वैज्ञानिकों ने एक महत्वपूर्ण प्रणाली का खुलासा किया है, जो बताता है कि तेजी से घूमने वाले ब्लैक होल के आसपास का पदार्थ, जिसे एक्रि‍शन डिस्क भी कहा जाता है, अत्यधिक दोलन करने वाले एक्स-रे का उत्सर्जन क्यों कर सकता है।

यह अध्ययन जो आवृत्तियों की एक विस्तृत शृंखला में एक्स-रे की झिलमिलाहट तैयार करने के लिए एक एकल भौतिक प्रणाली पर ध्यान केंद्रित करता है, इन विदेशी खगोलीय पिंडों के सैद्धांतिक मॉडलिंग में रेंडम घटनाओं को कम करता है।

ब्लैक होल, ब्रह्मांड की सबसे कॉम्पैक्ट वस्तु, बड़े पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण के साथ जो प्रकाश को भी बाहर निकलने से रोकती है, अपनी धुरी के चारों ओर घूम सकती है। अपने मजबूत गुरुत्वाकर्षण द्वारा ब्लैक होल की ओर खींचे गए पदार्थ को एक्रिशन प्रवाह कहा जाता है और यह उच्च गति से अंदर की ओर गिरता है, जिससे गैर-थर्मल विकिरण उत्पन्न होता है।

यह विकिरण अक्सर चमक में लगभग नियमित भिन्नता दिखाता है, जिसे क्यूपीओ कहा जाता है। ब्लैक होल एक्स-रे बायनेरिज में, इन दोलनों में एक चक्र प्रति सेकंड से कम से लेकर कई सौ चक्र प्रति सेकंड तक की आवृत्तियां हो सकती हैं।

पिछले अध्ययन या तो कम आवृत्ति दोलनों की व्याख्या कर सकते थे, या उच्च आवृत्ति दोलनों की व्याख्या करने के लिए अन्य विदेशी प्रक्रिया को लागू करना पड़ा।

इस अंतर को भरने के लिए, भारत सरकार के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के एक स्वायत्त संस्थान, आर्यभट्ट रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ ऑब्जर्वेशनल साइंसेज (एआरआईईएस) के वैज्ञानिकों ने यह समझाने का काम किया कि कैसे एक स्पि‍निंग ब्लैक होल के चारों ओर अभिवृद्धि झटकों के दोलन आवृत्तियों की इस विस्तृत शृंखला का उत्पादन करते हैं।

उन्होंने ब्लैक होल के चारों ओर चिपचिपे एक्रिशन प्रवाह के व्यवहार को मॉडल करने के लिए एआरआईईएस में न्यूमेरिकल एंड सैद्धांतिक एस्ट्रोफिजिक्स ग्रुप द्वारा विकसित एक कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया। निकोलस कोपरनिकस एस्ट्रोनॉमिकल सेंटर, पोलैंड और एमजेपी रोहिलखंड विश्वविद्यालय, बरेली के वैज्ञानिक भी एआरआईईएस के श्री सनित देबनाथ और डॉ. इंद्रनील चट्टोपाध्याय के नेतृत्व में इस काम में शामिल थे।

सिमुलेशन पदार्थ की गति का अनुसरण करता है और यह सुनिश्चित करता है कि ऊर्जा, द्रव्यमान और गति जैसी महत्वपूर्ण भौतिक मात्राएं संरक्षित हैं। इससे अनुसंधानकर्ताओं को यह समझने में मदद मिली कि ये तेजी से चलने वाले प्रवाह कैसे व्यवहार करते हैं और उनके दोलन ब्लैक होल से विकिरण में देखी गई विविधताओं का उत्पादन कैसे कर सकते हैं।

चित्र: दो अलग-अलग α=0.01, 0.035 के लिए चमक की समय श्रृंखला और मॉडल A91.2 के लिए उनके संबंधित शक्ति घनत्व स्पेक्ट्रम (PDS) को दिखाया गया है। हम मानते हैं कि ब्लैक होल का द्रव्यमान 10M⊙ है_।

