අනන්ත වූ බ්රහ්මාන්ඩය පුරා විහිදී ඇති අභිරහස් අතරින් කළු කුහර යනු සැමවිටම විද්යාඥයන්ගේ කුතුහලය දනවන විද්යාත්මක මාතෘකාවකි. සාමාන්යයෙන් ඕනෑම ගැලැක්සියක මධ්යයේ පිහිටා තිබෙන්නේ සූර්යයන් මිලියන ගණනක ස්කන්ධයෙන් යුත් අතිවිශාල කළු කුහරයකි. එහෙත්, යම් හෙයකින් මෙම දැවැන්ත කළු කුහරයක් තම මව් ගැලැක්සියෙන් ගැලවී, තත්පරයට කිලෝමීටර දහස් ගණනක අධික වේගයෙන් හිස් අභ්යවකාශය හරහා විසිවී යන්නේ නම්?
අභ්යවකාශ භෞතික විද්යාවේ මෙතෙක් නිවැරදිව තහවුරු කර නොතිබූ මෙම විශ්මිත සංසිද්ධිය සැබෑවක් බව සනාථ කරමින්, විද්යාඥයන් විසින් RBH-1 ලෙස නම් කරන ලද ප්රථම ස්ථිර තහවුරු කළ පිටමං වූ කළු කුහරය (Recoil Black Hole) පිළිබඳ සමීක්ෂණ තොරතුරු ප්රසිද්ධියට පත් කර ඇත. මෙම ලිපියෙන් අප සාකච්ඡා කරන්නේ හබල් සහ ජේම්ස් වෙබ් අභ්යවකාශ දුරේක්ෂයන්හි දත්ත පදනම් කරගනිමින්, අභ්යවකාශ විද්යාඥයන් විසින් අනාවරණය කරගත් මෙම පිටමං වූ කළු කුහරය පිටුපස ඇති විද්යාත්මක කතාවයි.
හබල් දුරේක්ෂයේ ඡායාරූපයක තිබූ “කැපූ පාරක්” වැනි ඉරක්
මෙම අපූරු සොයාගැනීමේ ආරම්භය සටහන් වන්නේ 2022 වසරේදීය. යේල් විශ්වවිද්යාලයේ අභ්යවකාශ විද්යාඥ පීටර් වැන් ඩොකුම් (Pieter van Dokkum) විසින් හබල් අභ්යවකාශ දුරේක්ෂය මගින් ලබාගෙන තිබූ පැරණි සංරක්ෂිත ඡායාරූපයක් පරීක්ෂා කරමින් සිටියදී, කුඩා සංයුක්ත ගැලැක්සියක සිට පිටතට විහිදෙන සිහින්, සෘජු ආලෝක රේඛාවක් නිරීක්ෂණය විය.
මුලදී පර්යේෂකයන් සිතූයේ මෙය දුරේක්ෂයේ කැමරා කාචයේ ඇති වූ දෝෂයක් හෝ කැපීමක් (scratch) බවයි. එහෙත් වැඩිදුර විශ්ලේෂණයන්හිදී තහවුරු වූයේ මෙය ආලෝක වර්ෂ 202,000 කට වඩා දිගින් යුත් සැබෑ විශ්ව ව්යුහයක් බවයි. මෙය අපගේ ක්ෂීරපථය (Milky Way) ගැලැක්සියේ විෂ්කම්භය මෙන් දෙගුණයකටත් වඩා වැඩි දිගකින් යුක්තය.
මෙම දිගු ආලෝක තීරුව නිර්මාණය වී තිබුණේ උණුසුම් වායු සහ අලුතින් බිහිවූ තරුණ නිල් පැහැති තාරකා සමූහයකිනි. එම තීරුවේ අන්තයේ කිසිදු තාරකා ගොඩගැසීමක් නොමැති අතිශය සංයුක්ත ප්රදේශයක් නිරීක්ෂණය විය. 2023 දී විද්යාඥයන් උපකල්පනය කළේ, මෙය ගැලැක්සිය වටා ඇති වායු පටල හරහා අතිවේගයෙන් ගමන් කරන කළු කුහරය නිසා ඇතිවූ තාරකා බිහිවීමේ පාරක් බවයි. එම අවස්ථාවේදී මෙය හුදෙක් එක උපකල්පනයක් පමණක් වූ අතර, පෘථිවිය දෙසට පැත්තකින් හැරී ඇති අසාමාන්ය ගැලැක්සියක් ලෙසද ඇතැම් විද්යාඥයෝ මෙය හැඳින්වූහ.
