முகப்பு அறிவியல் கருந்துளைகள் 10 – கருந்துளைகள் கறுப்பா?

கருந்துளைகள் 10 – கருந்துளைகள் கறுப்பா?

95
0

இது ஒரு தொடர் பதிவு, மற்றைய பகுதிகளையும் படிக்க, கீழுள்ள லிங்க்கை கிளிக் செய்யவும்.

கருந்துளைகள் – அறிவியல் தொடர்

சாதாரண வாழ்வில், இங்கு பூமியில், நாம் அனுபவிக்கும் அல்லது பார்க்கும் விடயங்கள் அனைத்தும் பிரபஞ்சத்தில் நடக்கக்கூடிய, அல்லது அனுபவிக்ககூடிய விடயங்களில் ஒரு துளியளவே. நாம் பிறந்ததிலிருந்தே இந்த பூமியில் வாழ்வதால் நமக்கு தெரிந்த அனைத்தும் “போது அறிவு” உட்பட, எல்லாமே நமது மூளையால் பூமியின் இடத்தில் இருந்தே ஒப்பிடப்படும். நமது சந்திரனைப் பொறுத்தவரை, அதன் ஈர்ப்பு விசையானது பூமியைப் போல ஆறில் ஒரு பங்கு மட்டுமே. அதாவது இங்கு ஒரு மீட்டார் துள்ளக்கூடிய ஒருவரால் சந்திரனில் 6 மீட்டர்கள் துள்ளலாம். கற்பனை செய்து பாருங்கள், 6 மீட்டர் உயரத்துக்கு ஒருவர் அசால்ட்டாக தாவினால் எப்படி இருக்கும். ஸ்பைடர்மேனே தோற்றுவிடுவார் போல! நம்மைப் பொறுத்தவரை அது ஒரு அதிசயம் போலத்தான் ஏனென்றால் பூமியில் அப்படி பாய்ந்த ஒருவரும் இல்லை. நமது அறிவு, பூமியை சார்ந்தே இருக்கிறது!

இந்த பரந்து விரிந்த பிரபஞ்சத்தில் ஒரு துளியை விட சிறிதாக இருக்கும் எம்மை விட பல்வேறுபட்ட வித்தியாசமான உண்மைகள்/நிகழ்வுகள் உண்டு. எமக்கு அது அதிசயமாக இருந்தாலும், இயற்கையைப் பொறுத்தவரை எல்லாமே ஒன்றுதான்! இப்படி இருக்கும் பல்வேறு வித்தியாசமான வஸ்துக்களில், எமது இயல்பறிவுக்கு மிக மிக தொலைவில் இருக்கும் ஒரு விடயம் தான் இந்த கருந்துளைகள்.

சென்ற பதிவுகளில் நாம் விரிவாக, நேரம், காலம், இடம், ஈர்ப்பு சக்தி என்பனவெல்லாம் எவ்வாறு இந்த பிரபஞ்சத்தில் வெவ்வேறு இடங்களில் வெவ்வேறு வீதங்களில் தாக்கம் செலுத்துகிறது என்று பார்த்தோம். அவை நமது வழமையான, காலம், நேரம், இடம் என்பவற்றைவிட வேறுபட்டு தெரிந்திருக்கலாம். இயற்கையின் விளையாட்டில் இதுவும் ஒன்று. சரி கருந்துளைகளைப் பற்றிப் பார்ப்போம்.

நாம் ஏற்கனவே பார்த்ததுபோல, விண்மீனின் மையப்பகுதி, 3 சூரியத் திணிவை விட அதிகமாக இருப்பின், விண்மீன் பெருவெடிப்பின் பின்னர் எஞ்சும் மையப் பகுதியானது தனது சொந்த ஈர்ப்புசக்தியால் சுருங்கிச் செல்வதை இயற்கையில் உள்ள எந்தவொரு சக்தியாலும் தடுக்க முடியாது. இப்படி சுருங்கி செல்லும் இந்த கோளவடிவான மையப்பகுதி ஒரு கட்டத்தில், சுவர்ட்சில்ட் ஆரை அளவுள்ள கோளமாக சுருங்கியவுடன், அங்கு கருந்துளை பிறக்கிறது.

கருந்துளைக்கு இவ்வாறு நாம் வரைவிலக்கணம் கூறலாம்.

