি নাক্ষত্রিক ভরের জন্য খুব বড়, এবং তাই মহাকর্ষীয়ভাবে-কম্প্যাক্ট বস্তু (ব্ল্যাক হোল) হতে হবে। 

পরবর্তী দুর্দান্ত লাফটি ইন্টারফেরোমেট্রির বিকাশের সাথে এসেছিল, যেখানে একাধিক টেলিস্কোপ একটি বস্তু থেকে আলো ক্যাপচার করে এবং তারপর এটিকে একত্রিত করে আরও সম্পূর্ণ ছবি তৈরি করে। এই প্রক্রিয়াটি জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের পক্ষে ম্লান বস্তুগুলি সনাক্ত করা সম্ভব করে তোলে, যার মধ্যে রয়েছে ধ্বংসাবশেষ ডিস্ক যা সাধারণত ব্ল্যাক হোলের চারপাশে তৈরি হয়।

ইভেন্ট হরাইজন টেলিস্কোপের জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা এভাবেই ইতিহাসে একটি ব্ল্যাক হোলের প্রথম সরাসরি পর্যবেক্ষণ পরিচালনা করেছিলেন। 10 শে এপ্রিল, 2019 -এ, M87 সুপারজায়ান্ট উপবৃত্তাকার গ্যালাক্সির কেন্দ্রে SMBH-এর প্রথম ছবিগুলি বিশ্বের সাথে শেয়ার করা হয়েছিল (২য় পার্ট দেখুন)৷

ব্ল্যাক হোলের গঠন