क्वासर

एक ब्लैक होल जो इतनी तेज़ी से खाता है कि अपनी पूरी आकाशगंगा से ज़्यादा चमकता है

कदम-दर-कदम

एक तारा जो तारा नहीं था

1963 में मार्टेन श्मिट ने पाया कि 3C 273 नाम का एक धुंधला प्रकाश-बिंदु तारा नहीं था: लगभग 2 अरब वर्ष की यात्रा में फैलते ब्रह्मांड ने उसकी रोशनी को खींच दिया था।

3C 273 पहले रेडियो तरंगों के स्रोत के रूप में जाना गया, तीसरी कैम्ब्रिज सूची का 273वाँ। 1962 में चंद्रमा उसके सामने से गुज़रा, और उसकी रेडियो तरंगें ग़ायब होने का समय मापकर पता चला कि वह कहाँ है। वहाँ 13वें परिमाण का एक साधारण-सा तारा था, पास में एक धुंधली लकीर के साथ।

उसका स्पेक्ट्रम तब तक समझ नहीं आया जब तक श्मिट ने नहीं देखा कि यह हाइड्रोजन का जाना-पहचाना पैटर्न है, लाल की ओर लगभग 16% खिसका हुआ। ऐसा केवल ब्रह्मांड का फैलाव कर सकता था, तो उसकी रोशनी लगभग 2 अरब वर्ष से चल रही थी। इतनी दूर से इतनी चमकीली चीज़ अकल्पनीय रूप से शक्तिशाली होनी चाहिए थी। ऐसे पिंडों को अर्ध-तारकीय रेडियो स्रोत कहा गया: क्वासर।

सौ मिल्की वे से भी चमकीला

3C 273 4 खरब सूर्यों जितना चमकता है, पूरी मिल्की वे का लगभग सौ गुना, और कुछ ही दिनों में टिमटिमाता है: यह सारी रोशनी केवल कुछ प्रकाश-दिन चौड़े क्षेत्र से आती है।

3C 273 के चारों ओर एक विशाल दीर्घवृत्ताकार आकाशगंगा है, पर सामान्य तस्वीरों में वह अपने केंद्र की चकाचौंध में खो जाती है। केवल कोरोनाग्राफ़ से, जो केंद्र की रोशनी वैसे ढकता है जैसे ग्रहण में चंद्रमा सूर्य को, हबल 2024 में उसे साफ़ देख पाया।

अगर 3C 273 केवल 30 प्रकाश-वर्ष दूर होता, तो हमारे आकाश में सूर्य जितना चमकता। फिर भी उसकी रोशनी कुछ ही दिनों में बदलती है, और कोई चीज़ पूरी की पूरी एक साथ उससे तेज़ नहीं चमक सकती जितने में प्रकाश उसे पार करता है: स्रोत केवल कुछ प्रकाश-दिन चौड़ा है, लगभग हमारे सौर मंडल जितना।

आकाशगंगा एक विशाल दीर्घवृत्ताकार आकाशगंगा के सरल मॉडल से बनाई गई है; उसका केंद्र कितना ज़्यादा चमकीला है, यह माप के अनुसार है।

खाता हुआ ब्लैक होल

केंद्र में लगभग 26 करोड़ सूर्यों के द्रव्यमान का ब्लैक होल है। सर्पिल में गिरती गैस एक डिस्क में दबकर गर्म होती है, जब तक कि वह आकाशगंगा के सारे तारों से मिलकर भी ज़्यादा न चमकने लगे।

लगभग हर बड़ी आकाशगंगा के हृदय में एक अति-विशाल ब्लैक होल होता है, और अधिकांश शांत होते हैं। क्वासर वह है जिसे खिलाया जा रहा है: उसकी आकाशगंगा की गैस, अक्सर किसी दूसरी आकाशगंगा से टक्कर से हिलकर, उस पर इतनी तेज़ी से गिरती है कि वह निगल नहीं पाता।

गैस सीधे नहीं गिर सकती। नाली के चारों ओर पानी की तरह वह घूमकर एक चपटी डिस्क बनाती है, ख़ुद से रगड़ती है, ऊर्जा खोती है और गर्म होती हुई धीरे-धीरे अंदर की ओर सर्पिल में जाती है। ब्लैक होल की छाया और उसके चारों ओर मुड़ती रोशनी सामान्य सापेक्षता के अनुसार बनाई गई हैं; डिस्क की धारियाँ बनाई गई हैं।

सबसे प्रचंड रोशनी

ब्लैक होल के पास डिस्क ज़्यादातर पराबैंगनी में चमकती है। उसमें गिरना गैस के द्रव्यमान का लगभग दसवाँ हिस्सा रोशनी में बदल देता है: तारों में नाभिकीय संलयन से चौदह गुना ज़्यादा।

