கருந்துளையின் புகைப்படம்: ஏன், எதற்கு, எப்படி?

கடந்த சில நாட்களாகவே இணையம் பூராவும் கருந்துளையின் முதலாவது புகைப்படம் வெளியாகி பலரையும் ஆச்சரியத்தில் ஆழ்த்தி இருக்கிறது. கருந்துளைகளை பற்றி நியூட்டன் காலத்திலேயே கருத்துக்கள் இருந்தன. இருந்தாலும் அதன் முரட்டுத்தனமான பண்புகள் காரணமாக பலரும் அதனை இயற்கையில் இருக்கக்கூடிய ஒரு அம்சமாக கருதவில்லை.

பின்னர் ஐன்ஸ்டைனின் பொதுச்சார்புக் கோட்பாடு கருந்துளைக்கான பண்புகளுடன் கூடிய ஒரு பிரபஞ்சப் பொருள் இருக்கவேண்டும் என கூறியது. ஐன்ஸ்டைனே அதனை ஆரம்பத்தில் நம்பவில்லை, கோட்பாட்டில் உள்ள கணித முரண்பாடுகளால் இப்படியான முடிவுகள் வருகின்றது என்றே கருதினார். மேலும், அப்படி கருந்துளை இயற்கையாக இருந்தாலும், அதன் பண்பு காரணமாக (அதாவது இன்று பலரும் கருந்துளையை பார்க்க முடியாது என்று தவறாக நினைப்பது போல) கருந்துளையை எம்மால் அவதானிக்கவே முடியாது என்று அவர் நம்பினார்.

ஆனால் அதன் பின்னரான தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியும், இயற்பியல் வளர்ச்சியும், நேரடியாக கருந்துளை ஒன்றை அவதானிக்க முடியாவிட்டாலும், மறைமுகமாக அவதானிக்க வழிவகுத்தது.

அது எப்படி என்பதில் தொடங்கி, தற்போது நேரடியாக புகைப்படம் பிடித்தவரை இந்தக் கட்டுரையில் தெளிவாக பார்க்கலாம்.

சரி, முதலில் இலகுவான விளக்கத்துடன் தொடங்குவோம் வாருங்கள்.

கருந்துளை என்றால் என்ன?

திணிவுள்ள எல்லாப் பொருட்களுக்கும் ஈர்ப்புவிசை இருக்கும். நமது பூமிக்கும் அப்படி ஈர்ப்புவிசை இருப்பதால்தான் நாமெல்லாம் அதனுடன் ஒட்டி உறவாடுகிறோம். இல்லாவிட்டால், பூமி பயணிக்கும் வேகத்திற்கும், சுற்றும் வேகத்திற்கும் நாம் பூமியின் மேற்பரப்பில் இருந்து வீசியெறியப்பட்டிருப்போம்.

எனவே, பூமியில் இருந்து நான் கல் ஒன்றை எறிந்தால் நான் எறிந்த வேகத்தைப் பொறுத்து அது சற்று தூரம் மேலெழும்பி மீண்டும் என்னை நோக்கி வந்து என் தலையிலேயே விழலாம் என்பது உங்களுக்கு தெரிந்ததுதான்.

நான் ஒரு கல்லை எறியப்போகிறேன், ஆனால் அது மீண்டும் என்னை நோக்கி வராமல் பூமியின் ஈர்ப்பு விசையில் இருந்து விடுபட்டு அப்படியே மேலே சென்றுவிடவேண்டும் என்றால் நான் எவ்வளவு வேகமாக கல்லை எறியவேண்டும்? பூமியை பொறுத்தவரை நான் செக்கணுக்கு 11.2 கிமீ வேகத்தில் எறிந்தால் அந்தக் கல் மீண்டும் பூமியை நோக்கி வராது, அப்படியே மேலெழும்பி சூரியனின் ஈர்ப்புவிசைக்குள் கட்டுப்பட்டுவிடும்.

ஈர்ப்புவிசை இருக்கும் ஒவ்வொரு பொருளுக்கும் இந்த வேகம் இருக்கும். இதனை விடுபடு திசைவேகம் (escape velocity) என நாம் அழைக்கிறோம். ஒவ்வொரு பொருளின் திணிவுக்கும் ஏற்ப அதன் ஈர்ப்புவிசை மாறுபடும், அதற்கு ஏற்ப விடுபடு திசைவேகமும் மாறுபடும்.

திணிவு அதிகரிக்க விடுபடு திசைவேகமும் அதிகரிக்கும். கீழே உள்ள அட்டவணையில் சூரியத்தொகுதியில் இருக்கும் சூரியன், மற்றும் சில கோள்களுக்கு இருக்கும் விடுபடு திசைவேகத்தை குறிப்பிட்டுள்ளேன்.

இடம்	விடுபடு திசைவேகம் (கிமீ/செக்கன்)
சூரியன்	617.5
நிலவு	2.4
செவ்வாய்	5
வியாழன்	60
புளுட்டோ	1.2

(தகவல்: விக்கிபீடியா)

விடுபடு திசைவேகத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு நமக்கு ஒரு சந்தேகம் வரலாம். நமது சூரியனின் விடுபடு திசைவேகம் செக்கணுக்கு 618 கிமீ. தற்போது ஒரு விண்மீனை கற்பனை செய்துகொள்வோம், அதன் திணிவு மிக, மிக அதிகமாக இருந்து, அதன் விடுபடு திசைவேகம் ஒளியின் வேகத்திற்கு சமமாகவோ, அல்லது அதனைவிட அதிகமாகவோ இருந்தால் என்னவாகும்?

