ताऱ्यांच्या कोसळण्याने तयार न झालेले कृष्णविवर 

विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळात (बिग बँगनंतर सुमारे ७०० दशलक्ष वर्षांनी) JWST द्वारे निरीक्षण केलेले 'लिटल रेड डॉट' (LRD) मधील Abell 2744-QSO1 हे एक अतिविशाल कृष्णविवर आहे, जे त्याला पोषणासाठी कोणत्याही मोठ्या आकाशगंगेशिवाय स्वतःच्या सध्याच्या आकारापर्यंत वाढले आहे. ताऱ्यांच्या उत्क्रांतीच्या मानक मॉडेलनुसार, मोठ्या ताऱ्यांच्या जीवनचक्राच्या शेवटी, जेव्हा त्यांच्या गाभ्याच्या कोसळण्यामुळे त्यांचे इंधन संपते, तेव्हा त्यांच्या मृत्यूनंतर कृष्णविवरे तयार होतात. ही कृष्णविवरे मोठ्या आकाशगंगेतील पदार्थांवर पोषण मिळवून आकारात वाढतात. 'लिटल रेड डॉट' QSO1 चे कृष्णविवर या चौकटीत बसत नाही आणि ते एक नवीन प्रकार आहे. ते ताऱ्यांच्या मानक उत्क्रांतीशिवाय थेट तयार झाले आहे, म्हणजेच, ते कोणत्याही अवशेषापासून बनलेले नाही. एका मोठ्या मृतप्राय ताऱ्याच्या गाभ्याच्या कोसळण्यामुळे नव्हे, तर ते एकतर थेट कोसळणारे कृष्णविवर (DCBH) किंवा आदिम कृष्णविवर (PBH) आहे. ताऱ्याच्या कोसळण्याने तयार न झालेल्या कृष्णविवरांविषयी पूर्वीच सिद्धांत मांडले गेले होते. हा अशा कृष्णविवराचा पुरावा आहे, जे प्रमाणित प्रक्रियेच्या पलीकडील प्रक्रियेद्वारे तयार होते. तारकीय उत्क्रांती.  

कृष्णविवर कसे तयार होते? ताऱ्यांच्या उत्क्रांतीच्या मानक मॉडेलनुसार, कृष्णविवरे ही प्रचंड वस्तुमान असलेल्या ताऱ्यांच्या उत्क्रांतीची अंतिम अवस्था आहेत. काळानुसार ताऱ्यांमध्ये बदल घडत जातात. 

ताऱ्याचे जीवन आकाशगंगेतील वायू आणि धुळीच्या मोठ्या आंतरतारकीय ढगांमध्ये सुरू होते, जिथे कमी तापमानामुळे वायूंचे उच्च घनतेच्या भागांमध्ये गुच्छ तयार होतात. हे गुच्छ हळूहळू अधिकाधिक पदार्थ गोळा करतात आणि वाढतात. एका विशिष्ट टप्प्यावर, वाढलेल्या गुरुत्वाकर्षणाच्या आतल्या शक्तीमुळे हे गुच्छ कोसळतात. कोसळण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान होणाऱ्या घर्षणामुळे पदार्थ तापतो आणि एका नवजात ताऱ्याचा जन्म होतो. ताऱ्याच्या जीवनचक्रातील ही 'प्रोटोस्टार' अवस्था आहे. गुरुत्वाकर्षणामुळे होणारे हे कोसळणे पुढेही चालू राहते, ज्यामुळे प्रोटोस्टारच्या गाभ्यातील तापमान आणि दाब हळूहळू वाढतो. कालांतराने, तापमान आणि दाब हायड्रोजनच्या केंद्रकांचे संलयन होण्यासाठी पुरेसे वाढतात. केंद्रकीय संलयनातून प्रचंड ऊर्जा बाहेर पडते, ज्यामुळे पदार्थ इतका तापतो की गुरुत्वाकर्षणामुळे होणारे पुढील कोसळणे थांबते. ही ताऱ्याची 'मुख्य अनुक्रम अवस्था' (main sequence stage) आहे. हायड्रोजन हे मुख्य इंधन आहे. 