ब्लैक होल की ओर गिरता पदार्थ तेज़ और गर्म होता जाता है। जब तक डिस्क की गैस सबसे भीतरी स्थिर कक्षा तक पहुँचती है, जो क्षितिज के आकार की कुछ गुनी है, तब तक उसके द्रव्यमान का लगभग दसवाँ हिस्सा गर्मी और रोशनी बन चुका होता है, और ब्लैक होल तेज़ घूमे तो और भी ज़्यादा।

सूर्य हाइड्रोजन को हीलियम में मिलाते हुए जलाए गए द्रव्यमान का केवल 0.7% ऊर्जा में बदलता है। इसीलिए खाते हुए ब्लैक होल ब्रह्मांड की सबसे शक्तिशाली स्थिर रोशनियाँ हैं। डिस्क का जो हिस्सा हमारी ओर घूमता है वह ज़्यादा चमकीला और नीला दिखता है: प्रकाश की गति के बड़े अंश से चलती गैस अपनी रोशनी आगे की ओर फेंकती है।

पराबैंगनी अदृश्य है; डिस्क उसकी गर्मी के रंगों में बनाई गई है।

तेज़ कक्षाओं में बादल

और बाहर, गैस के बादल केंद्र से लगभग 145 प्रकाश-दिन दूर लगभग 3,000 किमी/सेकंड से घूमते हैं। 2018 में GRAVITY नाम के उपकरण ने उन्हें घूमते देखा, और इसी से ब्लैक होल तौला गया।

क्वासर की रोशनी में चौड़ी रेखाएँ दिखती हैं: हर तत्व के रंग फैल जाते हैं, क्योंकि उन्हें छोड़ने वाली गैस हज़ारों किलोमीटर प्रति सेकंड से चलती है, कुछ हमारी ओर और कुछ दूर। इन बादलों को उनके भीतर की डिस्क रोशन करती है।

2018 में GRAVITY ने, जो ESO के वेरी लार्ज टेलीस्कोप की चार 8-मीटर दूरबीनों को एक में जोड़ता है, मापा कि 3C 273 के आर-पार बादलों की रोशनी कहाँ से आ रही है और उन्हें घूमते देखा: एक ओर हमारी तरफ़ आते, दूसरी ओर दूर जाते। उस दूरी पर वे कितनी तेज़ी से घूमते हैं, इससे ब्लैक होल का द्रव्यमान मिलता है: लगभग 26 करोड़ सूर्य (GRAVITY Collaboration 2018)।

बादलों के रंग बनाए गए हैं: हमारी ओर आते नीले, दूर जाते लाल। उनका घूमना तेज़ किया गया है; असल में एक परिक्रमा में सदियाँ लगती हैं।

आकाशगंगा के पार एक जेट

कुछ गैस कभी नहीं गिरती। अक्ष के साथ लगभग प्रकाश की गति से फेंकी जाकर वह 2,00,000 प्रकाश-वर्ष लंबा जेट बनाती है, मिल्की वे की चौड़ाई से दोगुना।

ब्लैक होल के पास, घूमती डिस्क और ब्लैक होल द्वारा लपेटे गए चुंबकीय क्षेत्र थोड़ी गैस को अक्ष के साथ लगभग प्रकाश की गति से बाहर फेंकते हैं। लगभग दस में से एक क्वासर के जेट इतने तेज़ होते हैं कि रेडियो तरंगों में ख़ूब चमकें।

3C 273 का जेट साधारण हबल तस्वीरों में भी दिखता है, लगभग 2,00,000 प्रकाश-वर्ष लंबी एक लकीर। उसमें गाँठें प्रकाश से तेज़ बाहर भागती लगती हैं: यह भ्रम है, क्योंकि वे लगभग सीधे हमारी ओर लगभग प्रकाश की गति से चलती हैं, इसलिए उनकी रोशनी ठुँसी हुई पहुँचती है। हमसे दूर मुड़ा उसका जुड़वाँ देखने के लिए बहुत धुंधला है।

जेट हल्के नीले रंग में बनाया गया है, जैसा वह हबल की तस्वीरों में दिखता है।

सबसे चमकीला

ज्ञात सबसे चमकीला क्वासर, J0529-4351, 500 लाख करोड़ सूर्यों जितना चमकता है। उसका 17 अरब सूर्यों का ब्लैक होल हर दिन एक सूर्य से ज़्यादा गैस निगलता है।

J0529-4351 इतना चमकीला है कि दशकों तक आकाश-सर्वेक्षण उसे तारा मानते रहे। 2024 में क्रिश्चियन वुल्फ के नेतृत्व वाली टीम ने ESO के वेरी लार्ज टेलीस्कोप से दिखाया कि वह एक क्वासर है जिसकी रोशनी 12 अरब वर्ष से भी पहले चली थी।

