கருந்துளைகள் 11 – கருந்துளைகள் பலவகை, அதில் ஒவ்வொன்றும் ஒருவகை

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

கருந்துளைகள் – அறிவியல் தொடர்

நாம் இதுவரை பார்த்த மாதிரிகளில், கருந்துளை ஒன்று விண்மீனின் முடிவில் உருவாகலாம் என்று பார்த்தோம். விண்மீன்களின் முடிவில் தான் ஒரு கருந்துளை உருவாகவேண்டும் என்று ஒரு விதியும் இல்லை, ஆனால் மிகத் திணிவான விண்மீனின் (சூரியனைப் போல 20 மடங்குக்கு மேல்) முடிவானது ஒரு கருந்துளை உருவாகுவதற்கு தேவையான காரணிகளை உருவாகுகிறது. சிலவேளைகளில், மிக மிக அடர்த்தியான பிரபஞ்ச வஸ்துக்கள், தங்களின் ஈர்ப்பு விசையால் நெருங்கி வரும் போது, அவற்றின் மொத்த திணிவினால் உருவாகிய ஈர்ப்புவிசை அந்த வஸ்துக்களால் கட்டுப்படுத்த முடியாவிடில், அவை சுருங்கத்தொடங்கி கருந்துளையாக மாற சந்தர்ப்பமும் உண்டு.

கருந்துளைகளைப் பொறுத்தவரை, அளவை அடிப்படையாக கொண்டு நாம் அவற்றை மூன்று வகையாக பிரிக்கலாம்.

1. விண்மீனளவு கருந்துளைகள் (stellar mass black holes)
2. மிகப்பாரிய கருந்துளைகள் (supermassive black holes)
3. நுண்ணிய கருந்துளைகள் (miniature black holes)

விண்மீனளவு கருந்துளைகள்

இவை சாதாரணமாக விண்மீன்களின் முடிவில் ஏற்படும் சூப்பர்நோவாவின் பின்னர் உருவாகும் கருந்துளைகள். இவை சூரியனைப்போல ஐந்து மடங்கு திணிவில் இருந்து ஐம்பது அல்லது நூறு மடங்குக்குள் திணிவுள்ளதாக இருக்கும். விண்மீன்களின் முடிவில் பிறக்கும் இந்த கருந்துளைகளைப் பற்றி நாம் நிறைய விடயங்களை தெரிந்து வைத்துள்ளோம்.

பொதுவாக இவ்வகையான கருந்துளைகளை அவதானிப்பது மிக மிக கடினம், அதிலும் தனியாக இருக்கும் வின்மீனளவு கருந்துளைகளை அவதானிப்பது என்பது குதிரைக்கொம்பு. ஆக நாம் கண்டுள்ள இந்த வகையான கருந்துளைகள் பெரும்பாலும் இரட்டை விண்மீன் தொகுதிகளில் இருப்பவையே.

இரட்டை விண்மீன் தொகுதி என்பது இரண்டு விண்மீன்கள் ஒன்றை ஒன்று சுற்றிவரும் அமைப்பாகும். சூரியனைப் பொறுத்தவரை அது தனிப்பட்ட விண்மீன், ஆனால் பிரபஞ்சத்தில் பெரும்பாலான விண்மீன்கள் இரட்டைத் தொகுதிகளாகவே காணப்படுகின்றன.

இப்படி இரண்டு விண்மீன்கள் ஒன்றை ஒன்று சுற்றிவரும்போது, ஒன்று கருந்துளையாகிவிட்டால், எம்மால் இதனை இலகுவாக கண்டுகொண்டுவிட முடியும். அதாவது இரண்டு விண்மீன்கள் ஒன்றை ஒன்று சுற்றுவது போல இருக்கும், ஆனால் தொலைக்காட்டி மூலம் அவதானிக்கும் போது, அங்கே ஒரே ஒரு விண்மீன் மட்டுமே தெரியும். எக்ஸ்கதிர் தொலைக்காட்டி மூலம், மற்றைய மறைந்துள்ள விண்மீன் இருக்கும் இடத்தை அவதானிக்கும் போது அங்கே ஒரு எக்ஸ்கதிர் முதல் ஒன்று இருப்பதை காணக்கூடியவாறு இருக்கும். இதன்மூலம் அந்த மற்றைய விண்மீன் ஒரு கருந்துளை என்பதனை அறிந்துகொள்ளலாம்.