ஒளி துகள்களா? இல்லை அலையா?

பதினெட்டாம் நூற்றாண்டில் முதன்முதலில் மேலே கூறப்பட்ட கேள்வி எழுப்பப்பட்ட போது, ஒளியைப் பற்றி இரண்டு விதமான கருத்துக்கள் காணப்பட்டன. ஒன்று ஒளி என்பது தூகள்களால் ஆக்கப்பட்டது என்பது, அடுத்தது ஒளி அலையால் உருவானது என்பது.

இந்தக் இருமைக் கருத்துக்கான (அலை/துகள்) விடை 20 ஆம் நூற்றாண்டில் குவாண்டம் இயற்பியல் மூலம் விடையளிக்கப்பட்டது.

துகள்கள் என்றால் ஈர்ப்புவிசையால் பாதிக்கப்படும், அதுவே வெறும் அலை என்றால் அவை ஈர்ப்புவிசையால் பாதிக்கப்படாது. பதினெட்டாம் நூற்றாண்டில் பெரும்பாலான விஞ்ஞானிகள் ஒளியை அலையாகவே கருதியதால், ஒளியை மீண்டும் இழுத்துக் கொள்ளும் விண்மீனை பற்றிய கோட்பாடுகள் எடுபடவில்லை.

ஆனாலும், ஒளியை தூகள்களாக கருதிய விஞ்ஞானிகள் வேறுவிதமாக இந்த கருப்பு விண்மீன்களை பார்த்தனர்.

கல்லைப் போல ஒளியும் விழுமா?

ஆரம்பத்தில் மிகச் சக்திவாய்ந்த ஈர்ப்புவிசையைக் கொண்ட விண்மீன் ஒன்றில் இருந்துவரும் ஒளி விடுபடு திசைவேகத்தின் காரணமாக, கொஞ்சம் கொஞ்சமாக வேகம் குறைந்து மீண்டும் அந்த விண்மீனை நோக்கி விழுந்துவிடும். இப்படித்தான் அவர்கள் சிந்தித்தார்கள்.

இப்படித்தான் கடந்த சில நாட்களாக youtubeஇல் திடீரென அறிவியல் அறிஞர்களாகியவர்கள் கருந்துளை பற்றிய வீடியோ பதிவிடுகின்றனர். இது மிகத் தவறான விடையம்.

சார்புக் கோட்பாடு நமக்கு ஒளியின் வேகம் மாறிலி எனக் காட்டுகிறது. அதற்கு எமக்கு ஏராளமான ஆய்வு முடிவுகளும் இருக்கின்றன. எனவே ஒளியை கல்லைப் போல நினைத்து விண்மீனில் இருந்து அது புறப்பட்டு பின்னர் கொஞ்சம், கொஞ்சமாக அதன் வேகம் குறைந்து மீண்டும் அந்த விண்மீனை நோக்கி விழும் என்று கருதுவது தவறானது மட்டுமல்ல நாமறிந்த இயற்பியல் விதிகளுக்கும் முரணானது.

அப்போ கருந்துளை??!!

ஐன்ஸ்டைன் எமக்கு தந்த பொதுச் சார்புக் கோட்பாடு திணிவுக்கும், ஈர்ப்புவிசைக்கும் இடையில் இருக்கும் தொடர்பை தெளிவாக எடுத்துக் காட்டுகிறது. இன்னும் குறிப்பாக கூறவேண்டும் என்றால், தற்போதைக்கு ஈர்ப்புவிசைக்கு எம்மிடம் இருக்கும் சிறந்த கோட்பாடு என்றால் அது பொ.சா.கோ தான்.

மேலும் ஒளி என்பது மின்காந்த அலையின் ஒரு வடிவமே என்பதும், அவை அலையின் பண்புகளையும், துகள்களின் பண்புகளையும் கொண்டிருக்கிறது என்றும் இன்று நாமறிவோம் (குவாண்டம் இயற்பியல் மூலம் நாம் கண்டறிந்த பெரும் உண்மை). ஒளியின் துகள்களை நாம் ஒளியணு (photon) என அழைக்கிறோம். எனவே ஈர்ப்புவிசை ஒளியின் பாதையில் செல்வாக்கு செலுத்தும். சரி, இதனை மனதில் கொண்டு மேற்கொண்டு செல்வோம்.

பொ.சா.கோவின் படி திணிவு வெளி-நேரத்தை (space-time) வளைக்கும்! ஒளி இந்தப் பிரபஞ்சத்தில் நேர்கோட்டில் தான் பயணிக்க விரும்பும். ஆனால் அது பயணிக்கும் வெளி-நேரமே ஈர்ப்புவிசையால் வளைந்திருக்கும் போது, ஒளியும் அந்த வளைந்த பாதையையே பயன்படுத்தும்.

