Black-Hole

જો તમે કોઇ દડાને હવામાં ઉંચે ફેંકશો તો થોડી ઉંચાઇએ ગયા બાદ તે ફરી પૃથ્વીના આકર્ષણને કારણે અંતે પાછો જમીન ઉપર આવી જશે. પણ....જો દડો પોતાની ઝડપ કોઇરીતે 11.2 કિ.મી/સેકન્ડની જાળવી રાખે તો ટેકનિકલી તે પૃથ્વીની ગ્રેવિટિની વિરૂધ્ધ લડી અંતરિક્ષમાં પહોંચી શકે છે. કોઇપણ પિંડની ગ્રેવિટી ક્ષેત્રથી બહાર નીકળવા માટેના આવશ્યક વેગને પલાયન વેગ(Escape Velocity) કહે છે. પૃથ્વી ઉપર આ વેગ 11.2 કિ.મી/સેકન્ડ, ચંદ્ર ઉપર 2.38 કિ.મી/સેકન્ડ અને સૂર્ય ઉપર લગભગ 618 કિ.મી/સેકન્ડ છે. વર્ષ 1783 માં વૈજ્ઞાનિક જોન મિશેલ(John Michell) ના મગજમાં વિચાર આવ્યો કે જો કોઇ તારો આપણાં સૂર્યથી 500 ગણો મોટો થઇ જાય તો તેનો પલાયન વેગ લગભગ 309000 કિ.મી/સેકન્ડ હશે, કે જે પ્રકાશવેગથી પણ વધુ હશે. આ સ્થિતિમાં તે તારો પ્રકાશને સંપૂર્ણપણે કેદ કરી લેશે અને બાહરી બ્રહ્માંડ માટે તે અદ્રશ્ય રહેશે. આ અદ્રશ્ય તારાને તેમણે 'કાળા તારા' ની સંજ્ઞા આપી, કે જે બ્લેકહોલથી સંબંધિત ઇતિહાસની પહેલી પરિકલ્પના હતી.

-

મિશેલના આ અદ્રશ્ય તારાની વાતને દુનિયાએ લગભગ 150 વર્ષ સુધી ભૂલવી દીધી(સાવ ભૂલવી તો નહીં દીધી, ચર્ચાઓ થતી રહી. છતાં....). ભવિષ્યમાં વિજ્ઞાન માટે માથાનો દુખાવો સાબિત થનાર આ જીન વર્ષ 1916 માં ફરી એકવાર બોટલમાંથી બહાર નીકળ્યો. જ્યારે જર્મન વૈજ્ઞાનિક Karl Schwarzschild એ આઇનસ્ટાઇનની રિલેટિવિટીનો ઉપયોગ કરી આ અદ્રશ્ય દાનવના એક બેહદ અજીબોગરીબ ગુણની શોધ કરી. કાર્લનું માનવું હતું કે આવા અદ્રશ્ય તારાઓની આસપાસ એક "જાદુઇ ઘેરાવો" હોવો જોઇએ. જેની અંદર ગયા બાદ દુનિયાની કોઇપણ વસ્તુ બહાર નીકળવામાં અસમર્થ હશે. આ જાદુઇ ઘેરાવાને તેમણે "ઇવેન્ટ હોરાઇઝન" નું નામ આપ્યું. આવા અજીબોગરીબ તારાઓની સંભાવનાઓથી નાખુશ વૈજ્ઞાનિક સમુદાયને કમ સે કમ એ રાહત હતી કે એવો કોઇ રસ્તો જ્ઞાત નહોતો જેનાથી આ અસંભવ તારાઓ અસ્તિત્વમાં આવી શકે. એટલા માટે બધા એકબીજાને દિલાસો આપતા રહ્યાં કે આ અદ્રશ્ય તારાઓ ફક્ત એક ગણિતિય ખેલ માત્ર છે. એમનું વાસ્તવિકતામાં હોવું સંભવ નથી.