வெளி-நேரத்தில் இருக்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட இடம், இங்கு ஈர்ப்பு விசையின் அளவு மிக மிக அதிகமாக இருப்பதனால், ஒளியினால் கூட இவ்விடத்தில் இருந்து தப்பிக்க முடியாது. ஒளியை இங்கு குறிப்பிடக் காரணம், பிரபஞ்சத்தில் மிக மிக வேகமாக செல்லக்கூடியது ஒளிமட்டுமே, ஆக, அதனாலேயே இந்த கருந்துளையின் ஈர்ப்புவிசையில் இருந்து தப்பிக்க முடியாவிட்டால், பிரபஞ்சத்தில் உள்ள வேறு எதனாலும் தப்பிக்கமுடியாது! விண்மீன்களின் முடிவில் கருந்துளை ஒன்று பிறக்கலாம்.

கருந்துளையும் அதனைச் சுற்றியுள்ள பகுதிகளும் மிக அதிகமாக ஈர்ப்புவிசையை கொண்டிருப்பதனால், இவ்விடங்களில் இருக்கும் வெளி-நேரத்தின் பண்புகள் மிக மிக விசித்திரமாக இருக்கின்றன. இவற்றை கருத்தில் வைத்தே இந்த அளவுக்கு அதிகமான ஈர்ப்புவிசை கொண்ட பொருளை, “கருந்துளை” (Black hole) என முதன் முதலில் ஜான் வீலர் (John Wheeler) 1967 இல் அழைத்தார். அதுவே நல்ல கவர்சிகரமான பெயராக இருந்ததால், தொடர்ந்து அந்தப் பெயரே பிரபல்யமாகி விட்டது.

சுவர்ட்சில்ட் ஆரையில் என்னவிதமான மாற்றங்கள் இடம்பெறும் என்று நாம் ஏற்கனவே பார்த்து விட்டபடியால், நாம் மேற்கொண்டு கருந்துளைகளைகளின் இயல்புகளைப் பற்றிப் பார்க்கலாம்.

கருந்துளைகள் கருப்பா? ஒரு சின்ன கேள்வி தான்! கருந்துளைகள், விண்மீன்களைப் போல, ஒளியை வெளிவிடுவதில்லை ஆக, அவற்றை தொலைக்காட்டிகளை கொண்டு பார்க்கவோ, அறியவோ முடியாது. அவை கண்களுக்கு புலப்படாதவை. ஆனால் அவையென்றும் தங்களை முழுதாக மறைத்துக் கொள்ளவில்லை. இந்த கருந்துளைகளின் அளவுக்கதிகமான ஈர்ப்புவிசை, அதை சுற்றியுள்ள பொருட்களின் மீது செலுத்தும் செல்வாக்கை வைத்துக்கொண்டு எம்மால் இலகுவாக இந்த கருந்துளைகளை கண்டுகொள்ளமுடியும்.

எப்படி இந்த கருந்துளைகளை, வானியலாளர்கள் கருவிகளைக்கொண்டு அறிகிறார்கள் என்று பார்ப்போம்.

கருந்துளைகளை நேரடியாக அவதானிக்க முடியாவிட்டாலும், அதனருகில் உள்ள விண்மீன்களில் இருந்து வரும் ஒளி, எக்ஸ்-கதிர் மற்றும் ரேடியோ கதிர்களைக்கொண்டு அவதானிக்கும் வானியலாளர்கள், குறிப்பிட்ட விண்மீனின் வேகத்தை அளக்கின்றனர். பின்னர் இந்த வேகத்தை, ஈர்ப்புவிசை தொடர்பான சமன்படுகளோடு ஒப்பிட்டு பார்த்து, இந்த விண்மீனின் வேகத்தில் இருக்கும் மாறுதல்களுக்கான காரணத்தை கண்டறிகின்றனர். அதாவது, இந்த விண்மீன் ஒரு கருந்துளையை சுற்றி வருகிறது என்றால், இந்த விண்மீனின் வேகம் எவ்வாறு இருக்கும் என இந்த சமன்பாடுகள் நம்மக்கு சொல்கின்றன, இதை வைத்து குறிப்பிட்ட விண்மீன் ஒரு கருந்துளையை சுற்றி வருவத்தை வானியலாளர்களால் துல்லியமாக கூறமுடியும்.

