ब्लाक होल: ब्रम्हाण्डको विचित्र क्षेत्र

चित्रकारको परिकल्पनामा ब्लाकहोलको तस्विर

ब्रम्हाण्डको त्यस्तो विचित्रको क्षेत्र, जहाँ हरेक कुरा अवशोषित हुन्छ, जसबाट प्रकाश पनि पार हुन सक्दैन ! वैज्ञानिकहरुले त्यस्तो क्षेत्रलाई ब्लाक होल अर्थात् कालो छिद्र नामाकरण गरेका छन् ।

ब्लाक होलको अस्तित्वबारे विगतमा लामो समयसम्म विज्ञानजगतमा शंका उपशंका भए पनि अहिले तथ्यसिद्ध भइसकेको कुरा के हो भने ज्ञात ब्रम्हाण्डमा हामीले गन्ने नसक्ने संख्यामा ब्लाकहोलहरुको अस्तित्व छ । केही समयअघि वैज्ञानिकहरुले ब्लाकहोलको तस्विर खिच्न समेत सफलता प्राप्त गरिसकेका छन् । हाम्रो सौर्यमण्डल रहेको तारापुञ्ज ‘आकाशगंगा’ मा मात्रै हालसम्म ५० भन्दा बढी ब्लाकहोलहरु रहेको तथ्य पत्ता लागिसकेको छ भने वैज्ञानिकहरु यस्ता ब्लाकहोलहरु हाम्रो आकाशगंगामा मात्रै लाखौंको संख्यामा हुन सक्ने अनुमान गर्छन् । हाम्रो आकाशगंगाको केन्द्रमा धनु ए* (Sagittarius A*) नाम गरेको अति विशाल ब्लाकहोल रहेको छ जसको द्रव्यमान (mass) हाम्रो सूर्यको भन्दा ४० लाख गुना बढी रहेको विश्वास गरिन्छ ।

प्रस्तुत लेखमा ब्लाकहोलबारे आधारभूत जानकारी प्रस्तुत गरिएको छ ।

–दायित्वबोध

वैज्ञानिकहरुले खिच्न सफलता प्राप्त गरेको हाम्रो आकाशगंगाको केन्द्रमा रहेको धनु ए* (Sagittarius A*) नाम गरेको अति विशाल ब्लाकहोलको वास्तविक तस्विर ।स्रोत: सिएनएन

आकाशमा अरबौं खरबौं ताराहरु छन् । हाम्रो सौर्य मण्डल रहेको आकाशगंगा तारापुञ्जमा नै करीब १५० अरब अर्थात एक खरब ५० अरब ताराहरु रहेका छन् । आकाशमा यस्ता तारापुंजहरु नै पनि करोडौं अरबौं रहेको कुरा वैज्ञानिकहरु बताउँछन् ।

हाम्रो सूर्य आकाशगंगामा रहेका अरबौं ताराहरु मध्येको एक मझौला खालको तारा हो । अन्य ताराहरु हाम्रो पृथ्वीबाट धेरै टाढा अर्थात् कम्तिमा पनि दुई अढाई प्रकाश वर्ष (१ सेकेण्डमा प्रकाश ३ लाख किलोमिटर हिँड्छ । प्रकाश वर्ष भन्नाले १ वर्षको समयमा प्रकाशले आफ्नो गतिमा रही पार गर्ने दूरी भन्ने बुझिन्छ ) को दूरीमा रहेका छन् । यही कारणले नै हामी ताराहरुलाई राति अँध्यारोमा मात्र आकाशमा टिल्पिलाएको देख्छौं ।