-

ત્યારબાદ, વર્ષ 1939માં પરમાણું બોમ્બના જનક રોબર્ટ ઓપનહાઇમરે જણાવ્યું કે કોઇપણ તારાના જીવનકાળ દરમિયાન પદાર્થથી ઉત્પન્ન ગ્રેવિટિ તારાને એક બિંદુ ઉપર સંકુચિત કરવાનો પ્રયાસ કરે છે. બીજી તરફ કણોનું Degeneracy pressure ગ્રેવિટિ વિરૂધ્ધ લડી તારાને સ્થિર બનાવી રાખે છે. બેહદ ભારે તારાઓ જીવનના અંતમાં એક પ્રલયકારી સુપરનોવા વિસ્ફોટ વડે પોતાના બાહરી પડો(layers)ને બ્રહ્માંડમાં દૂર-દૂર સુધી ફંગોળી નાખે છે. અંતે થોડા કિલોમીટર વ્યાસવાળી આંતરિક કોર શેષ રહી જવા પામે છે. અગર તે કોરનું દળ આપણાં સૂર્યથી 1.4 ગણું વધુ હોય(કે જેને ચંદ્રશેખર લિમિટ કહે છે) તો ઉત્પન્ન ગ્રેવિટિ ઇલેક્ટ્રોન્સના Degeneracy pressure ઉપર વિજય પ્રાપ્ત કરી લે છે. પરિણામસ્વરૂપ ઇલેક્ટ્રોન્સ અને પ્રોટોન આપસમાં જોડાઇ ન્યૂટ્રોનમાં પરિવર્તિત થઇ જાય છે અને શેષ વધે છે....વિશુધ્ધ ન્યૂટ્રોનથી બનેલ એક એવી કોર, જેના એક ચમચી પદાર્થનું વજન પણ માઉન્ટ એવરેસ્ટથી વધુ હોય છે(જેને ન્યુટ્રોન સ્ટાર કહે છે). પણ....જો સુપરનોવા વિસ્ફોટ બાદ શેષ વધેલ કોરનું દળ આપણાં સૂર્યથી ત્રણ ગણાં કરતાં પણ વધુ હોય તો ગ્રેવિટિ ન્યૂટ્રોન તથા ક્વાર્કના Degeneracy pressure ને પણ ઘોળીને પીય જાય છે અને સમસ્ત કોરને એક બિંદુ ઉપર ધ્વસ્ત કરી નાંખે છે. આ પ્રમાણે એક તારો બ્લેકહોલ બની જાય છે.

-

વર્ષ 1964માં વૈજ્ઞાનિકોએ આપણાંથી 6200 પ્રકાશવર્ષ દૂર મૌજૂદ "HDE-226868" નામક એક એવા તારાને શોધી કાઢ્યો, જે એક એવી અદ્રશ્ય વસ્તુના ચક્કર લગાવી રહ્યો હતો જેનો આકાર તો માત્ર 300 કિ.મી હતો પરંતુ HDE ની ગતિથી પ્રાપ્ત ગણતરીઓ આપણને જણાવી રહી હતી કે, આ નાની અમસ્તી વસ્તુમાં આપણાં સૂર્યથી 15 ગણું દળ કેદ થયેલું હતું. આખરે શું હોઇ શકે એ વસ્તુ, જોન મિશેલના અદ્રશ્ય તારા સિવાય?

-

છેલ્લાં કેટલાક વર્ષોમાં આપણે નિરંતર આવા ઘણાં અદ્રશ્ય તારાઓની શોધ કરી છે. 10 એપ્રિલ 2019 ના દિવસે આપણે M87 નામક આકાશગંગામાં મૌજૂદ એક બેહદ વિશાળકાય બ્લેકહોલની તસવીર ખેંચવામાં સફળ રહ્યાં. આપણાં સૂર્યથી 6.5 અબજ ગણા ભારી આ બ્લેકહોલની છબી મીડિયામાં છવાયેલ રહી. અહીં તમને જણાવી દઇએ કે બ્લેકહોલની તસવીર ખેંચવું અસંભવ છે. આ તસવીરમાં તમે બ્લેકહોલને નહીં પરંતુ તેના ઇવેન્ટ હોરાઇઝનના ચારેતરફ તારાઓની ધૂળથી બનેલ ચકરીને જોઇ રહ્યાં છો.