வெளி-நேரம் என்ற இரண்டும் சேர்ந்தே இருக்கும் ஒரு வஸ்து என்பது பொதுச் சார்புக் கோட்பாடு மூலம் நாம் தற்போது அறிகிறோம். அதாவது நேரம் என்பதும் இடம் என்பதும் வேறுபட்ட விடையங்கள் அல்ல. இரண்டுமே ஒன்றுடன் ஒன்று பிணைக்கப்பட்டவை. ஒரு துணியில் இருக்கும் வேறுபட்ட நூல்கள் என நீங்கள் கருதிக்கொள்ளலாம்.

திணிவு இருக்கும் எல்லாப் பொருளுக்கு அருகில் இருக்கும் வெளி-நேரமும் வளைந்ததிருக்கும். நமது சூரியன், பூமி என அனைத்துக்கும் அருகில் இருக்கும் வெளி-நேரம் வளைந்ததே காணப்படும். எவ்வளவு வளைகிறது என்பது அதன் திணிவைப் பொறுத்தது.

கருந்துளைகளை பொறுத்தவரையில் வெளி-நேரம் மிக அதிகமாக வளைந்துள்ளது. எந்தளவுக்கு என்றால், ஒரு கட்டதில், வெளி-நேரம் வளைந்து கருந்துளையின் உள்ளே சென்றுவிடும். இதனை நாம் நிகழ்வெல்லை (event horizon) என அழைக்கிறோம். எனவே கருந்துளைக்கு அருகில் வரும் ஒளியோ அல்லது கருந்துளையில் இருந்து உருவாகும் மின்காந்த அலைகளோ, நிகழ்வெல்லையை கடந்து உள்ளே செல்லும் பட்சத்தில் மீண்டும் வெளியே வரவே முடியாது.

கருந்துளை கருப்பாக இருப்பதற்கு காரணமும் இதுதான். ஒரு பொருளை நாம் பார்க்கவேண்டும் என்றால் அதில் ஒளிபட்டு தெறித்து எமது கண்களை/ காமெராவை அடையவேண்டும். ஆனால் அப்படி கருந்துளையை நோக்கிச் செல்லும் ஒளி அதில் பட்டு தெறிப்படையலாம், நிகழ்வெல்லைக்கு வெளியே பட்டு தெறிப்படைந்தவற்றில் சில மீண்டும் எம் கண்களுக்கு வந்தடையலாம். ஆனால், நிகழ்வெல்லையை கடந்து உள்ளே சென்ற ஒளி மீண்டும் வெளியே வார வழியே இல்லை.

நிகழ்வெல்லைக்கு உள்ளே வெளி-நேரம் உள்நோக்கியே வளைந்திருப்பதால், வெளி நோக்கி வருவதற்கு வழி இல்லை – கடல்லியே இல்லையாம் கேஸ் தான்.

அதான் கருந்துளை.

பார்க்கவே முடியாத கருந்துளையை படம்பிடிப்பது எப்படி?

பொதுச் சார்புக் கோட்பாடு மூலம் ஈர்ப்புவிசை பற்றி இயற்பியலாளர்கள் பலரும் இருபதாம் நூற்றாண்டின் பிற்பாதியில் தெளிவான விளக்கத்தை உருவாக்கிக்கொண்டனர். இதன் மூலம் கருந்துளை போன்ற பொருள் நிச்சயம் விண்ணில் இருக்கும் வாய்ப்பு அதிகம் என்கிற உண்மை புரிய ஆரம்பித்தது.

எனவே நேரடியாக அவதானிக்க முடியாத கருந்துளையை எப்படி தேடுவது என்கிற பிரச்சினைக்கு தீர்வுக்கான புதிய வழி முறைகளை கண்டறியத் தொடங்கினர்.

இதற்கு தொடக்கப்புள்ளியாக இருந்தது நியுட்ரோன் விண்மீன்களின் ஆய்வுதான். கருந்துளையைப் போலவே நியுட்ரோன் விண்மீன்களும் வெறும் கருத்தியல் கோட்பாடு என எண்ணிக்கொண்டிருந்த காலத்தில் பல்சார் வகை விண்மீன் கண்டறியப்படுகிறது.

பல்சார் என்பது மிக வேகமாக சுழலும் நியுட்ரோன் விண்மீன்.

கருந்துளையை போலவே நியுட்ரோன் விண்மீன்களும் அதிகூடிய ஈர்ப்புவிசை காரணமாக உருவானவை. எனவே பல்சார் இயற்கையில் இருக்கிறது என்றால் நிச்சயம் கருந்துளையும் இருப்பதில் ஆச்சர்யம் ஒன்றுமில்லை என விஞ்ஞானிகள் உணர்ந்தனர்.

இந்தக் கட்டுரை கருந்துளையை படம்பிடிப்பது எப்படி என்றும், தற்போது நாம் படமெடுத்த M87 கருந்துளையை பற்றியது என்பதாலும், பொதுவான கருந்துளை பற்றிய பல விடையங்களை நான் இங்கே தவிர்க்கிறேன். ஆனால் பரிமாணத்தில் கருந்துளைக்கு என்றே 14 பாகங்களைக் கொண்ட கட்டுரைத் தொடர் உள்ளது. அதனை நீங்கள் இங்கே வாசிக்கமுடியும்.