वैज्ञानिकहरु टाढा आकाशमा ताराहरु तथा अन्य देख्न सकिने खगोलीय पिण्डहरु बाहेक अन्य यस्ता क्षेत्रहरु पनि रहेको विश्वास गर्छन्, जुन क्षेत्रहरुमा ताराहरु समेत खसेर हराउन पुग्छन् । यी क्षेत्रहरु प्रत्यक्ष देखिँदैनन् तर यिनीहरुको प्रभाव भने स्पष्ट नै देखिन्छ । वैज्ञानिकहरु यी क्षेत्रहरु ब्रम्हाण्डका यस्ता प्रचुर गुरुत्वाकर्षण भएका क्षेत्रहरु भएको विश्वास गर्छन्, जहाँ स्वयं प्रकाश पनि आकर्षित भई तानिएर हराउन पुग्छ र त्यहाँबाट निक्लेर प्रकाश अन्यत्र जान सक्दैन । त्यसैले यी क्षेत्रहरु काला छन् अर्थात् यिनीहरुलाई प्रत्यक्ष देख्न सकिँदैन । वैज्ञानिकहरुले ब्रम्हाण्डका यिनै रहस्यमय क्षेत्रहरुलाई ब्ल्याक होल (कालो प्वाल) भन्ने नाम दिएका छन् ।

ब्ल्याक होलको जन्म कसरी हुन्छ ?

ब्ल्याक होलको जन्मको कुरा गर्नुभन्दा अगाडि यहाँ शुरुमा ताराको जीवन चक्रलाई उल्लेख गर्नु आवश्यक हुन्छ ।

सामान्य अर्थमा पदार्थ बाहेक कुनै पनि वस्तु अविनाशी छैन । अर्थात् हरेक वस्तुको निर्माण र विनाश अथवा जन्म र मृत्यु हुन्छ । आकाशमा देखिने ताराहरुको पनि निर्माण र विनाश वा जन्म र मृत्यु हुन्छ ।

वैज्ञानिकहरुका अनुसार, ब्रम्हाण्डको कुनै ठाउँमा रहेको ठूलो मात्राको ग्याँस (खासगरिकन, हाइड्रोजन ग्याँस ) जब स्वयं आफ्नै गुरुत्वाकर्षणको कारणले एक ठाउँमा खाँदिन थाल्छ, त्यही विन्दूमा कुनै एक ताराको जन्म हुन शुरु गर्दछ । यस प्रक्रियामा ग्याँसका परमाणुहरु गुरुत्वाकर्षणको कारणले जब एक आपसमा खाँदिदै टकराउन थाल्दछन्, तब त्यहाँ क्रमशः तापमान वृद्धि हुन शुरु गर्दछ । यो क्रम बढ्दै गएअनुसार त्यहाँको तापमान झन् झन् अत्यधिक हुँदै गई, अन्तमा त्यो एक यस्तो विन्दुमा आइपुग्दछ, जुन तापमानमा हाइड्रोजनका परमाणुहरु एक आपसमा अत्यधिक टकरावमा आई तिनीहरुको बीच नाभिकीय प्रतिक्रिया (Nuclear reaction) (अर्थात् परमाणुको नाभिक (nuclear) मा नै फेरबदल भई नयाँ परमाणु बन्ने प्रतिक्रिया) हुन थाल्दछ । यस प्रतिक्रियामा प्रत्येक चार हाइड्रोजन परमाणुबाट एक हिलियम परमाणु बन्दछ । यस अवस्थामा त्यहाँ थप अपार ताप शक्ति उत्पन्न हुन्छ । यस्तो नाभिकीय प्रतिक्रियाको सक्षम तुल्याएको हुन्छ । हाइड्रोजन बमको विस्फोटनमा पनि यही प्रतिक्रियाले काम
गरेको हुन्छ ।

तापमानमा बृद्धि हुँदा कुनै पनि बस्तु फैलिन खोज्छ । यो कुरा नवजात ताराको सन्दर्भमा पनि लागू हुन्छ । अत्यधिक तापको कारणले नवजात तारामा अपार चाप उत्पन्न हुन्छ । यही कारणले तारा फैलन वा फुक्न थाल्दछ, तर, ताराको केन्द्रको गुरुत्वाकर्षणले गर्दा त्यो फुक्नुमा अवरोध पैदा हुन्छ । अर्थात् ताराको आफ्नै गुरुत्वाकर्षणले त्यसको फैलावटलाई सीमित तुल्याइदिछ । यसरी, त्यहाँ गुरुत्वाकर्षणको कारणले खुम्चने र तापबाट उत्पन्न चापले गर्दा फुक्ने प्रक्रियाबीच सन्तुलन कायम हुन्छ । र, ताराले सन्तुलित आकार ग्रहण गर्छ ।
ताराहरुको यस्तो स्थिति धेरै लामो समयसम्म अर्थात् अरबौं वर्षसम्म कायम भएको हुन्छ । हाम्रो सूर्यमा नै यो स्थिति करीब पाँच अरब वर्ष पहिलदेखि रहँदै आएको र यो स्थिति अझै आउँदो पाँच अरब वर्ष पछिसम्म रहिरहने कुरा वैज्ञानिकहरु बताउँछन् ।

