ब्लैक होल कैसे बनते हैं

कैसे एक विशाल तारे का केंद्र अपने ही भीतर ढहकर ब्रह्मांड से कट जाता है

कदम-दर-कदम

एक अभिशप्त दानव

सूर्य से लगभग 20 गुना से ज़्यादा भारी तारे अपना जीवन इतने बड़े और घने केंद्रों के साथ ख़त्म करते हैं कि सामान्य सुपरनोवा का शुरू होना मुश्किल हो सकता है। कंप्यूटर मॉडल बताते हैं कि इनमें से बहुत से तारे फटते ही नहीं।

यह तारा N6946-BH1 पर आधारित है, 2.2 करोड़ प्रकाश-वर्ष दूर NGC 6946 आकाशगंगा का लगभग 25 सूर्यों वाला एक लाल महादानव। ग़ायब होने की घटनाओं की तलाश में हज़ारों ऐसे तारों पर नज़र रखने वाले खगोलविदों ने 2009 में इसे पकड़ा।

बाहर से यह किसी भी दूसरे फूले, ठंडे महादानव जैसा दिखता है: कुछ भी नहीं बताता कि इसका केंद्र क्या करने वाला है।

केंद्र जवाब दे देता है

सुपरनोवा की तरह, लोहे का केंद्र सेकंड के चौथाई हिस्से में ढहता और उछलता है, और लगभग 30 किमी चौड़ा न्यूट्रॉन तारा बनता है। एक आघात तरंग निकलती है, और अटक जाती है।

सब कुछ एक साधारण सुपरनोवा की तरह शुरू होता है: लोहे का केंद्र, जो अपने इलेक्ट्रॉनों के सहारे के लिए बहुत भारी है, अपने ही भीतर ढहता है और परमाणु के नाभिक जितना घना होते ही सख़्त हो जाता है। नया न्यूट्रॉन तारा अभी फूला और गरम है, और न्यूट्रिनो उड़ेल रहा है।

उछाल से बनी आघात तरंग सेकंड के कुछ सौवें हिस्से में अपनी ऊर्जा खो देती है और, ऐसे हर ढहाव की तरह, लगभग 150 किमी पर रुक जाती है। आगे जो होता है, वही तय करता है कि तारा फटेगा या नहीं।

सँभालने को बहुत ज़्यादा

यहाँ न्यूट्रिनो आघात को फिर से ज़िंदा नहीं कर पाते। गैस न्यूट्रॉन तारे पर बरसती रहती है, और वह लगभग एक सेकंड में सूर्य के द्रव्यमान के 1.8 गुने से 2.3 गुना हो जाता है।

सबसे घने केंद्रों में गैस इतनी तेज़ी से गिरती है कि न्यूट्रिनो की गर्मी आघात को फिर से बाहर नहीं धकेल पाती। आघात पीछे धँस जाता है, और तारे की भीतरी परतें लगभग आधी प्रकाश-गति से न्यूट्रॉन तारे पर टूट पड़ती हैं।

न्यूट्रॉन तारे को उसके न्यूट्रॉनों का दबाव थामे रखता है, जो परमाणुओं के नाभिकों जितने कसकर भरे हैं। इस दबाव की एक सीमा है: सबसे भारी ज्ञात न्यूट्रॉन तारा, PSR J0952-0607, सूर्य से 2.35 गुना भारी है, और कोई इससे बहुत भारी होने की उम्मीद नहीं।

सेकंड का हर दसवाँ हिस्सा और द्रव्यमान जोड़ता है। न्यूट्रॉन तारे का समय ख़त्म हो रहा है।

सीमा के पार

अब कोई बल उसे नहीं थाम सकता: वह लगभग सेकंड के दस-हज़ारवें हिस्से में ढह जाता है। उसके केंद्र में एक क्षितिज उभरता है और बाहर की ओर बढ़ता है, और गिरती सतह से ठीक तब मिलता है जब सतह क्षितिज के अंतिम आकार से गुज़रती है।