ජේම්ස් වෙබ් දුරේක්ෂය මගින් සත්යය තහවුරු කරගත් හැටි
මෙම අභිරහස විසඳීම සඳහා විද්යාඥයන් වෙත සහයට පැමිණියේ අතිනවීන ජේම්ස් වෙබ් අභ්යවකාශ දුරේක්ෂය යි (JWST). ජේම්ස් වෙබ් හි ඇති NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) උපකරණය භාවිතයෙන් මෙම පද්ධතියේ වර්ණාවලීක්ෂ දත්ත ලබාගැනීමට විද්යාඥයන් සමත් විය.
එම නිරීක්ෂණ මගින් හෙළි වූයේ තාරකා තීරුවේ කෙළවරේ ඇති වායුවේ වේගය හදිසියේම තත්පරයට කිලෝමීටර 600 කින් පමණ විශාල වෙනස්වීමකට ලක්වන බවයි. මෙම දත්ත මගින් තහවුරු වූයේ අතිශය වේගවත් ප්රබල අභිඝාත තරංගයක් (shock front) මගින් ඉදිරියෙන් ඇති වායුව තදින් සම්පීඩනය වන බවයි.
ගෑස්වල හැඩය සහ චලනය මත පදනම්ව, විද්යාඥයන් ගණනය කළේ මේ පිටමං වූ කළු කුහරය තත්පරයට කිලෝමීටර 954 ක (පැයට කිලෝමීටර මිලියන 3.4 ක පමණ) දැවැන්ත වේගයකින් චලනය වන බවයි. එහි නිරවද්යතාව තත්පරයට කිලෝමීටර 828 ත් 1064 ත් අතර පරාසයක පවතී. මෙම කළු කුහරය සෘජුවම ඡායාරූපගත කිරීමට හබල් හෝ ජේම්ස් වෙබ් දුරේක්ෂවලට නොහැකි වී ඇත්තේ එය ආලෝකය උරාගන්නා ශූන්ය ස්ථානයක් බැවිනි. එහෙත්, එය ඉදිරියට ඇදී යාමේදී වායුව රත් කරමින් ඇතිකරන බලපෑම මගින් මෙම කළු කුහරය පවතින බව සනාථ වේ. මෙහි ස්කන්ධය අවම වශයෙන් සූර්ය ස්කන්ධ මිලියන ගණනක් වන බව විද්යාඥයෝ පවසති.
කළු කුහර දෙකක් එකිනෙක ගැටී අභ්යවකාශයට විසිවුණේ කෙසේද?
එතරම් අතිවිශාල ස්කන්ධයකින් යුත් පිටමං වූ කළු කුහරය මව් ගැලැක්සියේ ගුරුත්වාකර්ෂණ බන්ධනය බිඳගෙන පිටතට විසිවීමට තරම් දැවැන්ත වේගයක් ලබාගත්තේ කෙසේද? මෙම පැනයට පිළිතුරු සෙවීම සඳහා විද්යාඥයන් විසින් භෞතික විද්යාත්මක ආකෘති සිය දහස් ගණනක් පරිගණක මගින් අනුකරණය (simulate) කරන ලදී.
මෙහිදී අනාවරණය වූයේ අතිවිශාල කළු කුහර දෙකක් එකිනෙක ඒකාබද්ධ වීමේදී නිකුත් වන ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග මගින් ඇතිවන “ගුරුත්වාකර්ෂණ පසුපහර” (Gravitational Recoil / Kick) මීට හේතු වී ඇති බවයි.
කළු කුහර දෙකක් එකිනෙක ආසන්නයට පැමිණ වටා කැරකෙමින් අවසානයේ ඒකාබද්ධ වීමේදී, ඒ අවට අවකාශ-කාලය (spacetime) තුළ ප්රබල ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග පිටතට විහිදෙයි. යම් හෙයකින් මෙම කළු කුහර දෙකෙහි ස්කන්ධයන් හෝ ඒවායේ භ්රමණය වන දිශාවන් අසමමිතික (asymmetric) වුවහොත්, නිකුත් වන ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග එක් දිශාවකට වැඩි ගම්යතාවක් (momentum) ගෙන යයි. මෙහි ප්රතිඵලයක් ලෙස, අලුතින් නිර්මාණය වන කළු කුහරය විරුද්ධ දිශාවට තදින් තල්ලු වී යයි.
