अवकाश विज्ञानाचा चमत्कार, सूर्य ब्लॅकहोल बनून पृथ्वीच गिळून घेईल का?

Author,सतीश कुमार सर्वानन

 (मानवी विकासामध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावलेल्या विज्ञान आणि तंत्रज्ञानसंबंधीची नवी माहिती दृष्टीकोन आणि लेख बीबीसी प्रसिद्ध करत असते. या लेखांमधील मते आणि वक्तव्ये ही पूर्णपणे लेखकांची आहेत, बीबीसीची नव्हे. - संपादक)

अमेरिका-रशियाच्या शीतयुद्धादरम्यान अमेरिकेनं रशियाच्या अणुप्रकल्पांवर नजर ठेवण्यासाठी वेला (Vela) नावाचा हेरगिरी करणारा उपग्रह लाँच केला. रशियानं अणुचाचणी केली तर वेला त्यातून उत्सर्जित होणारी गॅमा किरणं ओळखू शकत होतं. संशय होता तशी अमेरिकेला गॅमा किरणंदेखील आढळली.

पण ही गॅमा किरणं रशियाकडून आलेली नव्हती. तर अवकाशात आपल्या सौरमालेच्या पलीकडे झालेल्या गॅमा रे बर्स्टमधून उत्सर्जित होणारी ती किरणं होती. अनेक वर्षांच्या अभ्यासावरून स्पष्ट झालं की, सुपरनोव्हा आणि ब्लॅकहोल्सच्या (कृष्णविवर) निर्मितीमुळं गॅमा किरणांचे हे स्फोट घडत असतात.

साधारणपणे, वैज्ञानिक शोध हे दोन मार्गांनी लागतात. एक म्हणजे नैसर्गिक घटनांचं निरीक्षण करून आणि त्यावरून एक सिद्धांत तयार करणं. दुसरा मार्ग म्हणजे, पूर्णपणे सैद्धांतिक कल्पनांच्या आधारे नैसर्गिक घटनांचा अंदाज बांधणे आणि त्यानंतर प्रयोग करून अशा घटनांची पुष्टी करणे.

अंदाजे 100 वर्षांपूर्वी महान शास्त्रज्ञ अल्बर्ट आईनस्टाईन यांनी त्यांच्या सापेक्षतावादाच्या सिद्धांताचं अखेरचं समीकरण मांडलं किंवा प्रकाशित केलं. त्यांच्या समीकरणांनी या विश्वातील आश्चर्यकारक घटनांच्या संदर्भात अंदाज बांधले.

उदाहरण द्यायचं झाल्यास, विश्व सातत्यानं विस्तारत असल्याचा अंदाज त्यांनी बांधला. तसंच त्यांनी ब्लॅक होल्सचं अस्तित्व आणि त्यांच्या धडकांमुळं निर्माणं होणाऱ्या गुरुत्वीय लहरी संपूर्ण विश्वाच्या शेवटच्या टोकापर्यंत पसरण्याचा अंदाजही बांधला.

पण रंजक बाब म्हणजे, या अंदाजांवर त्यांचाच विश्वास नव्हता. असे अंदाज, प्रयोगांच्या माध्यमातून कधीही सिद्ध होऊ शकत नाहीत, यावर आईनस्टाईन ठाम होते. मात्र, त्यांच्यानंतर आलेल्या भौतिकशास्त्रज्ञांनी आईनस्टाईन यांना याबाबतीत चुकीचं सिद्ध केलं.

आधुनिक तंत्रज्ञानाचा वापर करून, आईनस्टाईन यांचे अंदाज किंवा भाकित हे अगदी खरे असल्याचं त्यांनी सिद्ध केलं.

ब्लॅक होल्स काय आहेत?

लाकडाचा तुकडा जळतो तेव्हा त्यातून उष्णता आणि प्रकाश बाहेर पडतो. त्यानंतर ते जळलेलं लाकूड बनतं.

