श्वेत विवर

ब्लैक होल का दर्पण-प्रतिबिंब: एक कैसे बनाया जा सकता है, और वह कैसा दिखेगा

एक परिकल्पना: भौतिकी काग़ज़ पर इसकी अनुमति देती है, पर किसी ने इसे कभी नहीं देखा। सब कुछ आज के सिद्धांत के अनुसार है।

कदम-दर-कदम

एक ब्लैक होल, उलटा चलाया गया

सामान्य सापेक्षता के समीकरण समय जिस भी दिशा में चले, एक जैसे काम करते हैं। किसी ब्लैक होल की कहानी को उलटा चलाइए और आपको श्वेत विवर मिलता है: कुछ ऐसा जिसमें कुछ भी नहीं जा सकता और जो पदार्थ बाहर फेंकता है।

ब्लैक होल वह जगह है जहाँ से कुछ भी, प्रकाश भी, बाहर नहीं निकल सकता। आइंस्टाइन के समीकरणों को समय की दिशा की परवाह नहीं, इसलिए उनका एक दर्पण-हल है: श्वेत विवर, जिससे चीज़ें निकलती हैं और जिसमें कुछ नहीं जा सकता। इगोर नोविकोव ने 1964 में सुझाया कि ऐसी वस्तुएँ सचमुच हो सकती हैं।

दूर से दोनों एक जैसे दिखते हैं। श्वेत विवर के बाहर का गुरुत्वाकर्षण उतने ही द्रव्यमान के ब्लैक होल के बाहर जैसा ही है, इसलिए प्रकाश उसके चारों ओर उसी तरह मुड़ता है और ग्रह उसकी उसी तरह परिक्रमा करते। अंतर किनारे पर है: ब्लैक होल के क्षितिज पर सब अंदर जाता है, श्वेत विवर के क्षितिज पर सब बाहर आता है।

श्वेत विवर कभी नहीं मिला। यहाँ सब कुछ सिद्धांत है: चित्र दस सूर्यों वाला ब्लैक होल है, 59 किमी आर-पार, और आगे वही है जो समीकरण उसके दर्पण-प्रतिबिंब के बारे में कहते हैं।

एक नक्शा, चार क्षेत्र

अकेले ब्लैक होल के लिए आइंस्टाइन के समीकरणों के पूरे हल में चार क्षेत्र हैं: हमारा ब्रह्मांड, एक ब्लैक होल, एक श्वेत विवर और एक और ब्रह्मांड। श्वेत विवर अतीत में है, ब्लैक होल भविष्य में।

1960 में क्रुस्कल और सेकेरेस को ब्लैक होल के चारों ओर के अंतरिक्ष का पूरा नक्शा मिला। एक ऐसे आरेख के रूप में बनाएँ जिसमें प्रकाश हमेशा 45 अंश पर चलता है, तो यह एक वर्ग है जिसे उसके दो विकर्ण चार त्रिभुजों में बाँटते हैं। हमारा ब्रह्मांड दाईं ओर है और समय ऊपर चलता है।

हमारे ब्रह्मांड से जो कुछ गिरता है वह ऊपर के क्षेत्र, ब्लैक होल, में चला जाता है। श्वेत विवर से जो कुछ कभी निकला वह नीचे के क्षेत्र से, अतीत में, निकला। हमारे ब्रह्मांड से कुछ भी श्वेत विवर में नहीं जा सकता, क्योंकि उसका मतलब समय में पीछे जाना होगा।

ढहते तारे से बने ब्लैक होल में श्वेत-विवर क्षेत्र नहीं होता: तारे की सतह नक्शे को काट देती है, और श्वेत विवर तथा दूसरा ब्रह्मांड वहाँ कभी नहीं होते। इसीलिए श्वेत विवर को अपनी कहानी चाहिए कि वह कैसे बन सकता है।

एक कैसे बनाया जा सकता है

कोई ज्ञात चीज़ एक नहीं बनाती। एक विचार: ढहता तारा उस सबसे घनी अवस्था तक पहुँचता है जिसकी क्वांटम गुरुत्वाकर्षण अनुमति देता है, उछलता है, और ब्लैक होल श्वेत विवर बन जाता है। उछाल बनाकर दिखाया गया है।