-

ટેકનિકલી તમે વિશ્વની કોઇપણ વસ્તુને બ્લેકહોલમાં પરિવર્તિત કરી શકો છો, જો તમે જે તે વસ્તુના સંપૂર્ણ દળને તેની "Schwarzschild radius" ની ભીતર સંકુચિત કરી શકો તો!!! ઉદાહરણ તરીકે આપણાં સૂર્યની Schwarzschild radius 3 કિલોમીટર છે. અર્થાત જો તમે સૂર્યનું સંપૂર્ણ દળ 3 કિલોમીટર રેડિયસવાળા ગોળામાં સંકુચિત કરી નાખો તો આપણો સૂર્ય પણ એક બ્લેકહોલ બની જશે. એજ પ્રમાણે પૃથ્વીની Schwarzschild radius લગભગ એક સેન્ટીમીટર છે.

-

કોઇપણ વૈજ્ઞાનિક માટે બ્લેકહોલનું સૌથી ભયાવહ પાસું તેના કેન્દ્રમાં મૌજૂદ એક એવો દાનવ છે, જેની આગળ આપણું સમસ્ત વિજ્ઞાન ઘૂંટણ ટેકવી દે છે. તેના કેન્દ્રમાં રહેલ આ દાનવને singularity કહે છે. એક શૂન્ય આકારના આ બિંદુમાં "અનંત" દળ સમાયેલું હોય છે. આ અનંત શબ્દ વૈજ્ઞાનિકોને ખૂંચે છે. આઇનસ્ટાઇન બ્લેકહોલની અવધારણાથી હંમેશા નાખુશ એટલા માટે રહ્યાં કેમકે વિજ્ઞાનનો આધાર બની ચૂકેલ તેમની રિલેટિવિટી થીઅરી, singularity ઉપર આવીને ધ્વસ્ત થઇ જતી હતી. singularity ઉપર જો રિલેટિવિટીને લાગુ કરવામાં આવે તો જવાબ અનંત મળવા લાગે. હાલ singularity ની વ્યાખ્યા કરવામાં રિલેટિવિટી, ક્વાન્ટમ મિકેનિક્સ તેમજ વિજ્ઞાનની કોઇપણ થીઅરી સક્ષમ નથી. આ રીતે singularity સામે સમર્પણના એક લાંબા અરસા બાદ અંતે વર્ષ 1963 માં સઘળા પુર્વાનુમાનોને ધવસ્ત કરી ન્યૂઝીલેન્ડના વૈજ્ઞાનિક રોય કેરે(Roy Kerr) સાબિત કર્યું કે singularity ફક્ત કાગળો ઉપર જ મૌજૂદ હોય શકે છે, વાસ્તવિકતામાં નહીં.