කැලිෆෝනියා විශ්වවිද්යාලයේ සහකාර මහාචාර්ය තේජස්වී වෙනුමාධව් (Tejaswi Venumadhav) සඳහන් කරන්නේ මෙය “කාලතුවක්කුවක් පත්තු කිරීමේදී ආපසු පස්සට තල්ලු වන පහරට (recoil)” සමාන සංසිද්ධියක් බවයි. එකම වෙනස නම් මෙහිදී වෙඩි බෙහෙත් වෙනුවට ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග ක්රියාත්මක වීමයි. පිටමං වූ කළු කුහරය සඳහා ලබාදී ඇති මෙම වේගය ලබා ගැනීමට හුදෙක් කළු කුහර දෙකෙහි ස්කන්ධ වෙනස පමණක් ප්රමාණවත් නොවන අතර, ඒවායේ අධිවේගී භ්රමණයද අත්යවශ්ය සාධකයක් විය.
ඒකාබද්ධ වීමට පෙර පැවැති කළු කුහරවල ස්වභාවය
මෙම පර්යේෂණයේ ප්රධාන කතුවරයා වන කව්ලි සද්ධාන්තික භෞතික විද්යා ආයතනයේ ටූසිෆ් ඉස්ලාම් (Tousif Islam) සහ පර්යේෂණ කණ්ඩායම විසින් මෙම කළු කුහරය සෑදීමට පෙර පැවැති කළු කුහර දෙකෙහි ලක්ෂණ ගණනය කර ඇත:
- ස්කන්ධ අනුපාතය: එක් කළු කුහරයක ස්කන්ධය අනෙක මෙන් උපරිම වශයෙන් 6 ගුණයකට වඩා වැඩි විය නොහැක.
- භ්රමණ වේගය: විශාල කළු කුහරය ඇල්බර්ට් අයින්ස්ටයින්ගේ සාමාන්ය සාපේක්ෂතාවාදයට අනුව පැවතිය හැකි උපරිම වේගයෙන් 70% – 75% ක අධික වේගයකින් භ්රමණය වී ඇත.
- කක්ෂීය ආනතිය: කළු කුහරවල භ්රමණ අක්ෂයන් ඒවායේ පරිභ්රමන තලයට සාපේක්ෂව ඇලව පිහිටා තිබූ අතර, එමගින් ඒකාබද්ධ වීමට මොහොතකට පෙර ඒවායේ චලන දිශාවන් සංකීර්ණ ලෙස වෙනස් වී ඇත.
මෙම අධ්යයනයට අනුව, මෙම කළු කුහර දෙක මුණගැසී ඇත්තේ ඒවා අයත් වූ මව් ගැලැක්සි දෙක එකිනෙක ගැටීමෙන් පසුවය (Galactic Merger). එම ගැලැක්සි ගැටීම දැවැන්ත වායු ප්රමාණයකින් යුක්ත වූ එකක් විය යුතුය. මෙම ඒකාබද්ධ වීමෙන් සෑදුණු කුඩා සංයුක්ත ගැලැක්සිය විද්යාඥයන් විසින් ‘GX’ ලෙස නම් කර ඇත.
මෙම අතිවිශාල පිටමං වූ කළු කුහරය මව් ගැලැක්සියෙන් විසිවී යාමේ සිදුවීම සිදුවී ඇත්තේ අප දැනට නිරීක්ෂණය කරන කාල රාමුවට වසර මිලියන 70 කට පමණ පෙරදීය. මෙම පද්ධතිය පෘථිවියේ සිට ආලෝක වර්ෂ බිලියන 7.5 ක් දුරින් පිහිටා ඇති බැවින්, අප දැනට නිරීක්ෂණය කරන්නේ විශ්වයේ වයස දැනට පවතින වයසෙන් අඩක්ව පැවැති ඈත අතීතයේ සිදුවූ පුවතකි.