उनके निष्कर्ष हाल ही में जर्नल ऑफ हाई एनर्जी एस्ट्रोफिजिक्स (जेएचईएपी) में प्रकाशित हुए थे। अनुसंधानकर्ताओं ने पाया कि जब एक्रिशन प्रवाह की चिपचिपाहट एक निश्चित महत्वपूर्ण मूल्य से अधिक हो जाती है, तो डिस्क में सामान्य रूप से स्थिर झटका अस्थिर हो जाता है और दोलन करना शुरू कर देता है। एक्रिशन डिस्क में ये दोलन उत्सर्जित विकिरण में नियमित बदलाव उत्पन्न कर सकते हैं, जिसे प्रकाश की लगभग आवधिक झिलमिलाहट के रूप में देखा जाता है, जिसे अर्ध-आवधिक दोलनों (क्यूपीओ) के रूप में जाना जाता है।

अध्ययन से यह भी पता चला है कि ब्लैक होल के स्पिन का झटके की गति और क्यूपीओ की आवृत्ति पर गहरा प्रभाव पड़ता है। धीरे-धीरे घूमने वाले ब्लैक होल में, चिपचिपाहट दोलन झटके की औसत स्थिति को ब्लैक होल से दूर धकेलती है, जिसके परिणामस्वरूप मुख्य रूप से कम आवृत्ति वाले क्यूपीओ होते हैं।

इसके विपरीत, तेजी से घूमने वाले ब्लैक होल झटके को ब्लैक होल के करीब खींचते हैं, जिससे आवृत्तियों की एक विस्तृत शृंखला पर क्यूपीओ का उत्पादन होता है। बहुत अधिक स्पिन वाले ब्लैक होल के लिए अनुमानित क्यूपीओ आवृत्तियां ब्लैक होल के लिए सूर्य के द्रव्यमान का लगभग दस गुना अधिक हो सकती हैं, जो ब्लैक होल एक्स-रे बाइनरी सिस्टम में देखी गई उच्च-आवृत्ति विविधताओं के समान है।

सिमुलेशन से यह भी पता चलता है कि जैसे-जैसे ब्लैक होल तेजी से घूमता है, झटका ब्लैक होल के करीब जाता है और इसके दोलन अधिक स्पष्ट हो जाते हैं। दिलचस्प बात यह है कि अध्ययन में क्यूपीओ आवृत्ति और फोटॉन प्रवाह की प्रवणता के साथ आवृत्ति या दूसरे शब्दों में फोटॉन सूचकांक के बीच एक स्पष्ट संबंध पाया गया, जो स्पिनिंग ब्लैक होल के आसपास ऊर्जावान वातावरण को समझने के लिए एक और उपयोगी सुराग प्रदान करता है।

ये निष्कर्ष इस बात के लिए एक स्पष्ट भौतिक स्पष्टीकरण प्रदान करते हैं कि एक्स-रे बाइनरी सिस्टम में तेजी से घूमने वाले ब्लैक होल उच्च आवृत्ति वाले क्यूपीओ का उत्पादन क्यों कर सकते हैं। अनुसंधानकर्ताओं के अनुसार, यह आंतरिक घर्षण या चिपचिपाहट की उपस्थिति में एक्रिशन प्रवाह का अनुकरण करने वाला पहला संख्यात्मक अध्ययन है और जहां एक सापेक्षतावादी द्रव के थर्मोडायनामिक संबंधों को लागू किया गया है। यह सिमुलेशन दर्शाता है कि ब्लैक होल का स्पिन सबसे यथार्थवादी परिदृश्य में क्यूपीओ की आवृत्ति को कैसे प्रभावित कर सकता है।

ये परिणाम वैज्ञानिकों को इन प्रणालियों से देखे गए एक्स-रे उत्सर्जन में तेजी से बदलाव की उत्पत्ति को बेहतर ढंग से समझने में मदद कर सकते हैं।

प्रकाशन लिंक:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214404826001059

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