-

રોય કેરે શું કહ્યું હતું તેને સમજવા પહેલાં પૃથ્વીના આકાર વિષે જોઇએ. આપણને ખબર છે કે પૃથ્વી સંપૂર્ણ ગોળ નથી, ધ્રુવો ઉપર થોડી ચપટી અને ભૂમધ્ય રેખા ઉપર થોડી ઉપસેલ છે. આવું પૃથ્વીના પરિભ્રમણ તથા સેન્ટ્રીફ્યુગલ નામક એક ફોર્સના કારણે છે. જ્યારે કોઇ પિંડ પોતાની ધરી ઉપર ફરે છે ત્યારે સેન્ટ્રીફ્યુગલ નામક ફોર્સ કેન્દ્રથી બહારની તરફ દબાવ નાંખે છે. જેના કારણે પિંડ ગોળ ન રહી થોડા ઇંડાના આકારનો થઇ જાય છે. આ કારણે પૃથ્વી ભૂમધ્ય રેખા ઉપર ધ્રુવોની તુલનાએ લગભગ 42 કિ.મી જેટલી ઉપસેલી છે. અહીં કહેવાનું તાત્પર્ય એટલુંજ છે કે પોતાની ધરી ઉપર ફરતો કોઇપણ પિંડ ક્યારેય પૂર્ણ ગોળ નથી રહી શકતો અને આ નિયમ ચંદ્ર, ગ્રહ તથા તારા સહિત બ્રહ્માંડના હર પિંડને લાગુ પડે છે. રોય કેરે દર્શાવ્યું કે singularity નું અસ્તિત્વ ત્યારે જ સંભવ છે, જ્યારે ધ્વસ્ત થયેલ તારો સંપૂર્ણપણે ગોળ હો અને કોઇપણ તારો સંપૂર્ણપણે ગોળ ત્યારેજ હોઇ શકે જ્યારે તે સંપૂર્ણપણે સ્થિર હો. પરંતુ આ અસંભવ છે કેમકે બ્રહ્માંડની હર વસ્તુ પોતાના અક્ષ ઉપર ફરી રહી છે. આનાથી સિધ્ધ થાય છે કે singularity નું નિર્માણ સંભવ નથી.

-

આને આ રીતે સમજો....તમે ટીવી ઉપર જોયું જ હશે કે બરફ ઉપર સ્કેટિંગ અથવા નૃત્ય કરતી છોકરીઓ ગોળગોળ ફરવા માંડે છે ત્યારે પોતાના હાથો હવામાં ફેલાવી દે છે. આવું કરવાથી તેમની ફરવાની ઝડપ ઓછી થઇ જાય છે. જેવા તેઓ હાથ નીચે કરે છે, ત્યારે ફરવાની ઝડપ વધી જાય છે. એવું કેમ? એટલામાટે કારણકે હાથને ઉપર લઇ જવાથી હાથોમાં મૌજૂદ એન્ગ્યુલર મોમેન્ટમ શરીરના કેન્દ્રથી દૂર ચાલ્યુ જાય છે, પરિણામે ઝડપ ઓછી થઇ જાય છે અને નજીક લાવવાથી એન્ગ્યુલર મોમેન્ટમ શરીરના કેન્દ્રની નજીક આવી જાય છે પરિણામે ઝડપ વધી જવા પામે છે. કહેવાનું તાત્પર્ય એટલુંજ કે એન્ગ્યુલર મોમેન્ટમ જેટલું કેન્દ્રની નજીક તેટલી પદાર્થની ફરવાની ઝડપ તે જ અનુપાતમાં વધતી જશે.

-

ઉપરોક્ત ઉદાહરણના આધારે, જ્યારે તારાઓ બ્લેકહોલમાં પરિવર્તિત થાય છે ત્યારે તેમના પદાર્થના સંકોચનની સાથેસાથે એન્ગ્યુલર મોમેન્ટમ પણ કેન્દ્રની તરફ ટ્રાન્સફર થાય છે. જેના કારણે બ્લેકહોલની ફરવાની ગતિ ઘણી વધી જવા પામે અને ઉપર આપણે જોઇ ગયા તેમ પરિભ્રમણ કરતાં પિંડમાં સેન્ટ્રીફ્યુગલ ફોર્સ શું કાર્ય કરે છે. આ પ્રમાણે રોય કેરે સાબિત કર્યું કે બ્લેકહોલનું કેન્દ્ર singularity ના બદલે એક ચક્ર જેવી સંરચનામાં પરિવર્તિત થઇ જાય છે. જેને ringularity કહેવું વધુ ઉચિત છે. પ્રચંડ ઘનતાવાળી આ ચકરી કેન્દ્રમાં ખોખલી હોવી જોઇએ. અર્થાત ચકરીના કેન્દ્રમાં એક છેદ હોવો જોઇએ. સંભવ છે કે આ છેદ સમયના વિભિન્ન પરિમાણોને આપસમાં જોડવાનું દ્વાર પણ હોય શકે.....

(મિત્ર વિજય દ્વારા)