उसका ब्लैक होल सूर्य के द्रव्यमान का लगभग 17 अरब गुना है और अब भी बढ़ रहा है। उसे खिलाने वाली डिस्क लगभग 7 प्रकाश-वर्ष चौड़ी है, ज्ञात सबसे बड़ी, और 500 लाख करोड़ से ज़्यादा सूर्यों जितनी चमकती है (वुल्फ व अन्य 2024)।

डिस्क अपने मापे गए आकार में बनाई गई है। उसके बीच ब्लैक होल की छाया इस पैमाने पर देखने के लिए बहुत छोटी है।

क्वासरों का युग

क्वासर लगभग 10 अरब वर्ष पहले सबसे ज़्यादा थे, जब आकाशगंगाएँ युवा और गैस से भरी थीं। अधिकांश का भोजन तब से ख़त्म हो गया है, और चमकीले क्वासर आज दुर्लभ हैं।

क्योंकि रोशनी को हम तक पहुँचने में समय लगता है, सबसे दूर के क्वासर सबसे पुराने भी हैं। हर दूरी पर उन्हें गिनने से पता चलता है कि 10 से 11 अरब वर्ष पहले चमकीले क्वासर आज से लगभग सौ गुना ज़्यादा आम थे।

तब आकाशगंगाएँ गैस से भरपूर थीं और अक्सर टकराती थीं, जिससे गैस उनके केंद्रों में धकेली जाती थी। जैसे-जैसे गैस तारों में खप गई या उड़ा दी गई, अधिकांश ब्लैक होल शांत हो गए। आज की कई विशाल आकाशगंगाएँ पुराने क्वासरों के सोए हुए ब्लैक होल लिए हुए हैं।

चार्ट सर्वेक्षणों द्वारा पाया गया आकार मोटे तौर पर दिखाता है। यहाँ क्वासर का मंद पड़ना बनाया गया है।

हमारा अपना ब्लैक होल

मिल्की वे का ब्लैक होल, सैजिटेरियस A*, 43 लाख सूर्यों जितना भारी है और मुश्किल से खाता है। पर आकाशगंगा के ऊपर और नीचे गामा किरणों के दो विशाल बुलबुले बताते हैं कि कुछ लाख वर्ष पहले वह भड़का था।

सैजिटेरियस A*, 3C 273 के ब्लैक होल से लगभग साठ गुना हल्का है और लगभग भूखा है: वह केवल कुछ सौ सूर्यों जितना चमकता है, ज़्यादातर रेडियो तरंगों और एक्स-किरणों में।

2010 में फर्मी अंतरिक्ष दूरबीन ने गामा किरणों के दो विशाल पिंड पाए, हर एक आकाशगंगा के केंद्र के ऊपर और नीचे लगभग 25,000 प्रकाश-वर्ष तक फैला। उनका आकार और रूप बताता है कि कुछ लाख वर्ष पहले केंद्र से एक विस्फोट हुआ था, शायद तब जब सैजिटेरियस A* ने आख़िरी बार भरपेट खाया।

बुलबुले आँख से अदृश्य हैं; यहाँ वे बैंगनी रंग में बनाए गए हैं। मिल्की वे एक सरल मॉडल से बनाई गई है।

कभी न हिलने वाले प्रकाश-स्तंभ

क्वासर इतने दूर हैं कि वे कभी हिलते नहीं लगते। खगोलविद उनमें से हज़ारों को स्थिर बिंदुओं की तरह उपयोग करते हैं, जिनके सापेक्ष आकाश की हर स्थिति मापी जाती है।

तारे आकाशगंगा में चलते हुए वर्षों में आकाश में खिसकते हैं। अरबों प्रकाश-वर्ष दूर क्वासर अपनी जगह टिके रहते हैं, इसलिए वे सबसे अच्छे निशान हैं।

अंतर्राष्ट्रीय खगोलीय संदर्भ ढाँचा, जिससे अंतरिक्ष यानों को दिशा दी जाती है और पृथ्वी के घूमने पर नज़र रखी जाती है, 4,536 दूर के रेडियो स्रोतों की स्थितियों पर बना है, जिनमें अधिकांश क्वासर हैं और जिन्हें दुनिया भर की रेडियो दूरबीनों ने मापा है (ICRF3, 2018)। गाया यान लगभग दो अरब तारों के अपने नक़्शे को लगभग 16 लाख क्वासरों से बाँधता है।

छल्ले क्वासरों को वैसे चिह्नित करते हैं जैसे कोई नक़्शा; उनके भीतर के बिंदु बनाए गए हैं।

इस कहानी के पिंड

TON 618