கருந்துளை என்பது மிகச் சக்திவாய்ந்த ஒரு விண்வெளி அரக்கன். அதனைச் சுற்றியிருக்கும் வெளி-நேரத்தையே பாம்புபோல வளைத்து வைத்திருக்கும் இந்த அரக்கன், அதற்கு அருகில் வரும் அனைத்தையும் விழுங்கிவிடும் கொடூரன் எனலாம்!

இந்த பசிதான் இயற்கையில் ஒழித்திருக்கும் கருந்துளையை நமக்கு வெளிச்சம் போட்டுக் காட்டும் வஸ்தாக அமையப்போகிறது.

கருந்துளைக்கு மிக அருகில் வரும் தூசுகள், ஏனைய விண்மீன்களின் வாயுக்கள் என்பன அதிகூடிய ஈர்ப்புவிசை காரணமாக வளைந்துள்ள வெளி-நேரத்தின் காரணமாக கருந்துளையைச் சுற்றிய பிரதேசத்தில் சிறைப்பட்டுவிடும். அதிலும் கருந்துளையின் நிகழ்வெல்லைக்குள் நுழையும் வாயுக்களும் தூசுகளும், மிக வேகமாக பயணிப்பதால் அங்கே உராய்வு விசை காரணமாக அதிகூடிய வெப்பநிலையில் எக்ஸ் கதிர் வீச்சு வெளிப்படுகிறது. பொதுவக கருந்துளை சுழலுமாயின் அதன் துருவங்களுக்குள் இருந்து எக்ஸ் கதிரால் உருவான ஜெட் போன்ற அமைப்பு வெளிப்படும். அதிலிருந்து அதிகளவில் ரேடியோ கதிர்வீச்சும் வெளிவரும்.

அஹா! எனவே கருந்துளை என்று ஒருவர் ஒரு இடத்தில் இருக்கிறார் என்றால் அங்கே நிச்சயம் அதி சக்திவாய்ந்த எக்ஸ் கதிர்வீச்சு / ரெடியோ கதிர்வீச்சு காணப்படும். எனவே விண்ணியலாளர்கள் கருந்துளையை தேடுவதை கைவிட்டுவிட்டு இந்த மிகச் சக்திவாய்ந்த எக்ஸ் கதிர், ரேடியோ கதிர் முதல்களை (x-ray / radio sources) தேடத் தொடங்கினர்.

Cygnus X-1 உம் புதிய பாதையும்

சூரியனில் இருந்து அண்ணளவாக 6070 ஒளியாண்டுகள் தொலைவில் இருக்கும் மர்ம நபர் தான் Cygnus X-1. வெறும் 300 கிமீ ஆரையை நிகழ்வெல்லையாக கொண்ட இந்த விண்பொருள் சூரியனைப் போல 14.8 மடங்கு திணிவானது! இவ்வளவு திணிவு, இவ்வளவு சிறிய அளவு எனும் போது, இது நிச்சயம் ஒரு கருந்துளையாக இருக்கவேண்டும் என பல விஞ்ஞானிகளும் கருதினர்.

பெரும்பாலும் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட முதலாவது கருந்துளை இதுதான். இதிலிருந்து வெளிவரும் அளவுக்கதிகமான எக்ஸ் கதிர்வீச்சே இதனை சோதனை செய்ய விஞ்ஞானிகளை தூண்டியது. 1971 இல் அதிகளவான ரேடியோ கதிர்வீச்சு வெளிவரும் பிரதேசத்தை இரண்டு விஞ்ஞானிகள் அவதானிக்கின்றனர். அது எங்கே என பின்பாயிண்ட் செய்யும் போது, அளவுக்கதிகமான எக்ஸ் கதிர்வீச்சு வெளிவரும் அதே பிரதேசம் என தெரியவருகிறது.

அங்கே ஒரு சுப்பர்ஜயன்ட் (super giant – மிகப்பெரிய அளவுள்ள விண்மீன் / அதிகூடிய திணிவு அல்ல.) வகை விண்மீன் ஒன்று இருப்பது எமக்கு முன்னரே தெரியும், ஆனால் சுப்பர்ஜயன்ட் வகை விண்மீன்கள் நாம் அவதானித்தளவு எக்ஸ் கதிவீச்சை வெளியிடக்கூடியவை அல்ல. எனவே விஞ்ஞானிகள் இந்த விண்மீனுக்கு அருகில் இன்னொரு சிறிய விண்மீன் இருக்கவேண்டும் என கருதினர். இந்த விண்மீன் தான் எக்ஸ் கதிர் முதலாக கருதப்படும் Cygnus X-1 ஆகும்.

கொஞ்சம் வேகமாக பாஸ்ட்போவர்ட் செய்வோம். எமது பாதுகாப்பான வளிமண்டலம் காரணமாக பூமியில் இருந்து விண்வெளியில் இருந்து வரும் எக்ஸ் கதிர்வீச்சை அவதானிக்கமுடியாது. எனவே விண்வெளியில் தொலைநோக்கியை அனுப்பி அங்கிருந்து எக்ஸ் கதிர்வீச்சி புகைப்படம் எடுக்கவேண்டும்.

