कृष्णविवराभोवतालचे प्रकाशमान वलय

क्वासर; विश्वातील सर्वात चमकदार ज्ञात वस्तू

(वाचन वेळ: १० मिनिट)

 

अंतराळविज्ञान हा वैज्ञानिक समुदायासाठी नेहमीच जिज्ञासेचा आणि आसमंताची गुपिते उलघडणारा विषय ठरला आहे. या विषयातील संशोधनाने अज्ञात वस्तूंच्या शोधाद्वारे विश्वाचा ठाव घेणे शक्य झालं आहे. असंख्य आकाशगंगांनी बनलेल्या या ब्रह्मांडातील बऱ्याच गोष्टी अद्याप मानवजातीस ठाऊक नाहीत. विश्वाची उत्पत्ती आणि ऱ्हासाची कारणे जाणून घेण्यासाठी हा अभ्यास ही एक काळाची गरज बनली आहे. अलीकडेच इवेंट हॉरीझॉन दुर्बिणीतून दिसलेले व हजारो तारे गडप करण्याची क्षमता असलेले कृष्णविवर हे या अभ्यासातील महत्वपूर्ण निरीक्षण तसेच विश्लेषण मानले जातेय. आकाशगंगेच्या केंद्रस्थानी आढळणारी कृष्णविवर ही काही ताऱ्यांची अंतिम स्थिती असते. सूर्याच्या १.४ ते ३ पट वस्तुमान असलेले तारे त्यांच्या आयुष्याच्या शेवटी आकुंचन पावत कृष्ण विवरात रुपांतरीत होतात. कृष्णविवरांच्या प्रचंड गुरुत्वाकर्षणामुळे प्रकाश देखील त्यांच्यापासून सुटू शकत नाही आणि यामुळेच अशा ताऱ्यांना कृष्णविवर म्हणतात. 

 

 

 कृष्णविवराची प्रतिमा
नुकतेच इवेंट हॉरीझोन टेलीस्कोपचा उपयोग करून वैज्ञानिकांनी आकाशगंगा एम८७ (पृथ्वीपासून सुमारे ५४ दशलक्ष प्रकाशवर्ष अंतरावर स्थित एक महाकाय आकाशगंगा)  च्या मध्यभागी असलेल्या कृष्णविवराची एक प्रतिमा प्राप्त केली आणि त्याच्या सभोवताली तीव्र गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली फिरणारा अतिउष्ण वायु प्रकाशाचे उत्सर्जन करत आहे (१० एप्रिल,२०१९).

आत्तापर्यंत ब्रह्मांडातील ज्ञात असलेल्या सर्वात प्रकाशमान गोष्टी म्हणजे सेरियस आणि आर१३६ए१ हे तारे होत की जे सूर्यापेक्षाही २२ आणि ८६ लाख पट प्रकाशमान आहेत. पण यांच्यापेक्षा देखील आकाराने महाकाय आणि हजारो पटीने प्रकाशमान असलेली गोष्ट म्हणजे क्वासर. क्वासर (क्वाझी-स्टेलर रेडियो सोर्स अर्थात अर्ध-ताऱ्यांचा रेडिओलहरी स्त्रोत) हा अतिशय तेजस्वी सक्रिय आकाशगंगेचा मध्यवर्ती भाग असतो. हे कृष्णविवराभोवतालचे वायुमय संचय-चक्र म्हटले वावगं ठरू नये. जेव्हा या चक्रातील वायु कृष्णविवरात पडतो तेव्हा त्यापासून विद्युत चुंबकीय किरणांद्वारे (प्रकाश, अतिनील किरणे, एक्स किरणे, गामा किरणे इ.) ऊर्जा बाहेर फेकली जाते.