जेव्हा इंधन संपते, तेव्हा अणुसंलयन थांबते आणि गुरुत्वाकर्षणाच्या आत खेचणाऱ्या शक्तीला संतुलित करण्यासाठी पदार्थांना गरम करायला ऊर्जा शिल्लक राहत नाही, त्यामुळे गाभा कोसळतो आणि मागे एक संक्षिप्त अवशेष उरतो. हा ताऱ्याचा अंत असतो. हा मृत तारा किंवा संक्षिप्त अवशेष एकतर श्वेत बटू, किंवा न्यूट्रॉन तारा असतो. कृष्ण विवर मूळ ताऱ्याच्या वस्तुमानावर अवलंबून असते. २० सौर वस्तुमानापेक्षा जास्त (>२० M⦿) वजन असलेले तारे, तारकीय उत्क्रांतीच्या शेवटी इंधन संपल्यावर कृष्णविवरे बनतात. ही एक प्रमाणित पद्धत आहे – आधी तारे आणि आकाशगंगा तयार होतात, आणि नंतर तारकीय उत्क्रांतीच्या अंतिम टप्प्यात कृष्णविवरे तयार होतात. अशा कृष्णविवरांचे वस्तुमान आकाशगंगेच्या एकूण वस्तुमानापेक्षा खूपच कमी असते. 

कृष्णविवरांची गैर-ताराकीय निर्मिती

ताऱ्यांच्या गाभ्याच्या कोसळण्याव्यतिरिक्त इतर मार्गांनी कृष्णविवरे तयार होऊ शकतात का? निर्मितीचे दोन “गैर-ताराकीय” मार्ग सिद्धांतित केले गेले आहेत. 

विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळात, एक मोठा आदिम वायूचा ढग सामान्य तारा निर्मिती आणि उत्क्रांतीला बगल देऊन थेट कृष्णविवरात कोसळू शकतो, ज्यामुळे आपण ज्यांना 'थेट कोसळणारी कृष्णविवरे' (Direct Collapse Black Holes - DCBHs) म्हणतो, ती निर्माण होतात. मानक तारकीय उत्क्रांतीच्या सहभागाशिवाय थेट तयार झालेली दुसरी काल्पनिक कृष्णविवरे म्हणजे 'आदिम कृष्णविवरे' (Primordial black holes - PBHs). PBHs हे बिग बँगचे अवशेष आहेत, जे बिग बँगनंतर लगेचच, अगदी सुरुवातीच्या विश्वातील घनतेच्या तीव्र चढउतारांमध्ये तयार झाले होते. 

"तारकीय नसलेल्या" मार्गांनी तयार झालेली कृष्णविवरे केवळ सैद्धांतिक आहेत, त्यामुळे ती काल्पनिक आहेत. परंतु डिसेंबर २०२१ मध्ये, विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळाच्या अभ्यासासाठी समर्पित असलेल्या JWST या इन्फ्रारेड अवकाश वेधशाळेच्या प्रक्षेपणामुळे परिस्थिती वेगाने बदलू लागली.

जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप (JWST) ने विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळाच्या अभ्यासात क्रांती घडवली. 