ஆனால் அதிலும் ஒரு சிக்கல் உண்டு, பெரும்பாலும் மற்றைய விண்மீன் ஒரு நியூட்ரான் விண்மீனாகவும் இருக்கவும் வாய்ப்புக்கள் அதிகம். ஏனெனில் கருந்துளைகள் அல்லது நியூட்ரான் விண்மீன்கள் ஆகியவை உருவாகும் அடிப்படை ஒரே மாதிரி இருப்பதாலும், அதனைச் சுற்றி இயங்கும் அமைப்புக்கள் ஒரே மாதிரி இருப்பதும் மேலும் அவை ஒரேமாதிரியாக எக்ஸ்கதிர்களை வெளிவிடுவதாலும், மற்றும் இரண்டுமே மிக மிக சிரிதாக இருப்பதாலும் அதிகளவான ஈர்ப்புவிசையை தன்னைச் சுற்றியுள்ள வெளிநேரத்தில் செலுத்துவதால் இந்த குழப்பம் ஏற்படும்.

எப்படி இருப்பினும், கருந்துளையை விட, நியூட்ரான் விண்மீன்களுக்கு என்று சில தனிப்பட்ட பண்புகள் உண்டு.

முதலாவது, அளவுக்கதிகமான காந்தப்புலம், நாம் ஏற்கனவே அளவுக்கதிகமான காந்தப்புலத்தை நியூட்ரான் விண்மீன்கள் கொண்டுள்ளன என்று பார்த்துள்ளோம், அதிலும் மிகையான காந்தபுலம் கொண்ட நியூட்ரான் விண்மீன்கள் மக்னடார் எனப்படும் என்றும் பார்த்துள்ளோம்.

இரண்டாவது, இந்த நியூட்ரான் விண்மீன்கள் சுழலும்போது, அதன் பாகங்கள் வேறுபட்ட சுழற்சி வேகத்தை காட்டும், அதாவது துருவங்கள் குறிப்பிட்ட வேகத்திலும், மத்திய பகுதி இன்னுமொரு வேகத்திலும் சுழலும், இது differential rotation அல்லது வேறுபட்ட சுழற்சி (அல்லது வேறுபட்ட பகுதிச் சுழற்சி எனவும் அழைக்கலாம்) எனப்படும். (நமது சூரியன், வியாழன் மற்றும் சனியிலும் இந்த “வேறுபட்ட சுழற்சி” இடம்பெறுகிறது எனபது குறிப்பிடத்தக்கது.) ஆனால் கருந்துளையைப் பொறுத்தவரை இப்படிப்பட்ட வேறுபட்ட சுழற்சி இல்லை. கருந்துளைகளுக்கு வெறும் மூன்று பண்புகளே உள்ளன என முதலில் நாம் பார்த்தோம்.

இப்படிப்பட்ட பண்புகளை இந்த இரட்டை விண்மீன் தொகுதில் உள்ள அந்த மறைவான விண்மீன் காட்டும்போது, அது ஒரு நியூட்ரான் விண்மீன் என உறுதி செய்யப்படும், அப்படி இல்லையேல் அது ஒரு கருந்துளையே!

மிகப்பாரிய கருந்துளைகள்

இவை சூரியனைப் போல பல பில்லியன் மடங்கு திணிவானவை. விண்மீனளவு கருந்துளைகளைப் போல அல்லாது இவை விண்மீன் பேரடைகளின் மையங்களில் இருக்கின்றன.

பொதுவாக இந்த பாரிய கருந்துளைகள் எப்படி உருவாகின்றது என்று இன்றுவரை ஒரு திடமான ஆராய்ச்சி முடிவில்லை, ஆனால் பெரும்பாலான வானியலாளர்கள் பின்வரும் கருத்தை முன்வைகின்றனர்.