அதுமட்டுமல்லாது, கருந்துளைகளை சுற்றி அளவுக்கதிகமான ஈர்ப்புவிசை இருப்பதனால், கருந்துளையின் ஈர்ப்பினால் அதனை நோக்கி வரும் பிரபஞ்ச தூசு துணிக்கைகள், வளைவுந்த்தின் காரணமாக கருந்துளையைச் சுற்றி ஒரு தட்டுப் போல ஒரு அமைப்பை (accretion disk) உருவாக்குகின்றது, இந்த துணிக்கைகள் மற்றும் வாயுக்களால் ஆன அமைப்பு மிக மிக வேகமாக சுழன்றுகொண்டே கருந்துளையை நோக்கி விழுவதால் உருவாகும் அழுத்த சக்தியால் இந்த துணிக்கைகளும் வாயுவும் அளவுக்கதிகமான வெப்பநிலையை அடைகின்றன. இப்படி கருந்துளையின் மேற்பரப்புக்கு அண்மைய பகுதியில் உருவாகும் அதிகூடிய வெப்பநிலை பெரும்பாலும் எக்ஸ்-கதிர்களாக வெளியிடப்படுகின்றன. இந்த எக்ஸ்-கதிர்களை அவதானிப்பதன் மூலமும் எம்மால் கருந்துளைகளை கண்டுகொள்ளமுடியும்.

கருந்துளையில் இருந்து வெளிவரும் எக்ஸ் கதிர்வீச்சு
கருந்துளையில் இருந்து வெளிவரும் எக்ஸ் கதிர்வீச்சு

சரி கருந்துளையின் பண்புகள் என்று பார்த்தால், ஒரு திடமான கருந்துளை ஒன்றுக்கு மூன்றுவிதமான அடிப்படை பண்புகள் உள்ளன.

  1. திணிவு (mass)
  2. மின் ஏற்றம் (electric charge)
  3. சுழல் உந்தம் (angular momentum) – அதாவது எவ்வளவு வேகமாக கருந்துளை சுழல்கிறது என்று வைத்துக்கொள்ளலாம்.

ஒரு கருந்துளைக்கு இந்த மூன்று பண்புகள் மட்டுமே உண்டு என “முடியில்லாக் கோட்பாடு” (no-hair theorem) கூறுகிறது. அதாவது இதைத் தவிர மேலதிகமான பண்புகள் இந்த கருந்துளை உருவாகும் போது இருந்திருந்தாலும், இந்த வஸ்துக்கள் அனைத்தும் இப்போது இந்த கருந்துளையால் கபளீகரம் செய்யப்பட்டு விட்டதால், அதாவது கருந்துளையின் நிகழ்வு எல்லைக்குள் (event horizon) அவை சென்றுவிட்ட பின்னர், கருந்துளைக்கு வெளியில் இருக்கும் வெளி-நேரத்தில் அவை எந்தவிதமான செல்வாக்கும் செலுத்துவதில்லை. ஆக, இந்த மூன்று பண்புகள் மட்டுமே கருந்துளை ஒன்றுக்கு இருக்கக்கூடிய மற்றும் நாம் அவதானிக்கக்கூடிய பண்புகளாகும். எப்படி இருந்தாலும் இந்த முடியில்லாக் கோட்பாடு இன்னும் பூரணமாக கணித ரீதியாக நிருபிக்கப்படவில்லை. அதேபோல இது தவறு என்றும் ஒருவராலும் நிருபிக்கப்படவில்லை. ஆகவே இது கொஞ்சம் சிக்கலுக்குரிய விடயம் தான். இருந்தும் அதிகமான இயற்பியலாளர்களும், கணிதவியலாலர்களும் இந்த முடியில்லாக் கோட்பாடுக்கு ஆதரவாகவே இருக்கின்றனர்.

இந்தக் கோட்பாட்டின் படி, நாம் இரண்டு கருந்துளைகளை ஒப்பிட்டுப் பார்க்கும் போது, இரண்டும், ஒரே அளவான திணிவையும், ஒரே ஏற்றத்தையும் மற்றும் ஒரே மாதிரியான சுழல் உந்தத்தையும் கொண்டிருப்பின், அவை இரண்டும் ஒத்த கருந்துளைகள் எனப்படும் – அதாவது ட்வின்ஸ் என்று நினைத்துக்கொள்ளுங்கள். அவற்றை வேறுபடுத்தி பிரித்து இனங்கான முடியாது!

ஒரு பொருள் கருந்துளைக்குள் விழுந்தால் என்ன நடக்கும்? அந்தப் பொருளுக்கு என்ன மாற்றம் நடக்கும்? அந்தக் கருந்துளைக்கு என்ன மாற்றம் நடக்கும்? பார்க்கலாம்.

படங்கள்: இணையம்