JWST ने अशी अनेक निरीक्षणे केली आहेत, जी विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळाबद्दलच्या आपल्या समजुतीला आव्हान देत आहेत. १४.३२ च्या रेडशिफ्टवर असलेल्या JADES-GS-z14-0 आकाशगंगेचे निरीक्षण, ज्यामुळे ती ज्ञात असलेली सर्वात दूरची आकाशगंगा ठरते. ही आकाशगंगा विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळात बिग बँगनंतर सुमारे २९० दशलक्ष वर्षांनी तयार झाली, तरीही ती एक मोठी, प्रचंड वस्तुमानाची आणि अत्यंत तेजस्वी आकाशगंगा आहे. ती धातू-समृद्ध असल्याचेही आढळून आले आहे, याचा अर्थ असा की विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळात सुमारे २९० दशलक्ष वर्षांपर्यंत प्रचंड वस्तुमानाच्या ताऱ्यांच्या पिढ्यांनी त्यांच्या जन्मापासून ते सुपरनोव्हा स्फोटापर्यंतचा जीवनक्रम आधीच पूर्ण केला असता. त्याचप्रमाणे, बिग बँगनंतर सुमारे एक अब्ज वर्षांनी तयार झालेली विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळातील आकाशगंगा GS-NDG-9422 ही रासायनिकदृष्ट्या गुंतागुंतीची असून तिच्यात पॉप्युलेशन III तारे नाहीत, असे आढळून आले. सध्याच्या समजुतीनुसार, विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळातील ताऱ्यांची पहिली पिढी ही शून्य धातू-समृद्धी असलेले पॉप्युलेशन III तारे असायला हवेत. (खगोलशास्त्रात, हेलियमपेक्षा जड असलेल्या कोणत्याही मूलद्रव्याला धातू मानले जाते. ऑक्सिजन, नायट्रोजन इत्यादींसारखे रासायनिक अधातू वैश्विक संदर्भात धातू आहेत. सुपरनोव्हा घटनेनंतर प्रत्येक पिढीत तारे धातूंनी समृद्ध होतात). 

JWST ने विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळात अतिविशाल कृष्णविवरांचेही निरीक्षण केले आहे. असेच एक कृष्णविवर बिग बँगनंतर सुमारे ७०० दशलक्ष वर्षांनी तयार झाले होते आणि त्याचे वस्तुमान सूर्याच्या वस्तुमानाच्या काही दशलक्ष पट होते. या सर्वांची सुरुवात JWST ने 'लिटल रेड डॉट्स' (LRDs) चे निरीक्षण करण्यापासून झाली, जे २०२२ मध्ये JWST च्या पहिल्या डेटा रिलीझमध्ये दिसून आले. या लाल रंगाच्या कॉम्पॅक्ट वस्तूंचे स्पेक्ट्रा V-आकाराचे होते आणि त्यातून उच्च-वेगाच्या हायड्रोजन वायूचे उत्सर्जन दिसून आले. 

द लिटल रेड डॉट QSO1 (किंवा Abell2744-QSO1) 

QSO1 (किंवा Abell2744-QSO1) हा एक नमुनाभूत 'लिटल रेड डॉट' आहे, जो १३ अब्ज प्रकाशवर्षांपेक्षा जास्त अंतरावर असून सुमारे १,३०० प्रकाशवर्षे रुंद आहे. तो बिग बँगनंतर केवळ ७० कोटी वर्षांनी, विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळात अस्तित्वात होता. Abell 2744 (पँडोरा क्लस्टर) या आकाशगंगा समूहामुळे तो गुरुत्वाकर्षणाने परावर्तित होतो, त्यामुळे तो विशालित होतो आणि त्याची प्रतिमा तिहेरी दिसते, ज्यामुळे तो आकाशात तीन वेगवेगळ्या ठिकाणी दिसतो. परिणामी, इतर बहुतेक 'लिटल रेड डॉट्स'च्या तुलनेत QSO1 चा अभ्यास करणे अधिक सोपे आहे. 

या छोट्या लाल ठिपक्याच्या (LRD) सखोल अभ्यासातून संशोधक या निष्कर्षावर पोहोचले आहेत की, काही महाकाय कृष्णविवरे सुरुवातीपासूनच प्रचंड मोठी होती. त्यांची निर्मिती ताऱ्यांच्या संकोचनाच्या टप्प्याशिवाय आणि त्यांना पोषण देणाऱ्या लक्षणीयरीत्या अधिक वस्तुमान असलेल्या यजमान आकाशगंगेशिवाय झाली होती. 

QSO म्हणजे क्वासी-स्टेलर ऑब्जेक्ट (सामान्यतः क्वासार म्हणून ओळखले जाते). 