यह सबसे सरल ढहाव है जिसका सामान्य सापेक्षता ठीक-ठीक वर्णन करती है; इसे 1939 में रॉबर्ट ओपेनहाइमर और हार्टलैंड स्नाइडर ने निकाला था। क्षितिज कोई ऐसी चीज़ नहीं जिसे तारे का पदार्थ अपनी सतह पर बनाता है: यह उस क्षेत्र की सीमा है जिससे प्रकाश अब बाहर नहीं निकल सकता, और यह केंद्र में एक बिंदु के रूप में शुरू होता है।

सतह के भीतर जाते ही तारे का कुछ भी फिर कभी नहीं देखा जा सकता। उसका पदार्थ केंद्र की ओर गिरता रहता है, जहाँ सामान्य सापेक्षता एक विलक्षणता की भविष्यवाणी करती है: एक ऐसा बिंदु जहाँ भौतिकी के हमारे आज के नियम काम करना बंद कर देते हैं।

2.3 सूर्यों वाले न्यूट्रॉन तारे के लिए क्षितिज अंत में लगभग 14 किमी चौड़ा होता है।

जमा, लाल, ग़ायब

दूर से देखने पर सतह क्षितिज के पास आते-आते धीमी होती लगती है और कभी पूरी तरह उस तक नहीं पहुँचती। उसका प्रकाश और लाल व धुँधला होता जाता है, और सेकंड के हज़ारवें हिस्से में देखने को कुछ नहीं बचता।

क्षितिज के पास, दूर से देखने पर, समय बेहद खिंच जाता है, और बाहर चढ़ता प्रकाश अपनी ऊर्जा ज़्यादा से ज़्यादा खोता है। इसलिए दूर का प्रेक्षक ढहाव को लगभग रुकता हुआ देखता है, तारा क्षितिज के ठीक बाहर जमा हुआ। पर जमा हुआ तारा अदृश्य है: उसका प्रकाश हर साठ-दस लाखवें सेकंड में लगभग तीन गुना मंद पड़ता है।

एक लोकप्रिय दावे के पीछे का सच यही है कि ब्लैक होल में गिरता व्यक्ति ब्रह्मांड का पूरा भविष्य तेज़ी से गुज़रते देखेगा। ऐसा नहीं होगा: गिरता यात्री अपने ही समय के एक पल में क्षितिज पार कर लेता है और वहाँ कुछ ख़ास नहीं देखता। सिर्फ़ दूर के प्रेक्षक ही उसे पार करते कभी नहीं देखते।

एक तारा ग़ायब होता है

केंद्र का बाकी हिस्सा एक घंटे के भीतर भीतर गिर जाता है, और होल लगभग दस सूर्यों का हो जाता है। तारे की ढीली बँधी बाहरी परतें महीनों तक मंद चमकती हुई दूर चली जाती हैं; फिर देखने को कुछ नहीं बचता।

न्यूट्रिनो इतनी ऊर्जा ले जाते हैं कि तारा अचानक सूर्य के द्रव्यमान के कुछ दसवें हिस्से जितना हल्का हो जाता है। उसकी बाहरी परतें, जिन्हें गुरुत्व मुश्किल से थामे है, खिंचाव ढीला होता महसूस करती हैं और मंद चमकती हुई दूर चली जाती हैं: बाहर से यही एकमात्र संकेत है कि कुछ हुआ है।

2009 में खगोलविदों ने ठीक यही देखा: N6946-BH1 कुछ महीनों तक लगभग दस लाख सूर्यों जितना चमका, फिर फीका पड़ गया। 2015 तक हबल को दृश्य प्रकाश में वहाँ कुछ नहीं मिला जहाँ 25 सूर्यों वाला तारा था। बस गुनगुनी धूल की एक मंद अवरक्त चमक बची है।

यह अब तक का सबसे अच्छा उदाहरण है किसी तारे के सीधे ब्लैक होल में ढहने का, हालाँकि खगोलविद अभी भी जाँच रहे हैं कि कहीं कोई और चीज़ इसे न समझा दे।

एक ब्लैक होल

काली चकती उसकी छाया है, क्षितिज से लगभग ढाई गुना चौड़ी, क्योंकि बहुत पास आया प्रकाश पकड़ लिया जाता है। उसके ठीक बाहर पीछे के तारों का प्रकाश वलयों में मुड़ जाता है; छाया से सटा पतला चमकीला वलय वह प्रकाश है जिसने निकलने से पहले होल का चक्कर लगाया।