तर, तारामा इन्धनको रुपमा रहेको हाइड्रोजनका सम्पूर्ण परमाणुहरु नाभिकीय प्रतिक्रियाबाट जब हिलियम परमाणुहरुमा रुपान्तर भइसक्छन्, तब त्यहाँ नाभिकीय प्रतिक्रिया बन्द हुन्छ । यो अवस्थामा आइपुगेपछि तारा क्रमशः चिसिन थाल्छ । फलस्वरुप, तारामा तापको कारणले फुक्ने प्रक्रियाभन्दा गुरुत्वाकर्षणको कारणले खुम्चिने प्रक्रिया प्रबल हुन पुग्दछ । यसले गर्दा तारा झन् झन खाँदिँदै र खुम्चंदै जान्छ । तर, यो असीमित खुम्चाइमा भने जान पाउँदैन । किनकि, अष्ट्रियाका वैज्ञानिक ओल्फयांग पाउलीको "एक्स्क्ल्युजन सिद्धान्त" (Exclusion principle) अनुसार उस्तै कणहरु खाँदिएको अवस्थामा पनि एउटै गति र एउटै स्थितिमा रहीरहँदैन र यसले गर्दा त्यहाँ कणहरुबीच विकर्षण पैदा हुन्छ । त्यसैले चिसिँदै गएको तारामा गुरुत्वाकर्षणले गर्दा तारा खुम्चिंदै जान खोजे तापनि एक्स्क्लयुजन सिद्धान्त अनुसार त्यसभित्रका कणहरु बीच विकर्षण पैदा भइदिनाले त्यहाँ तारा फुक्ने प्रवृत्ति पुनः कायम भई तारामा खुम्चिने र फुक्ने प्रक्रियाको सन्तुलन कायम हुन जान्छ ।

तर, भारतका विश्वविख्यात वैज्ञानिक सुब्रमण्यम चन्द्रशेखरका अनुसार एक्स्क्ल्युजन प्रिन्सिपल मुताबिक ताराको फुक्ने र खुम्चने प्रक्रियाको सन्तुलन कुनै खास सीमासम्म मात्र हुन्छ । उनका अनुसार, कुनै ताराको साइज यदि सूर्यको साइजको तुलनामा डेढ गुणा (१.४ गुणा ) भन्दा बढी भएमा यस्तो सन्तुलन कायम हुने स्थिति विद्यमान रहँदैन । वैज्ञानिक चन्द्रशेखरको अन्वेषणबाट आएको कुरा भएकोले ताराको साइजको यो सीमालाई चन्द्रशेखर सीमा (Chandrasekhar Limit) भनिन्छ ।

उही समयमा वैज्ञानिक चन्द्रशेखरको निश्कर्षमा पुग्ने अर्का वैज्ञानिक रुसका लेभ डामिडोभिच लाण्डाउ थिए । वैज्ञानिकहरुका अनुसार चन्द्रशेखर सीमाभन्दा साना साइजका ताराहरु चिसिन थाल्दा तिनीहरुमा एक्स्क्ल्युजन प्रिन्सिपल अनुसार उस्तै परमाणुहरु बीचका इलेक्ट्रोनहरु बीचको विकर्षणले गर्दा तारा फुक्न खोज्ने र गुरुत्वाकर्षणले गर्दा तारा खुम्चन खोज्ने प्रवृत्तिबीच सन्तुलन कायम रहिरहन्छ । यसले गर्दा त्यो चीसो ताराले निश्चित आकार र साइज ग्रहण गर्छ। तर, त्यो तारा नाभिकीय प्रतिक्रियाको अभावले गर्दा बल्न नसकेर प्रज्वलित हुन सक्दैन । फलस्वरुप, त्यो चम्कँदैन । ताराको यो रुपलाई हवाइट ड्वार्फ (White dwarf) भनिन्छ । यस्तो तारा सबभन्दा पहिले राति आकाशमा सबभन्दा बढी चम्कने सिरियस भन्ने तारा वरिपरि घुमिरहेको अवस्थामा पत्ता लागेको थियो ।