விண்மீன் பேரடையின் மையத்தில் தோன்றும் பெரியளவான விண்மீனளவு கருந்துளைகள், கொஞ்சம் கொஞ்சமாக தன்னைச் சுற்றிவரும் தூசுகள், வாயுக்கள் மற்றும் ஏனைய விண்மீன்கள் போன்றவற்றை விழுங்கி கொஞ்சம் கொஞ்சமாக பெரிதாகிக்கொண்டே வரும். அதுமட்டுமல்லாது, மற்றைய விண்மீனளவு  கருந்துளைகளுடன் ஒன்றிணைந்து ஒரு பெரிய கருந்துளையாக உருவெடுக்கும். இதைவிட வேறுபட்ட மாதிரிகளும் இந்த மிகப்பாரிய கருந்துளைகள் எவ்வாறு உருவாகின்றன என்று சொல்கின்றன.

நமது விண்மீன் பேரடையான பால்வீதியின் மையத்தில் தனுசு எ* (Sagittarius A*) எனப்படும் மிக அடர்த்தியான ரேடியோ முதலானது ஒரு கருந்துளையாக இருக்கும் என வானியலாளர்கள் கருதுகின்றனர். பூமியில் இருந்து 26,000 ஒளியாண்டுகள் தூரத்தில் இருக்கும் இதனது விட்டம் (diameter) 44 மில்லியன் கிலோமீட்டர்கள் ஆகும். இது நமது சூரியனைப் போல கிட்டத்தட்ட 4 மில்லியன் மடங்கு திணிவானது.

முக்கியமான விடயம் என்னவென்றால், இந்த தனுசு எ*, மிகப்பாரிய கருந்துளைகள் என்ற வகையினுள் இருக்கும் ஒரு சிறிய கருந்துளை, ஆம் மிகப்பாரிய கருந்துளை என்ற பெயருக்கே இழுக்கு வருமளவு சிறியது இது!

நமக்கு அருகில் இருக்கும் விண்மீன் பேரடைகளில் இருக்கும் மிகப்பாரிய கருந்துளைகளின் அளவுகளை வானியலாளர்கள் அளந்துள்ளனர், அவற்றைப் பற்றிப் பார்ப்போம்.

நமக்கு மிக அருகில் இருக்கும், அதாவது நமக்கு 2.5 மில்லியன் ஒளியாண்டுகள் தூரத்தில் இருக்கும் அன்றோமீடா பேரடையின் மையத்தில் இருக்கும் பாரிய கருந்துளையானது கிட்டத்தட்ட 150-250 மில்லியன் சூரியத்திணிவு அளவானது. பலே பாஸ்கரா! ஆனால் இதையும் விழுங்கிவிடும் அளவுக்கு மேலும் பெரிய கருந்துளைகள் உண்டு.

இங்கிருந்து 55 மில்லியன் ஒளியாண்டுகள் தொலைவில் இருக்கும் மெஸ்சியர் 87 எனப்படும் ஒரு பெரிய விண்மீன் பேரடையின் மையத்தில் இருக்கும் கருந்துளை, 6.4 பில்லியன் சூரியத் திணிவுள்ளது (6400 மில்லியன் சூரியத் திணிவு).

NGC 3842 என்னும் விண்மீன் பேரடையின் மத்தியில் இருக்கும் பாரிய கருந்துளை 9.7 பில்லியன் சூரியத்திணிவுள்ளது.

நாம் இதுவரை அவதானித்ததிலே, மிகப்பெரிய கருந்துளை S5 0014+81 என்ற குவஸார் எனப்படும் அமைப்பில் இருக்கிறது, இது கிட்டத்தட்ட 40 பில்லியன் சூரியத் திணிவுகளை கொண்டுள்ளதாக வானியலாளர்கள் கருதுகின்றனர். அப்படியென்றால் நம் சூரியனைப் போல 40 பில்லியன் மடங்கு திணிவானது. இந்தப் பிரபஞ்சம் கொஞ்சம் பெரிதுதான்!