त्याचप्रमाणं ताऱ्यांमध्ये जोपर्यंत इंधन असतं तोपर्यंत ते विभक्त संलयन (न्युक्लिअर फ्युजन) प्रक्रियेद्वारे उष्णता आणि प्रकाश देत असतात.

जेव्हा त्यामधील इंधन कमी होतं, तेव्हा ते आकुंचन पावतात आणि त्यांची घनता वाढून ब्लॅक होल तयार होतं. या ब्लॅक होलच्या जवळ जे जाईल ते त्याच्या आत खेचले जाईल, प्रकाशासह सर्वकाही.

आपण दलदलीवर पाय ठेवला तर काय होतं? दलदल जणू तुम्हाला गिळू लागते, ब्लॅक होलचं याच्याशी बरंच साम्य आहे. ब्लॅक होलच्या प्रचंड गुरुत्वाकर्षणामुळं हे घडत असतं.

मग सूर्य हादेखील एक तारा आहे. मग त्याचंही एका ब्लॅक होलमध्ये रूपांतर होऊन तो पृथ्वीला गिळून टाकण्याची शक्यता आहे का?

याचं उत्तर 'नाही' हेच आहे.

सुब्रमण्यम चंद्रशेखर या तमिळनाडूतील शास्त्रज्ञांनी संशोधनाद्वारे हे सिद्ध केलं होतं की, ज्या ताऱ्यांचं वस्तुमान हे सूर्याच्या 1.44 पट आहे (चंद्रशेखर लिमिट) फक्त तेच ब्लॅक होल बनू शकतात.

या संशोधनासाठी त्यांना 1983 साली भौतिक शास्त्रातील नोबेल पुरस्कारानंही गौरवण्यात आलं होतं.

आपल्या विश्वातील ब्लॅक होल्सचे दोन पैलू आहेत. त्यांचं वस्तुमान आणि त्यांचं फिरणं. न्यूझीलंडचे गणितज्ज्ञ रॉय पॅट्रिक केर यांनी प्रमेयाचा वापर करून हे सिद्ध केलं आहे. त्यांनी त्यांचं संशोधन 1963 मध्ये फिजिक्स रिव्ह्यू लेटर्स (Phys. Rev. Lett. 11 (1963) 237-238) मध्ये प्रकाशित केलं होतं.

त्यानंतर फिरणाऱ्या सर्व ब्लॅक होल्सना केर ब्लॅक होल्स असं म्हटलं जाऊ लागलं. त्यांनी सप्टेंबर 2010 मध्ये एका कार्यक्रमात 10 तरुण शास्त्रज्ञांना या संकल्पना शिकवल्या होत्या. तेव्हा मला त्यांच्याकडून ती शिकण्याची संधी मिळाली होती.

ब्लॅक होल्सच्या अस्तित्वाचा पुरावा काय?

लिगो (LIGO) नावाच्या संशोधकांच्या गटानं 15 सप्टेंबर 2015 रोजी एका नव्या प्रकारच्या लहरीचा शोध लावला. संशोधकांच्या या गटामध्ये अनेक देशातील शास्त्रज्ञांसह भारतातील 37 शास्त्रज्ञांचाही समावेश आहे. सापेक्षतावादाच्या सिद्धांताशी तुलना केली असता, या लहरी तीन लाख किलोमीटरचा प्रवास करून पृथ्वीवर पोहोचलेल्या गुरुत्वीय लहरी असल्याचं स्पष्ट झालं.

दोन ब्लॅक होल्सच्या धडकेमुळं हे घडलं आणि त्यांचं प्रत्येकी 36 आणि 29 सौर वस्तुमान होतं हेही या संशोधनातून समोर आलं. जेव्हा ते एकत्र झाले तेव्हा त्यांचं एकूण सौर वस्तुमान 65 ऐवजी 62 होतं. उर्वरीत 3 सौर वस्तुमान हे पृथ्वीवर पोहोचल्यानंतर गुरुत्वीय लहरींमध्ये रुपांतरीत झालं.