आइंस्टाइन का सिद्धांत कहता है कि ब्लैक होल में पदार्थ अनंत घनत्व वाले एक बिंदु में ढह जाता है, जिस पर लगभग कोई विश्वास नहीं करता। लूप क्वांटम गुरुत्वाकर्षण, गुरुत्वाकर्षण को क्वांटम भौतिकी से जोड़ने का एक प्रयास, कहता है कि अंतरिक्ष को किसी न्यूनतम आकार से नीचे नहीं दबाया जा सकता, इसलिए ढहना रुकता है और उछलता है: एक प्लांक तारा।

दूसरा विचार पुराना है। नोविकोव ने 1964 में सुझाया कि प्रारंभिक ब्रह्मांड के कुछ क्षेत्र प्रसार से पीछे रह गए और देर से श्वेत विवर बनकर फूटे। रोवेली और विदोत्तो ने 2018 में तर्क दिया कि वाष्पित ब्लैक होलों के नन्हे अवशेष श्वेत विवर हो सकते हैं जो डार्क मैटर का एक हिस्सा बनाएँ। कोई भी देखा नहीं गया।

सेकंड का आखिरी हज़ारवाँ हिस्सा

जब कोई तारा ब्लैक होल में ढहता है, तो उसकी सतह, दूर से देखने पर, क्षितिज की ओर रेंगती है, लाल पड़ती है और दस सूर्यों के लिए हर चौथाई मिलीसेकंड में e गुना धुँधली होती है (एम्स और थॉर्न, 1968)। उलटा चलाने पर यह खुलता हुआ श्वेत विवर है: एक अँधेरी तश्तरी, फिर एक धुँधली लाल चमक जो तेज़ होकर नीली-सफ़ेद हो जाती है।

यह एक सटीक हल है, धूल के गोले के ढहने का उलटा चलना (ओपेनहाइमर और स्नाइडर, 1939)। तारे की सतह छाया से बाहर आती, पहले ठीक क्षितिज पर और फिर ऊँची और ऊँची, जब तक पूरी छाया प्रकाश से न भर जाए।

तो छाया देर तक काली नहीं रहती: जो प्रकाश फँस जाता वह श्वेत विवर से बाहर आ सकता है। इस चरण का हर हिस्सा समीकरणों से बनाकर दिखाया गया है। किसी ने ऐसा कुछ नहीं देखा।

यह टिक नहीं सकता

श्वेत विवर में कुछ नहीं गिर सकता, पर उसके पास की हर चीज़ कोशिश करती है। 1974 में ईर्डली ने दिखाया कि उसकी ओर गिरता प्रकाश उसके किनारे पर जमा होता, बिना सीमा ऊर्जा पाता और उसे ब्लैक होल बना देता।

श्वेत विवर का क्षितिज केवल छोड़ा जा सकता है, उलटी दिशा में कभी पार नहीं किया जा सकता। पर बाहर से पदार्थ और प्रकाश फिर भी उसके गुरुत्वाकर्षण से खिंचकर उसकी ओर बढ़ते हैं और अंदर नहीं जा सकते। इसलिए वे क्षितिज पर जमा हो जाते हैं, बंद फाटक के आगे यातायात की तरह।

श्वेत विवर से निकलते पदार्थ की दृष्टि से देखें तो देर से आए इन लोगों की भीड़ दब जाती है और बिना सीमा नीली दिशा में खिसक जाती है। डगलस ईर्डली ने 1974 में दिखाया कि सबसे कमज़ोर गिरावट भी इतनी ऊर्जा लाती है कि श्वेत विवर ब्लैक होल में ढह जाए। उसी वर्ष ज़ेल्दोविच, नोविकोव और स्टारोबिंस्की को क्वांटम प्रभावों से दूसरी अस्थिरता मिली।

इसीलिए शाश्वत श्वेत विवर की अपेक्षा नहीं की जाती: यदि एक बनता, तो अल्पजीवी होता। यहाँ बनाया हल्का नीला आवरण गिरते प्रकाश को दर्शाता है; उसे देखा नहीं जा सकता।

एक श्वेत विवर जो आप बना सकते हैं

आप तरंगों के लिए श्वेत विवर बना सकते हैं। 2011 में वाइनफर्टनर और सहयोगियों ने पानी की नहर में तेज़ धारा के विरुद्ध तरंगें भेजीं: जहाँ धारा उनसे आगे निकल गई, वे रुक गईं, जैसे श्वेत विवर के किनारे पर प्रकाश।

पानी पर तरंगें अपनी लंबाई पर निर्भर गति से चलती हैं। पानी को एक चिकने उभार पर तेज़ बहाइए, और धारा के विरुद्ध जाती लंबी तरंगें तब तक धीमी होती हैं जब तक धारा उनकी गति के बराबर न हो जाए। वहाँ वे आगे नहीं जा सकतीं: एक किनारा जिसे तरंगें पार नहीं कर सकतीं, प्रकाश के लिए श्वेत विवर के क्षितिज की तरह।