நுண்ணிய கருந்துளைகள்

இவை மிக மிக சிறிய, அதாவது அணுவைவிட சிறிய கருந்துளைகள். இன்றுவரை இவை எந்தவொரு ஆய்வின் மூலமும் நிருபிக்கப்படவில்லை. குவாண்டம் இயற்பியலின் அடிப்படையில் அனுமானிக்கப்பட்ட இந்தக் கருந்துளைகள், ப்ரோட்டான் அளவிருக்கலாம்.

இந்தப் பிரபஞ்சம் 13.7 பில்லியன் வருடங்களுக்கு முன் பெருவெடிப்பில் உருவாகியபோது இருந்த அளவுக்கதிகமான வெப்பநிலையும் அழுத்தமும் இப்படியான கருந்துளைகளை உருவாக்கி இருக்கலாம்.

இன்றுவரை இவை இருப்பதற்கான எந்தவொரு சாட்சியங்களும் இல்லதாதிருந்தாலும், கூடிய விரைவிலேயே இந்தப் பிரச்சினைக்கு ஒரு தீர்வு வந்துவிடும் என இயற்பியலாளர்கள் கருதுகின்றனர்.

அதாவது, எம்மிடம் இருக்கும் LHC போன்ற அதி சக்திவாய்ந்த துணிக்கை முடுக்கிகளைப் (particle accelerators) பயன்படுத்தி, இப்படி நுண்ணிய கருந்துளைகள் இருக்கின்றனவா இல்லையா என்ற ஒரு தீர்கமான முடிவை இனி வரும் வருடங்களில் எப்படியும் தீர்மானித்துவிட முடியும்.

1970 களில் ஸ்டீபன் காவ்கிங் (Stephen Hawking) கருந்துளைகள் பற்றிய ஆராச்சியில் ஈடுபட்டு, கருந்துளைகள் ஒருவிதமான கதிர்வீச்சை வெளியிடும் என அறிவித்தார், இன்று அது ஹாவ்கிங் கதிர்வீச்சு என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த நுண்ணிய கருந்துளைகளும் இவ்வாறான கதிவீச்சை வெளியிடவேண்டும். அது மட்டுமல்லாது, காவ்கிங், இப்படியான நுண்ணிய கருந்துளைகள், நமது பால்வீதியை சுற்றி நிறைய இருக்கவேண்டும் என்றும் தெரிவித்தார்.

ஆக, இந்த காவ்கிங் கதிர்வீச்சை தேடி ஆராய்வதன் மூலமும் இப்படியான நுண்ணிய கருந்துளைகள் இருக்குமா என எம்மால் அறிந்துகொள்ள முடியும்.

கவ்கிங் கதிர்வீச்சைப் பற்றி நாம் பின்பு இன்னும் தெளிவாக பார்க்கலாம். கவலை வேண்டாம்.

நாம் எப்படி இந்த கருந்துளைகள் அறிவியலாளர்கள் வகைப் படுத்தியுள்ளனர் என்று பர்ர்தோம். இதைத் தவிரவும், சுழலும் கருந்துளைகள், நிலையான கருந்துளைகள் என்றும் சில வகைகள் உண்டு.

கருந்துளைகளின் பண்புகளைப் பார்க்க முன்னர், அவற்றின் வகைகளைப் பார்க்கவேண்டியது கட்டாயம் என்பதனாலேயே நாம் இங்கு வகைகளைப் பற்றிப் பார்க்கிறோம். ஏனென்றால் இந்த வகைகளுக்கு ஏற்ப, கருந்துளைகளின் பண்புகள் மாறும், ஆக இனி இந்தப் பண்புகளைப் பற்றிப் பார்க்கும் போது உங்களுக்கு தெளிவாக எந்தக் கருந்துளைகளைப் பற்றி நான் குறிப்பிடுகின்றேன் என தெளிவாக விளங்கும்.

மேலும் பயணிப்போம் கருந்துளைகளை நோக்கி.

படங்கள்: இணையம்