तर, चन्द्रशेखर सीमाभन्दा माथिका ताराहरु चिसिन थाल्दा के हुन्छन् त ? के त्यस अवस्थाका ताराहरुमा एक्स्क्ल्युजन प्रिन्सिपलले काम गर्न छोडी तिनीहरु अनन्त खुम्चाइमा गएर एक बिन्दूमा पतन हुन जान्छन् ? वैज्ञानिकहरु केही समयसम्म यस विषयमा अलमलमा नै परे । तर, सन् १९३९ मा आएर अमेरिकी वैज्ञानिक रबर्ट ओपनहाइमरले महान् वैज्ञानिक अल्बर्ट आइन्स्टाइनको सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्त अनुसार यस समस्यालाई हल गर्न खोजे ।

हाम्रो आकाशगंगामा रहेका केही ब्लाक हाेलहरु । तस्विर: सिएनएन

सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्त अनुसार ताराको गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रले अन्तरिक्ष समयमा प्रकाशको बाटोलाई बदलिदिन्छ । जस्तो कि, कुनै टाढा ठाउँबाट आएको कुनै ताराबाट प्रवाहित प्रकाशको किरण सूर्यको नजीक आइपुग्दा त्यो सूर्यको सतहतर्फ अलि बांगिन्छ । यो कुरा हामी सूर्य ग्रहणको समयमा अवलोकन गर्न सक्छौं ।

वैज्ञानिक ओपन हाइमरका अनुसार, जब चन्द्रशेखर सीमाभन्दा ठूलो तारा चीसो भई कुनै खास साइजमा खुम्चन थाल्छ, तब त्यसको सतहमा यति विघ्न शक्तिशाली गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र उत्पन्न हुन्छ कि, त्यसबाट स्वयं प्रकाश पनि भित्रतिर तानिएर त्यहाँबाट त्यो उम्कन पाउँदैन । सापेक्षताको सिद्धान्त अनुसार, प्रकाशको तुलनामा कुनै पनि वस्तु बढी गतिमान हुन सक्दैन । त्यसैले प्रकाश नै तानिने अर्थात् प्रकाश नै उम्कन नसक्ने त्यस गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रमा फँस्दा कुनै पनि वस्तु त्यहाँबाट उम्कन सम्भव छैन । प्रकाश समेत नै सोस्ने यो असीमित गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र भएकोले यसलाई आकाशमा प्रत्यक्ष देख्न असम्भव छ । यो नै ब्रम्हाण्डमा रहेको 'ब्ल्याक होल' हो । वैज्ञानिकहरुले यस्ता 'ब्ल्याक होल'हरु ब्रम्हाण्डमा धेरै संख्यामा पत्ता लगाइसकेको दावी गरेका छन् । उनीहरुका अनुसार, ब्रम्हाण्डमा ब्ल्याक होलको संख्या प्रत्यक्ष देखिने ताराहरुको जति नै हुन सम्भव छ ।

'ब्ल्याक होलको अवधारणाको जन्म कहिले भयो ?