सुरुवातीच्या अभ्यासातून असे दिसून आले होते की, QSO1 हा सूर्याच्या वस्तुमानाच्या सुमारे ४० दशलक्ष पट वस्तुमान असलेल्या एका महाकाय कृष्णविवराभोवती फिरणाऱ्या तेजस्वी हायड्रोजन आणि हेलियम वायूच्या ढगापेक्षाही अधिक काहीतरी आहे. तथापि, ते खरोखरच तितके प्रचंड वस्तुमान असलेले आहे की नाही, याबद्दल अनिश्चितता होती. याचे कारण असे होते की, आतापर्यंत विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळातील कृष्णविवरांच्या वस्तुमानाची सर्व मोजमापे अप्रत्यक्ष होती, जी स्थानिक विश्वातील त्यांच्याबद्दलच्या आपल्या ज्ञानावर आधारित गृहितकांवर अवलंबून होती. ती गृहितके खरोखरच विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळाला लागू होतात की नाही, हे आपल्याला माहीत नव्हते. 

संशोधकांच्या लक्षात आले की, जर QSO1 चे कृष्णविवर खरोखरच इतके प्रचंड वस्तुमानाचे असेल, तर ते JWST वरील इंटिग्रल फील्ड युनिट (IFU) वापरून त्याच्याभोवती फिरणाऱ्या वायूवर होणाऱ्या गुरुत्वाकर्षणाच्या परिणामांचा मागोवा घेऊ शकतील, तसेच वायूतील विविध मूलद्रव्यांच्या वितरणाचा नकाशाही तयार करू शकतील. म्हणूनच, त्यांनी IFU निरीक्षणांचा वापर केला आणि कृष्णविवराभोवतीच्या हायड्रोजन वायूच्या हालचालींचा नकाशा तयार केला. 

केंद्रापासूनच्या अंतराच्या संदर्भात परिभ्रमण वेगाच्या आलेखावरून असे दिसून आले की, वायूची गती केप्लरियन होती, म्हणजेच 'लिटल रेड डॉट' QSO1 चे बहुतेक वस्तुमान केंद्रातील कृष्णविवरामध्ये एकवटलेले आहे. जर वस्तुमान विखुरलेले असते, तर सूर्यमालेतील ग्रहांप्रमाणे वायूने ​​परिपूर्ण केप्लरियन पद्धतीने एका मध्यवर्ती बिंदूभोवती प्रदक्षिणा घातली नसती. 

केप्लरियन गती गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमांनुसार चालते हे लक्षात घेता, वायूच्या वेगाच्या मोजमापामुळे संशोधकांना कृष्णविवराचे वस्तुमान थेट मोजता आले. विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळातील कृष्णविवराच्या वस्तुमानाचे हे पहिले थेट मोजमाप होते. असे आढळून आले की QSO1 च्या कृष्णविवराचे वस्तुमान सुमारे ५० दशलक्ष सौर वस्तुमानाएवढे आहे. तसेच, हे कृष्णविवर QSO1 च्या एकूण वस्तुमानाच्या दोन-तृतीयांश आहे. ही एक अत्यंत दुर्मिळ गोष्ट आहे, कारण जवळच्या आकाशगंगांमधील अतिविशाल कृष्णविवरे सामान्यतः यजमान आकाशगंगेच्या एकूण वस्तुमानाचा केवळ एक लहान अंशच व्यापतात.

शिवाय, IFU रचना नकाशांच्या विश्लेषणातून असे दिसून आले की QSO1 मधील वायू जवळजवळ पूर्णपणे हायड्रोजन आणि हेलियम आहे. तारे आणि ताऱ्यांच्या अवशेषांनी समृद्ध असलेल्या आकाशगंगेत ऑक्सिजनसारखे जड मूलद्रव्ये असायला हवीत, परंतु QSO1 मध्ये धातुरूपता अत्यंत कमी आहे, जी सूर्याच्या ०.५% पेक्षाही कमी आहे, यावरून असे सूचित होते की QSO1 चे आकाशगंगेतील वातावरण अत्यंत शुद्ध आहे.