तारे का बस उसका द्रव्यमान, उसका घूर्णन और कोई विद्युत आवेश बचता है: ब्लैक होल की न कोई सतह होती है, न उसे अलग पहचानने वाली कोई और चीज़। एक जैसे द्रव्यमान और घूर्णन वाले दो ब्लैक होल बिल्कुल एक जैसे होते हैं।

हमारी आकाशगंगा में इस तरह बने लगभग दस करोड़ ब्लैक होल होने चाहिए। ज़्यादातर अकेले और अँधेरे हैं, और इन्हें खोजना लगभग नामुमकिन है।

पड़ोसी से पोषण

पास के किसी साथी तारे वाला ब्लैक होल उससे गैस खींचकर एक डिस्क बना सकता है। लाखों डिग्री तक गरम हुई डिस्क एक्स-किरणों में चमकती है: पहला खोजा गया ब्लैक होल, सिग्नस X-1, ऐसे ही पकड़ में आया।

सिग्नस X-1, 7,200 प्रकाश-वर्ष दूर, लगभग 41 सूर्यों वाले एक नीले महादानव की परिक्रमा करता 21 सूर्यों का ब्लैक होल है। इसकी एक्स-किरणें 1964 में मिलीं, और 1970 के दशक की शुरुआत तक साथी तारे की कक्षा ने दिखा दिया कि अदृश्य साथी ब्लैक होल के सिवा कुछ और होने के लिए बहुत भारी है।

भीतर की ओर सर्पिल में घूमती गैस अपने ही घर्षण से गरम होती है, और होल के पास प्रकाश-गति के अच्छे-ख़ासे हिस्से से चलती है। डिस्क का जो हिस्सा हमारी ओर आ रहा है वह दूर जाते हिस्से से ज़्यादा चमकीला दिखता है, और होल का गुरुत्व डिस्क के पीछे वाले हिस्से को मोड़कर नज़र में ले आता है।

2024 में गाया अंतरिक्ष यान ने गाया BH3 खोजा, सिर्फ़ 1,926 प्रकाश-वर्ष दूर 33 सूर्यों का ब्लैक होल, इस बात से कि वह अपने साथी तारे को कैसे घुमाता है। वह कुछ नहीं खा रहा, और अँधेरा है।

शहरों से दानवों तक

तारों से बने ब्लैक होल कुछ से लेकर कुछ दर्जन सूर्यों तक के होते हैं। आकाशगंगाओं के केंद्रों में दानव हैं: सैजिटेरियस A* चालीस लाख सूर्यों का है, M87* साढ़े छह अरब का, जिसका क्षितिज हमारे पूरे ग्रह तंत्र से चौड़ा है।

क्षितिज अपने द्रव्यमान के साथ-साथ बढ़ता है: हर सूर्य जितने द्रव्यमान पर लगभग 6 किमी चौड़ाई। सैजिटेरियस A* का क्षितिज लगभग 2.5 करोड़ किमी चौड़ा है; M87* का लगभग 38 अरब किमी, नेपच्यून की कक्षा से कई गुना चौड़ा।

कोई भी चीज़ काफ़ी छोटी दबा दी जाए तो ब्लैक होल बन जाएगी। सूर्य को 6 किमी चौड़ी गेंद में कुचलना होगा; पृथ्वी को सिर्फ़ 18 मिमी चौड़ी गेंद में, एक कंचे जितनी।

दानव इतने बड़े कैसे हुए, इस पर अभी शोध चल रहा है। वे गैस निगलकर और आपस में विलय करके बढ़ते हैं, पर जेम्स वेब अंतरिक्ष दूरबीन ने बिग बैंग के 50 करोड़ वर्ष से भी कम समय बाद लाखों सूर्यों वाले ब्लैक होल पाए हैं, जो शायद शुरू से ही बड़े जन्मे: बिना किसी तारे के, ढहते गैस बादलों से।

जब दो ब्लैक होल विलय करते हैं तो वे अंतरिक्ष को ही हिला देते हैं और गुरुत्वीय तरंगें भेजते हैं। 2015 से पृथ्वी पर डिटेक्टरों ने ऐसे सैकड़ों विलय पकड़े हैं।