महान् वैज्ञानिक न्यूटनले प्रकाश कणहरुको संयोजनबाट आएको हुन्छ भनेका थिए । पछि अन्य वैज्ञानिकहरुले प्रकाश तरंग मार्फत् आएको हुन्छ भने । तर, क्वाण्टम यान्त्रिकी (quantum mechanics) को जन्म भएपछि भने प्रकाश ती दुइमध्ये एउटाबाट मात्र होइन, बरु दुवैमार्फत् आएको हुन्छ भन्ने कुरा पत्ता लाग्यो ।

यदि प्रकाश कणहरुको संयोजनबाट आउँछ भने त्यसलाई पक्कै पनि गुरुत्वाकर्षणले प्रभाव पार्नुपर्छ भन्ने विचार केही मात्रामा सत्रौं शताब्दीमा नै जन्म भएको थियो । सन् १६७६ मा डेनिश खगोलशास्त्री ओले क्रिस्टेन्सेन रोमरले प्रकाश निश्चित गतिमा हिँड्छ भन्ने कुरा पत्ता लगाइसकेपछि यो विचारको विकास अझ बढी हुन थाल्यो । तर, यसलाई मूर्त धारणाको स्तरमा प्रस्तुत गर्ने काममा बेलायती वैज्ञानिक जोन माइकेलले सन् १७८३ मा मात्र गरे। उनले आफ्नो किताब Philosophical Transactions of the Royal Society of Landon मा अति ठूला र खाँदिएको तारामा अत्यधिक प्रचुर गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र हुने र त्यसमा प्रकाश समेत तानिने र त्यहाँबाट त्यो उम्कन नसक्ने कुराको बयान गरे । उनले यस्ता ताराहरु धेरै हुन सक्ने र यिनीहरुलाई हामीले प्रत्यक्ष देख्न नसक्ने भए पनि तिनीहरुको गुरुत्वाकर्षणलाई हामी अनुभव गर्न सक्छौं भनेका थिए। यस्तै विचार फ्रेन्च वैज्ञानिक मार्किस डे लेप्लासले पनि राखेका थिए ।

ताराको गुरुत्वाकर्षणले प्रकाशलाई प्रभाव पार्दछ भन्ने कुरा सत्रौं र अठारौ शताब्दीका वैज्ञानिकहरुले नै राम्रो ब्याख्या गरे पनि त्यो प्रभाव कुन रुपको हुन्छ भन्ने कुरा बीसौं शताब्दीमा आएर अल्बर्ट आइन्स्टाइनले मात्र प्रष्ट पार्न सके । आइन्स्टाइनले सन् १९१५ मा आफ्नो सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्तमा त्यस कुरालाई प्रष्ट पारे ।

तर, ब्ल्याक होलको अवधारणालाई ग्राफिक व्याख्या (Graphic de- scription) का साथ उन्नत ढंगले सबभन्दा पछिल्लो समयमा विश्वसामु सन् १९६९ मा अमेरिकी वैज्ञानिक जोन हिवलरले प्रस्तुत गरेका हुन् ।

'ब्ल्याक होल' को अस्तित्व

ब्ल्याक होलको अस्तित्वलाई प्रश्न गर्ने वैज्ञानिकहरु पनि नभएका होइनन् । तर, ब्ल्याक होलको अस्तित्वलाई स्वीकार्ने वैज्ञानिकहरुले आफ्ना कुराहरुलाई पुष्टि गर्न सैद्धान्तिक आधारलाई मात्र नलिइकन आकाशमा अवलोकन गरेर ब्ल्याक होल भएका ठाउँहरु पनि पत्ता लगाएको दावी गरेका छन् ।

यसै सन्दर्भमा वैज्ञानिकहरुले सिग्नस X-1 (Cygnus X-1) का दुई ताराहरु एक आपसमा परिक्रमा गरिरहेको तथ्य पत्ता लगाएका छन् । र, तिनीहरु त्यसरी एक आपसमा परिक्रमा गरिरहनुमा तिनीहरुको बीचमा रहेको प्रत्यक्ष नदेखिने एक ठूलो तारा अर्थात् ब्ल्याक होल जिम्मेवार छ भन्ने कुरामा विश्वास राख्छन् ।

सन्दर्भ ग्रन्थः A Brief History of Time by Stephen Hawking

मूल्याङ्कनमा मासिकमा पूर्व प्रकाशित लेख