त्याच्या यजमान आकाशगंगेच्या तुलनेत QSO1 चे प्रचंड वस्तुमान हे सूचित करते की, त्याची निर्मिती लहान तारकीय वस्तुमानाच्या कृष्णविवरांच्या हळूहळू होणाऱ्या विलीनीकरण आणि भक्षणातून झालेली नसावी. वरवर पाहता, 'लिटल रेड डॉट' QSO1 चे कृष्णविवर तारकीय उत्क्रांती प्रक्रियेच्या आधीपासून अस्तित्वात आहे. त्याची उत्क्रांती बिग बँगच्या पहिल्या सेकंदात तयार झालेल्या एका जड बीजापासून (आदिम कृष्णविवर) किंवा त्यानंतर वायूच्या एका विशाल ढगाच्या कोसळण्यामुळे (प्रत्यक्ष कोसळणारे कृष्णविवर) झाली असावी आणि ते कदाचित स्वतःभोवती आकाशगंगा तयार करण्याच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात असावे. 'लिटल रेड डॉट' QSO1 चे अतिविशाल कृष्णविवर हे आदिम कृष्णविवर (PBH) आहे की प्रत्यक्ष कोसळणारे कृष्णविवर (DCBH) आहे, हे सध्या सांगणे शक्य नाही; तथापि, विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळात कृष्णविवरांच्या गैर-तारकीय निर्मितीचे पुरावे आहेत.

***

संदर्भ: 

1. मायोलिनो आर., इत्यादी २०२६. महास्फोटानंतर ७०० दशलक्ष वर्षांनी एका जवळजवळ मूळ स्थितीत असलेल्या आकाशगंगेतील कृष्णविवर. मंथली नोटिसेस ऑफ द रॉयल ॲस्ट्रॉनॉमिकल सोसायटी, खंड ५४८, अंक १, मे २०२६, staf2109. प्रकाशित ०६ एप्रिल २०२६. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
2. जुओद्झबालिस, आय., मार्कोन्सिनी, सी., डी'युजेनियो, एफ. आणि इतर. उच्च रेडशिफ्टवरील एका लहान लाल ठिपक्यामधील कृष्णविवराच्या वस्तुमानाचे थेट मापन. नेचर ६५३, १०१७–१०२१ (२०२६). २७ मे २०२६ रोजी प्रकाशित. डीओआय: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
3. नासाच्या वेब संशोधनाने एका अशा कृष्णविवराचा खुलासा केला आहे, जे त्याच्या आकाशगंगेच्या आधी तयार झाले होते. २७ मे २०२६ रोजी प्रकाशित. येथे उपलब्ध: https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/

***

संबंधित लेख 

जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST): सुरुवातीच्या विश्वाच्या अभ्यासासाठी समर्पित असलेली पहिली अंतराळ वेधशाळा (१५ नोव्हेंबर २०२२) 

अर्ली ब्रह्मांडचा अभ्यास: कॉस्मिक हायड्रोजनपासून मायावी २१-सेमी रेषा शोधण्यासाठी प्रयोग गाठा(एक्सएनयूएमएक्स ऑगस्ट एक्सएनयूएमएक्स) 

तपकिरी बौने (BDs): जेम्स वेब टेलीस्कोप तारेसारख्या पद्धतीने तयार झालेल्या सर्वात लहान वस्तू ओळखतो (एक्सएनयूएमएक्स जानेवारी एक्सएनयूएमएक्स) 

सुरुवातीच्या विश्वातील सर्वात जुने ब्लॅक होल ब्लॅक होल निर्मितीच्या मॉडेलला आव्हान देते (एक्सएनयूएमएक्स जानेवारी एक्सएनयूएमएक्स) 

सुरुवातीचे विश्व: सर्वात दूरची दीर्घिका “JADES-GS-z14-0″ दीर्घिका निर्मिती मॉडेलला आव्हान देते (एक्सएनयूएमएक्स ऑगस्ट एक्सएनयूएमएक्स) 

सुरुवातीच्या विश्वातील धातू-समृद्ध ताऱ्यांचा विरोधाभास (एक्सएनयूएमएक्स सप्टेंबर एक्सएनयूएमएक्स)

***