நாசாவின் சந்திரா எக்ஸ் கதிர் அவதானிப்பகம் (Chandra X-ray Observatory), விண்மீன் வாழ்வியில் ஆய்வில் நோபல் பரிசு பெற்ற அமெரிக்க இந்தியத் தமிழரான சுப்பிரமணியன் சந்திரசேகரை கவுரவிக்கும் நோக்கோடு இந்த பெயரிடப்பட்டது.

சந்திரா அவதானிப்பகம் Cygnus X-1 ஐ எக்ஸ் கதிவீச்சில் புகைப்படம் எடுக்கிறது. புதிய ஆய்வுகள் Cygnus X-1 செக்கனுக்கு 790 தடவை சுழல்வதாக கூறுகிறது. இருப்பினும் இது கருந்துளை தானா என பூரணமாக நாம் இன்னும் முடிவுக்கு வரவில்லை.

எனவே மீண்டும் விடையத்துக்கு வருவோம்.

கருந்துளை ஒன்றை படமெடுப்பது எனபது நேரடியாக இருக்கவேண்டும் என இல்லை என்பதை நீங்கள் தற்போது விளங்கியிருக்கலாம்.

விண்மீன் பேரடைகளை இயக்கும் பெரும்திணிவுக் கருந்துளைகள்

பல விண்மீன் பேரடைகளின் ஆய்வுகள் அதன் மையத்தில் பெரும்பாலும் சூரியனின் திணிவைப் போல பல மில்லியன் தொடக்கம் பில்லியன் மடங்கு திணிவான மிகச் சிறிய பொருள் ஒன்று இருப்பதை கண்டறிந்துள்ளன. இவற்றில் இருந்து எக்ஸ் கதிர் மற்றும் ரேடியோ கதிர்வீச்சுக்கள் மிக உக்கிரமாக வெளிவருவதுடன் இவற்றுக்கு அருகில் இருக்கும் விண்மீன்கள் மீது இவை செலுத்தும் அதிகூடிய ஈர்ப்புவிசையையும் எம்மால் கணக்கிடக்கூடியதாக இருக்கிறது.

நமது பால்வீதியின் மையத்திலும் இப்படியான ஒரு பொருள் இருக்கிறது. இவற்றை கருந்துளை என எடுத்துக்கொள்வதைத் தவிர வேறு பொருட்களாக கருதுவதற்கு இப்படியான பண்புகளைக் கொண்ட வேறு ஒரு பொருளும் எமக்கு கோட்பாட்டு ரீதியாக கூடத் தெரியாது என்பதால் நாம் இதனை கருந்துளை என்றே கருதுகிறோம்.

விஞ்ஞானிகள் நமது பால்வீதியின் மையத்தில் இருக்கும் கருந்துளையை Sagittarius A* (Sgr A*) எனப் பெயரிட்டுள்ளனர். பூமியில் இருந்து அண்ணளவாக 26,000 ஒளியாண்டுகள் தொலைவில் இந்தக் கருந்துளை இருக்கிறது.

16 வருடங்களுக்கும் மேலாக இந்தப் பிரதேசத்தை கண்காணித்த விஞ்ஞானிகள், கண்களுக்கு புலப்படாத ஒரு மையப்புள்ளியை பல விண்மீன்கள் சுற்றி வருவதை அவதானிக்கின்றனர். அவற்றின் பாதையைக் கொண்டு அவற்றின் திணிவு மையத்தில் இருக்கும் பொருளின் திணிவையும் அளவையும் அளக்கமுடியும்.

பால்வீதியின் மையத்தில் இருக்கும் கருந்துளை சூரியனின் திணிவைப் போல 4.1 மில்லியன் மடங்கு திணிவானது என்று கணக்கிடப்பட்டுள்ளது.

மேலும், இந்த பெரும்திணிவுக் கருந்துளையை சுற்றி பல சிறிய கருந்துளைகளும் வலம்வரலாம் என்றும் அவதானிப்பு முடிவுகள் நமக்கு கூறுகின்றன. எனவே, இந்தப் பெரும்திணிவுக் கருந்துளை, பல சிறிய கருந்துளைகளை தன்னுடன் இணைத்துக் கொண்டு காலப்போக்கில் வளர்ந்த்திருக்கலாம்.

2018 இல் வெளியிடப்பட்ட ஆய்வு முடிவு Sgr A* ஒரு கருந்துளைதான் என்று நிறுவுகிறது.

சில விண்மீன் பேரடைகள் மிகச் சக்திவாய்ந்த மையப்பகுதியைக் கொண்டிருக்கும். இப்படியான விண்மீன் பேரடைகளின் மையத்தில் நிச்சயம் பெரும்திணிவுக் கருந்துளை இருக்கும்.

அப்படியொரு மிகச் சக்திவாய்ந்ததும், நமது பால்வீதியை விடப் பெரியதுமான ஒரு விண்மீன் பேரடைதான் M87!

பால்வீதி போலல்லாமல் M87 ஒரு சுப்பர்ஜயன்ட் நீள்வட்ட விண்மீன் பேரடை. அண்ணளவாக இதன் விட்டம் 240,000 ஒளியாண்டுகளாகும். பால்வீதியின் விட்டம் அண்ணளவாக 120,000 ஒளியாண்டுகள் என கணக்கிடப்பட்டுள்ளது, ஆனாலும், திணிவின் அடிப்படையில் நமது பால்வீதியின் மொத்த திணிவைப்போல 200 மடங்கிற்கும் அதிகமான திணிவை M87 கொண்டிருக்கலாம் என்கிறது ஆய்வு முடிவுகள்.