उस किनारे पर लंबी तरंगें छोटी तरंगों में बदल जाती हैं, जो श्वेत विवर पर प्रकाश के साथ होने वाली बात का अनुरूप है। ज़िल्के वाइनफर्टनर की टीम ने 2011 में इसे मापा (फ़िज़िकल रिव्यू लेटर्स) और पाया कि रूपांतरण में वह ऊष्मीय स्वभाव था जिसकी हॉकिंग विकिरण के लिए भविष्यवाणी की जाती है। रूसो और सहयोगियों ने 2008 में एक टंकी में ऐसा ही रूपांतरण देखा था।

यह असली श्वेत विवर नहीं है: न गुरुत्वाकर्षण, न प्रकाश, केवल पानी। पर गणित वही है, इसीलिए ऐसी टंकियाँ ब्लैक और श्वेत विवरों के विचारों को परखने में काम आती हैं। यहाँ की तरंगें और धारा बनाकर दिखाई गई हैं।

क्या महाविस्फोट एक श्वेत विवर था?

सबसे बड़े पैमाने पर महाविस्फोट श्वेत विवर जैसा दिखता है: एक बिंदु से पदार्थ का फूटना। कुछ भौतिकविद मानते हैं कि हमारा ब्रह्मांड उस ब्लैक होल का भीतरी हिस्सा है जो उछला था। उछाल बनाकर दिखाया गया है।

ढहते धूल के गोले का भीतर उलटा चलता एक बंद ब्रह्मांड है, जैसा ओपेनहाइमर और स्नाइडर ने 1939 में पाया। उसे इसके बजाय आगे चलाइए और गोला एक फैलता ब्रह्मांड है जो एक बिंदु से शुरू होता है: एक महाविस्फोट। दोनों एक ही गणित हैं, हर एक दूसरे का दर्पण।

1972 में राज पाथ्रिया ने सुझाया कि हमारा ब्रह्मांड किसी बड़े ब्रह्मांड के ब्लैक होल का भीतरी हिस्सा हो सकता है। निकोडेम पोपलावस्की ने 2010 में एक रूप प्रस्तावित किया जिसमें स्पिन और मरोड़ हर ब्लैक होल के भीतर ढहना रोककर उसे एक नए फैलते ब्रह्मांड में उछाल देते हैं।

ये विचार हैं, परिणाम नहीं। जो हम माप सकते हैं उसमें कुछ भी इन्हें मानक महाविस्फोट से अलग नहीं करता, और असली ब्रह्मांड चारों ओर एक साथ फैलता है, एक जगह से फूटकर नहीं।

क्या किसी ने कभी एक देखा है?

नहीं। कुछ विचार कहते हैं कि नन्हे श्वेत विवर अभी तेज़ रेडियो विस्फोटों के रूप में चमक रहे हो सकते हैं, या डार्क मैटर बनकर छिपे, पर कोई संकेत किसी एक से जोड़ा नहीं गया। श्वेत विवर समीकरणों में ही है।

बैरो, रोवेली और विदोत्तो ने 2014 में सुझाया कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में बना ब्लैक होल आज श्वेत विवर में उछल सकता है और रेडियो तरंगों का एक विस्फोट छोड़ सकता है। तेज़ रेडियो विस्फोट, अज्ञात मूल की मिलीसेकंड की चमकें, जिनकी तरंगदैर्ध्य उनके अनुमान से बहुत दूर नहीं। यह उनके कारण के बारे में एक अनुमान है, पीछे कोई प्रमाण नहीं।

रोवेली और विदोत्तो ने 2018 में तर्क दिया कि प्लांक आकार के श्वेत विवर, जो नन्हे ब्लैक होलों के वाष्पित हो जाने पर बचते हैं, डार्क मैटर का एक हिस्सा बना सकते हैं। ऐसी वस्तुएँ सीधे देखने के लिए बहुत छोटी होतीं।

तो श्वेत विवर वहीं है जहाँ शुरू हुआ: समीकरणों में एक दर्पण-प्रतिबिंब, जिसकी ज़रूरत किसी प्रेक्षण को नहीं और जिसके टिकने न पाने का ठोस कारण है। टंकियाँ दिखाती हैं कि गणित सही है; प्रकृति कभी एक बनाती है या नहीं, यह अब भी खुला है।