म्हणजेच, जेव्हा दोन ब्लॅक होल एकमेकांच्या जवळ येतात तेव्हा ते अनेक वर्ष एका केंद्राभोवती विशिष्ट कोनात आणि दिशेनं फिरत असतात. त्यांचं वस्तुमान आणि फिरण्याच्या आधारावर त्यांचा वेग वाढत किंवा कमी होत असतो. ते फिरत असतात तेव्हा, वस्तुमान ऊर्जेच्या रूपात बाहेर पडतात त्या प्रसिद्ध E=mc² समीकरणावर आधारित गुरुत्वीय लहरी असतात.

गुरुत्वीय लहरी बाहेर येत राहिल्यानं, त्याची कक्षा आकुंचन पावत राहते. एका क्षणाला दोन्ही ब्लॅक होल एकमेकांना धडकतात आणि त्यापासून एक ब्लॅकहोल तयार होतं, आणि मोठ्या प्रमाणात गुरुत्वीय लहरी बाहेर पडतात.

आईनस्टाईन यांनी समीकरणांच्या आधारे अंदाज व्यक्त केल्यानंतर सुमारे 100 वर्षांनंतर ब्लॅक होल्स आणि गुरुत्वीय लहरी यांवर शिक्कामोर्तब झालं. याचे मुख्य संशोधक रेनर वेइस, बेरी सी बॅरीश आणि किप एस थॉर्न हे होते. त्यांना 2017 मध्ये भौतिक शास्त्रातील नोबेल पुरस्काराने गौरवण्यात आलं.

ब्लॅक होलचा फिरण्याचा वेग किंवा वस्तुमान वाढले की, त्या ब्लॅक होलची गुरुत्वाकर्षण म्हणजे खेचण्याची शक्ती वाढते. वस्तुमानाच्या आधारे ब्लॅक होल्स दोन गटांत विभागले जाऊ शकतात.

सोलर मॅसिव्ह ब्लॅक होल : यामध्ये 2 ते 100 सौर वस्तुमान एवढं वस्तुमान असतं.

सुपर मॅसिव्ह ब्लॅक होल्स : त्यांचं वस्तुमान 1000 ते काही दशलक्ष सौर वस्तुमान या दरम्यान असतं.

आईनस्टाईननं सापेक्षतावादाच्या सिद्धांताच्या माध्यमातून एक महत्त्वाचं भाकित वर्तवलं होतं. सूर्याच्या भोवती फिरताना मर्क्युरी (बुध) हा ग्रह आरंभ बिंदूपेक्षा दूर असलेल्या एका केंद्रावर फेरी पूर्ण करेल आणि त्या कक्षेची त्रिज्या बदलणार नाही, असा अंदाज त्यांनी वर्तवला होता.

हेच समीकरण एका सोलार मॅसिव्ह ब्लॅक होलच्या सुपर मॅसिव्ह ब्लॅक होलभोवतीच्या फेरीला लागू केलं तर मात्र परिणाम वेगळे असतील. सोलार मॅसिव्ह ब्लॅक होलच्या फिरण्याच्या आधारावर त्याच्या कक्षेची त्रिज्या बदलते.

इटलीचे डी'अॅम्ब्रोसी नेदरलँडचे जे.डबल्यू. व्हॅन होल्टन आणि जे व्हॅन डे विस आणि मी या आमच्या शास्त्रज्ञांच्या टीमनं याचा शोध लावला. आम्ही आमचे निष्कर्ष अनेक भौतिक शास्त्रज्ञांनी कौतुक केलेल्या जगप्रसिद्ध फिजिक्स रिव्ह्यू डी मध्ये प्रकाशित केले. ते 17 फेब्रुवारी 2016 (Phys. Rev. D 93, 044051 (2016) मध्ये प्रकाशित झाले.