M87 – ஒரு அசூர விண்மீன் பேரடை

பூமியில் இருந்து 55 மில்லியன் ஒளியாண்டுகளுக்கு அப்பால் இருக்கும் இந்த விண்மீன் பேரடை வெர்கோ கொத்தில் (Vergo cluster) இல் இருக்கும் இரண்டாவது பிரகாசமான விண்மீன் பேரடை.

இந்த வி.பேரடை விசித்திரமானாது, ஏனென்று சொல்கிறேன். இந்த பேரடையில் இருந்து மின்காந்த அலைகளின் எல்லா அலைநீளங்களிலும் மிக, மிக அதிகளவில் கதிர்வீச்சு வெளிவருகிறது. அதிலும் குறிப்பாக ரேடியோ கதிர்வீச்சு!

அதுமட்டுமல்லாது இந்த பேரடையின் மையத்தில் இருந்து 5000 ஒளியாண்டுகள் நீளமான பிளாஸ்மா ஜெட் போன்ற அமைப்பு வெளிவருகிறது. அந்த அமைப்பு எம்மை நோக்கியே காணப்படுவது இன்னொரு அம்சம். எம்மை நோக்கிய பக்கத்திற்கு எதிர் புறத்திலும் இதேமாதிரியான நீளமான ஜெட் காணப்படுகிறது.

இந்த மிக நீளமான ஜெட் அமைப்புக்கு காரணம் வேறுயாராக இருக்கமுடியும்? அந்தக் கறுப்பு ஆடு கருந்துளைதான்!

இந்தக் கருந்துளையைத் தான் Event Horizon Telescope (இது இந்த தொலைநோக்கியின் பெயர் மட்டும்தான்) மூலம் விஞ்ஞானிகள் படமெடுத்துள்ளனர்.

2017 இல் சேகரிக்கப்பட்ட தரவின் அடிப்படையில் உருவாக்கப்பட்ட படமே 10, ஏப்ரல் 2019 இல் வெளியிடப்பட்டது.

M87* அசூர கருந்துளை

சரி, முதலில் இதன் மையத்தில் இருக்கும் கருந்துளையைப் பற்றி பார்த்துவிடுவோம். இதனை M87* என பெயரிட்டுள்ளனர்.

இந்தக் கருந்துளை நமது சூரியனைப் போல 6.5 பில்லியன் மடங்கு திணிவைக் கொண்டது. நாம் பார்த்த பொருட்களில் மிகத் திணிவான பொருட்களுள் இதுவும் ஒன்று எனலாம்.

முதலில் கருந்துளையின் பாகங்களுக்கு பெயரிடலாம். அதன் பின்னர் Event Horizon Telescope எப்படி கருந்துளையின் படத்தை எடுக்கப்போகிறது என்றும், எப்படி அந்தப் படம் வரப்போகிறது (அதான் நீங்கள் ஏற்கனவே இணையத்தில் பார்த்த புகைப்படம்!) என்றும் பார்க்கலாம்.

Singularity – ஒருமைப்புள்ளி

கருந்துளையின் மையப்புள்ளி இதுதான். இங்கே பருப்பொருள் ஒரு புள்ளியில் அடங்குகிறது – அதாவது இங்கே அடர்த்தி அல்லது ஈர்ப்புவிசைப் புலம் முடிவிலி ஆகும். கருந்துளையின் உள்ளே, அதாவது நிகழ்வெல்லைக்குள் செல்லும் அனைத்தும் ஒருமைப்புள்ளியை நோக்கியே செல்லும். ஈர்ப்புவிசையின் அளவு திணிவில் தங்கியிருப்பதாலும், அடர்த்தி திணிவில் தங்கியிருப்பதாலும், இங்கே இவை அனைத்தும் முடிவிலியாக இருப்பதால் இதிலிருந்து உருவாகும் வெளி-நேரம் சார்ந்த கோட்பாடுகள் அனைத்தும் ஒருமைப்புள்ளியில் பயனற்றுப்போகின்றன.

இந்த ஒருமைப்புள்ளி முடிவிலி அளவு சிறிது என்பதால் இங்கே ஐன்ஸ்டைனின் பொதுச் சார்புக்கோட்பாடோ அல்லது அது சொல்லும் ஈர்ப்புவிசை பற்றிய கோட்பாடோ எடுபடாது – இதற்கு நமக்குத் தேவை குவாண்டம் இயற்பியல் சார்ந்த கோட்பாடுகள்.

குறிப்பு: பல வருடங்களாக, ஏன், சாகும் வரை ஐன்ஸ்டீன் கூட இந்த குவாண்டம் ஈர்ப்புவிசைக் கோட்பாடை உருவாக்குவதிலேயே கவனம் செலுத்தினார். இன்றுவரை பூரணமான குவாண்டம் ஈர்ப்பியல் கோட்பாடு எம்மிடம் இல்லை.

கருந்துளையின் மையத்தில் இருக்கும் ஒருமைப்புள்ளியை எம்மால் அவதானிக்கவே முடியாது; ஏன்?