අභ්යවකාශ ලේසර් සන්නිවේදනය: පෘථිවිය සහ චන්ද්රයා අතර චීනය තැබූ විප්ලවීය පියවර
සාමාන්ය සාපේක්ෂතාවාදය තහවුරු කිරීම සහ LISA ව්යාපෘතියේ අනාගතය
අයින්ස්ටයින්ගේ සාමාන්ය සාපේක්ෂතාවාදය (General Theory of Relativity) මගින් සද්ධාන්තිකව පෙන්වා දී තිබූ මෙම ගුරුත්වාකර්ෂණ පසුපහර සංසිද්ධිය සඳහා ලැබුණු ප්රථම පැහැදිලි නිරීක්ෂණාත්මක සාක්ෂිය වන්නේ මෙම පිටමං වූ කළු කුහරය යි. මීට පෙරද පිටමං වූ කළු කුහරය විය හැකි යැයි සැක කෙරෙන වස්තූන් කිහිපයක් නිරීක්ෂණය කර තිබුණද, ඒ සෑම අවස්ථාවකදීම විකල්ප පැහැදිලි කිරීම් ඉදිරිපත් කිරීමට අවකාශ තිබුණි. එහෙත් RBH-1 හි දත්ත වෙනත් කිසිදු අභ්යවකාශ සංසිද්ධියකට ගැලපිය නොහැකි තරම් පැහැදිලිය.
මෙම සොයාගැනීම අනාගතයේදී ක්රියාත්මක කිරීමට නියමිත LISA (Laser Interferometer Space Antenna) අභ්යවකාශ ව්යාපෘතියට අතිශයින් වැදගත් වේ. දැනට පෘථිවියේ පිහිටි LIGO සහ Virgo මගින් හඳුනාගනු ලබන්නේ කුඩා තාරකීය ස්කන්ධ සහිත කළු කුහර ගැටීම් පමණි. එහෙත් යුරෝපීය අභ්යවකාශ ආයතනය (ESA) සහ NASA එක්ව ඉදිකිරීමට නියමිත LISA මගින් අතිවිශාල කළු කුහර ඒකාබද්ධ වීමේදී නිකුත් වන අඩු සංඛ්යාත ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග ඍජුවම හඳුනාගනු ඇත.
ජේම්ස් වෙබ් දුරේක්ෂය මගින් ලබාගන්නා ලද මෙවැනි දත්ත, අනාගතයේදී LISA මගින් ලබාගන්නා ගුරුත්වාකර්ෂණ තරංග දත්ත සමඟ සංසන්දනය කිරීමෙන් විශ්වයේ ගැලැක්සි වල පරිණාමය සහ කළු කුහරවල හැසිරීම පිළිබඳ නව පිටුවක් පෙරළීමට අභ්යවකාශ භෞතික විද්යාඥයන්ට හැකිවනු ඇත.
නිගමනය: අභ්යවකාශ විද්යාවේ නව කඩඉමක්
RBH-1 ලෙස හඳුනාගත් මෙම පිටමං වූ කළු කුහරය, භෞතික විද්යාත්මක සිද්ධාන්ත ප්රායෝගිකව විශ්වය තුළ සිදුවන ආකාරය පෙන්වා දුන් හොඳම නිදසුනකි. ආලෝක වර්ෂ දහස් ගණනක් පුරා විහිදී ගිය තාරකා මාවතක් ඉතිරි කරමින්, අතිවිශාල වේගයකින් අභ්යවකාශයේ පාපොච්චාරණය වන මෙම කළු කුහරය, අනාගතයේදී විශ්වයේ ඇති මෙවැනි තවත් නොදන්නා අභිරහස් රැසක් හෙළිකර ගැනීමට මග පාදනු ඇත. හබල් සහ ජේම්ස් වෙබ් වැනි ප්රබල අභ්යවකාශ දුරේක්ෂයන්ගේ එකතුවෙන් අභ්යවකාශ විද්යාව අද වන විට ලඟා කරගෙන ඇති ප්රගතිය මින් මනාව පැහැදිලි වේ.
මූලාශ්ර
- Physical Review Letters Journal: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.171401
- NASA Hubble Space Telescope News: https://hubblesite.org/contents/news-releases/2023/news-2023-010
- NASA James Webb Space Telescope Official Site: https://webbtelescope.org/contents/news-releases/2024/news-2024-110