यातून मी हे शोधलं की, जर दोन्ही ब्लॅक होल फिरत असतील तर त्यांच्या कक्षेची त्रिज्या फिरण्यावर आधारित असते. मी हे 21 सप्टेंबर 2021 मध्ये (arXiv:2109.10022)प्रकाशित केले.  म्हणजेच, आईनस्टाईनच्या सिद्धांच्या 100 वर्षांनंतर आपल्याला एक नवा परिणाम सापडला आणि समीकरणाचा अंदाज बांधला.

प्रयोगाच्या माध्यमातून हे सिद्ध करण्यासाठी आणखी 15 वर्षं लागतील. यासाठी युरोपीयन अंतराळ संस्था जगभरातील शास्त्रज्ञांच्या मदतीनं अत्याधुनिक प्रयोगशाळा निर्माण करण्याचा प्रयत्न करत आहे. मी या गटाचा अधिकृत सदस्य आहे. ही प्रयोगशाळा पृथ्वीच्यावर अंतराळात असेल.

लेझर इंटरफेरोमीटर स्पेस अँटेना -LISA असे तिचे नाव असेल. LISA पृथ्वीसह सूर्याभोवती फिरेल. जेव्हा सोलार मॅसिव्ह ब्लॅक होल सुपर मॅसिव्ह ब्लॅक होलभोवती आकाशगंगेच्या मध्यभागी फिरत असेल, तेव्हा LISA त्यातून बाहेर पडणाऱ्या गुरुत्वीय लहरी शोषून घेईल आणि त्याची माहिती पृथ्वीवर पाठवेल. त्याच्या आधारे आपल्याला विश्वाचा आकार समजू शकतो.

अशा प्रकारचे अनेक जगप्रसिद्ध शास्त्रज्ञांचे रंजक संशोधन प्रकल्प तामिळनाडूच्या विद्यापीठांत राबवले जात नाही, हे अत्यंत दुर्दैवी आहे. राज्याच्या विद्यापीठांमधील कोणीही LIGO आणि LISA च्या टीममध्ये नाही, हे लक्षात घेण्यासारखं आहे.

गुरुत्वीय भौतिकशास्त्र (Gravitational Physics) आणि खगोल भौतिकशास्त्र  (Astrophysics) यांचा पदवीपूर्व अभ्यासक्रमात समावेश आणि राज्यातील विद्यापीठांमध्ये पदव्युत्तर अभ्यासक्रम सुरू केल्यास, अशा प्रकारच्या संशोधनाला चालना मिळू शकेल. तसंच या क्षेत्रात डॉक्टोरल संशोधन अधिक सुलभ होण्यासाठी संबंधित क्षेत्राच्या तज्ज्ञांची नियुक्ती करणंही महत्त्वाचं आहे.

(सतीश कुमार सर्वानन तामिळनाडूच्या सालेम जिल्ह्यातील आहेत. त्यांनी जर्मनीच्या बर्लिन विद्यापीठातून संशोधन कारकिर्दीला सुरुवात केली होती. 2016 मध्ये नेदरलँडच्या लेडेन युनिव्हर्सिटीतून त्यांनी डॉक्टोरल पदवी मिळवली.

जर्मनीच्या मॅक्स प्लँक इन्स्टिट्यूट फॉर ग्रॅव्हिटेशनल फिजिक्समझ्ये चे ज्युनियर शास्त्रज्ञ होते. त्यांनी ब्राझिलच्या इंटरनॅशनल इन्स्टिट्यूट ऑफ फिजिक्समध्ये 2019 ते 2021 दरम्यान पोस्ट डॉक्टोरल फेलोशिपही पूर्ण केली. ब्लॅक होलवर लक्ष केंद्रीत संशोधक असल्यानं अंतराळवीर म्हणून त्यांची निवड झाली आहे. त्यासाठी रशियाला प्रशिक्षणाला जाण्याच्या प्रतिक्षेत ते आहेत.)