அதற்க்குக் காரணம் அதனைச் சுற்றியுள்ள நிகழ்வெல்லை.

Event horizon – நிகழ்வெல்லை

ஒருமைப்புள்ளியை சுற்றியிருக்கும் ஒரு எல்லை. கருந்துளையின் திணிவைப் பொறுத்து இதன் ஆரை அளவு அமையும். இந்த ஆரைக்குள் செல்லும் பருப்பொருட்களோ அல்லது சக்தியோ மீண்டும் வெளியே வரவே முடியாதளவிற்கு ஈர்ப்புவிசை கொண்ட பிரதேசம்.

கருந்துளையின் கறுப்புப் பிரதேசம் இதுதான். இந்தப் பகுதிக்குள் நுழையும் பிரபஞ்சத்தின் எந்தப் பொருளும் மீண்டும் இந்தப் பிரபஞ்சத்தைப் பார்க்காது.

Photon sphere – ஒளியணுக் கோளம்

நிகழ்வெல்லைக்கு வெளியே உள்ள பிரதேசம் இது. கருந்துளைக்கு அருகில் வலம்வரும் தூசுகள் வாயுக்கள் மிக வேகமாக சுழல்வதாலும், உராய்வு விசை காரணமாகவும் வெப்பமடைந்து அங்கிருந்து ஒளியணுக்கள் வெளிவரும். ஆனால் இவை விண்மீனில் இருந்து புறப்பட்டு வெளிநோக்கி வரும் ஒளியைப் போல வெளியே வர முடிவதில்லை. கருந்துளையின் நிகழ்வெல்லைக்கு அருகில் இவை உருவாவதால், இங்கே வெளி-நேரம் மிக அதிகமாக வளைந்திருக்கும், எனவே இந்த ஒளியணுக்கள் நிகழ்வெல்லையை ஒரு வளையம் போல சுற்றிவரும்.

எனவே கருந்துளையை படம் பிடிக்கும் போது, கருப்பான நிழல் போன்ற அமைப்பை சுற்றி பிரகாசமான வளையம் போன்ற அமைப்பு காணப்படும். கருப்பான அமைப்பு இந்த நிகழ்வெல்லை, அதனைச் சுற்றி பிரகாசமான வளையம் ஒளியணுக் கோளம்.

இதனை எங்கோ பார்த்த மாதிரி இல்லை?

Relativistic jets

கருந்துளையில் விழும் தூசுகளும், வாயுக்களும் கருந்துளையின் துருவங்களில் இருந்து மிக நீளமான ஜெட் போன்ற வேகமாக பீச்சி எரியும் அமைப்பை உருவாக்கும், இந்த அமைப்புதான் relativistic jet.

M87 விண்மீன் பேரடையின் மையத்தில் இருந்து 5000 ஒளியாண்டுகளுக்கு நீண்ட ஜெட் வருவதை நாம் பார்த்தோம் அல்லவா? அது, இதுதான்!

பெரும்திணிவுக் கருந்துளைகளின் relativistic jets பல ஆயிரம் ஒளியாண்டுகள் நீண்டு காணப்படும்.

Innermost stable orbit – உட்புற பாதுகாப்பான சுற்றுகைப் பாதை

அதாவது இந்தப் பிரதேசத்தில் இருக்கும் ஒரு பொருள் கருந்துளையின் ஈர்ப்புவிசைக்குள் அகப்பட்டு உள்நோக்கி நிகழ்வெல்லைக்குள் இழுக்கப்படாமல் கருந்துளையை பாதுகாப்பாக சுற்றிவரலாம். எனவே கருந்துளையை அருகில் இருந்து அவதானிக்கவேண்டும் என்றால் இந்தப் பிரதேசம் தான் நாம் கருந்துளைக்கு மிக அருகில் செல்லக் கூடிய பிரதேசம்.

Accretion disc – வளர்ச்சிப் பெருக்கத் தட்டு

கருந்துளையைச் சுற்றிக் காணப்படும் மிக வெப்பமான வாயுக்கள் தூசுகள் என்பன. இவை மிக வேகமாக கருந்துளையை சுற்றிவருவதுடன் தகடுபோல மெல்லிதாக காணப்படும்.

இவற்றில் இருந்து எக்ஸ் கதிர், ரேடியோ கதிர்வீச்சுக்கள் அதிகளவில் உருவாகும். இந்தக் கதிர்வீச்சுக்கள் தான் கருந்துளைக்கான அடையாளமாக இருக்கிறது.

கருந்துளையை படமெடுப்பது எப்படி?

இறுதியாக கட்டுரையின் முக்கிய பகுதிக்கு வந்துவிட்டோம்!

Event Horizon Telescope எனபது பல நாடுகளின் கூட்டுமுயற்சி. இது பூமியில் ஒரு இடத்தில் இருக்கும் தொலைநோக்கி அல்ல. உலகின் பல இடங்களில் இருக்கும் பல ரேடியோ தொலைநோக்கிகளை இணைத்து படமெடுக்க உருவாக்கப்பட்ட திட்டம்.

ரேடியோ தொலைநோக்கி என்பது ரேடியோ கதிர்வீச்சில் படமெடுக்கும் தொலைநோக்கிகள். கண்களுக்கு புலப்படாத அலைவீச்சு இது.

EHT இன் நோக்கமே பெரும்திணிவுக் கருந்துளையின் நிகழ்வெல்லையையும் அதனைச் சார்ந்த பிரதேசத்தையும் படமெடுப்பதே. அதனால்த்தான் இந்த திட்டத்திற்கு இப்படி ஒரு பெயர்.

இந்த திட்டத்தில் உள்ளடங்கும் தொலைநோக்கிகள் பின்வருவன:

1. Atacama Large Millimeter Array – Chile
2. Atacama Pathfinder Experiment – Chile
3. Heinrich Hertz Submillimeter Telescope – Arizona, USA
4. IRAM 30m telescope – Spain
5. James Clerk Maxwell Telescope – Hawaii
6. Large Millimeter Telescope – Mexico
7. South Pole Telescope – Antarctica
8. Submillimeter Array – Hawaii

இப்படி பூமியில் பல இடங்களில் இருக்கும் ரேடியோ தொலைநோக்கிகளையும் ஒன்றாக சேர்ந்து ஒரே பூமியலவுள்ள ஒரு பெரிய தொலைநோக்கியாக EHT பயன்படுத்தியுள்ளது. இந்த நுட்பத்தை interferometry (குறுக்கீட்டுமானம்) என அழைக்கின்றனர்.

இது எப்படி வேலைசெய்கிறது என்று EHTஇன் வீடியோவில் கீழே தெளிவாக விளங்கிக்கொள்ளலாம்.

ஒவ்வொரு தொலைநோக்கியும் சேகரித்த தகவல் மிக மிக அதிகம் என்பதால் அவற்றை இணையம் மூலம் பரிமாற்றிக்கொள்வது என்பதே சாத்தியமற்றது, எனவே வன்தட்டுக்களில் அவை சேகரிக்கப்பட்டு விமானம் மூலம் தகவலை ப்ராசஸ் செய்யும் சுப்பர்கணனிகளுக்கு கொண்டுவரப்பட்டன.

இருநூறுக்கும் மேற்பட்ட விஞ்ஞானிகள் ஒன்றுசேர்ந்து இந்தக் கருந்துளையின் படத்தை உருவாக்கியுள்ளனர். நான்கு தனிப்பட்ட குழுக்கள் சேகரிக்கப்பட்ட தரவுகளில் இருந்து படத்தை உருவாக்கும் வேலையில் ஈடுபட்டனர். அப்போதுதானே உருவாக்கிய படம் சரியா பிழையா என்று தெரியும்.

அதிலும் குறிப்பாக 29 வயதான Katie Bouman, அமெரிக்க புகைப்படவியல் விஞ்ஞானியும், California Institue of Technology இன் அசிஸ்டன்ட் ப்ரோபசருமான இவர் உருவாக்கிய அல்கோரிதமே குறித்த கருந்துளையின் படத்தை வெற்றிகரமாக உருவாக்க காரணமாக இருந்தது.

இந்தப் படத்தில் இருக்கும் கருமைப் பிரதேசத்தின் அளவில் 2.5 மடங்கு சிறியதாக M87* கருந்துளையின் நிகழ்வெல்லை காணப்படுகிறது. இது அண்ணளவாக 40 பில்லியன் கிமீ அளவாகும்.

அதேபோல படத்தில் கீழ் பகுதியில் இருக்கும் வளையம் பிரகாசமாகவும் மேற்பகுதியில் இருக்கும் வளையம் சற்றே பிரகாசம் குறைந்து காணப்படுவதற்கும் காரணம், கீழ்ப்பகுதி நம்மை நோக்கி இருப்பதால் ஆகும். மேலும் பூமியில் இருந்து அவதானிக்கும் போது இந்தக் கருந்துளை கடிகாரம் போல வலப்பக்கமாக சுழல்கிறது.

அடுத்தது என்ன?

இது வெறும் ஆரம்பம் தான். கருந்துளை பற்றி பல காலம் நாம் ஆய்வுகள் நடத்தியிருந்தாலும், முதன் முதலில் அதனை படத்தில் பார்ப்பதென்பது ஒரு புத்துணர்ச்சிதானே.

ஐன்ஸ்டீன், ஹாவ்கிங், கிப் தோர்ன் என்று பல ஜாம்பவான்கள் விளையாடிய களம் அது. நமது பிரபஞ்சம் பற்றியும் குறிப்பாக குவாண்டம் ஈர்ப்பியல் பற்றியும் பல புதிய விடையங்களை அறிய இது அடிப்படையாக அமையக்கூடும்.

அறிவியல் என்பதே தெரியாத விடையங்களை தெரிந்துகொள்வதற்கான முயற்சிதானே.

இன்னும் எத்தனை புதிர்களை இயற்கை கொண்டுள்ளதோ, ஒவ்வொன்றை பற்றியும் கேள்வி கேட்கமட்டும் நாம் தயங்கக்கூடாது என்பதே இந்த விஞ்ஞானிகள் நமக்கு கற்பித்திருக்கும் பாடம்.

---

⚡ தகவல் பயனுள்ளதாக இருந்தால் ஒரு லைக் போடவும்! அதற்கும் மேலே என்றால் ஷேர் செய்யலாமே!
⚡ https://twitter.com/parimaanam
⚡ https://www.facebook.com/parimaanam