१९६३ साली मार्टेन श्मिड या खगोलशास्त्रज्ञाने पहिल्यांदा अशा क्वासरचे निरीक्षण केले. हे क्वासर सूर्यापेक्षा ४००० अब्ज पटीने मोठे आणि आपल्या आकाशगंगेपेक्षा शेकडोपट प्रकाशमान होते. खगोलतज्ञांच्या मते, जेंव्हा दोन आकाशगंगा एकमेकांवर आदळतात तेव्हा सक्रिय आकाशगंगेच्या मध्यवर्ती भागाची (अ‍ॅक्टिव्ह गॅलंनटिक न्यूक्लिआय) अर्थात क्वासारची निर्मिती होते. क्वासारमध्ये केंद्रस्थानी विशाल कृष्णविवर असून त्याचे वस्तुमान हे सूर्याच्या वस्तुमानाच्या कित्येक कोट पटीने मोठे असते. हे कृष्णविवर त्याच्या अफाट गुरुत्वाकर्षणामुळे सभोवतालच्या गोष्टींना स्वत:कडे आकर्षित करताना या द्रव्यास प्राप्त झालेल्या त्वरणामुळे कृष्णविवराभोंवती चकतीसारखे वलय बनवते त्याला वृद्धी चकती (अक्रीशन डिस्क) असे म्हणतात. या चकती मधील सर्व द्रव्य कृष्णविवरातील इवेंट हॉरीझॉन (अफाट द्रव्यमान असलेले कृष्णविवराचे केंद्र) कडे पाठवले जाते. तीथे त्याचे विघटन होऊन हा द्रव्य जवळजवळ प्रकाशाच्या वेगाने कृष्णविवराच्या ध्रुवामधून बाहेर फेकला जातो. त्यानंतर या चकतीमधील वायु आणि धूळीकण हे प्रचंड वेगाने कृष्णविवराभोवती फिरताना होणाऱ्या घर्षणामुळे मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा निर्माण होते. ही ऊर्जा प्रकाशाच्या (विद्युत चुंबकीय किरणे) रूपात संपूर्ण ब्रह्मांडामध्ये पसरली जाते. या प्रक्रियेमध्ये ६-३२% वस्तुमानाचे रूपांतर हे बाहेर फेकल्या जाणाऱ्या ऊर्जेमध्ये होते. आपल्या सूर्याशी तुलना करता फक्त ०.७% वस्तुमान उर्जेद्वारे बाहेर फेकले जाते. ही ऊर्जा जेव्हा वातावरणाबरोबर परस्पर क्रिया करून कमी वारंवारतेच्या तरंगामध्ये रूपांतरीत होते तेव्हा हे तरंग रेडियो दुर्बिणीच्या सहाय्याने पृथ्वीवर प्राप्त होतात.

 

 

पहिले क्वासर
हबलच्या सहाय्याने टिपलेले ३सी२७३ हे सर्वात पहिले आणि तेजस्वी आकाशगंगेमध्ये स्थित विशाल लंबवर्तुळाकार क्वासर आहे. त्याचा प्रकाश पृथ्वीपर्यंत पोहोचण्यास सुमारे अडीच अब्ज वर्षांचा कालावधी लागला आहे. इतके मोठे अंतर असूनही, हे अद्याप पृथ्वीपासून सर्वात जवळचे क्वासर आहे.

 

 सूरवातीच्या काळात क्वासर हे ताऱ्यापासून भिन्न नव्हते कारण ते प्रकाशाचा बिंदू स्त्रोत म्हणून दिसत असत. कालांतराने अवरक्त (इन्फ्रारेड ) दुर्बिणीच्या आणि हबल दुर्बिणीच्या आगमनाने तसेच प्रगत तंत्रज्ञान आणि डेटा विश्लेषणाच्या आधुनिक पद्धतीमुळे अखेर त्यांना क्वासर ही वेगळी ओळख मिळाली. क्वासरच्या अभ्यासामुळे आपणास आकाशगंगांची उत्पत्ती आणि उत्क्रांती याचा उलघडा होतो. विविध क्वासरची चमक ऑप्टिकल श्रेणीमध्ये कमी तर एक्स-रे श्रेणीत जास्त असते. क्वासरच्या शोधामुळे खगोलशास्त्राच्या धारणेत प्रचंड बदल झाले कारण यामुळे भौतिकशास्त्र आणि खगोलशास्त्र एकबद्ध झाले होते.

पुरेशी द्रव्य असणाऱ्या तरुण आणि एकमेकांवर आदळणाऱ्या आकाशगंगा क्वासर तयार करतात. क्वासर नेहमी जिथे कृष्णविवर मोठ्या प्रमाणात वेगाने वाढत आहेत अशा ठिकाणी तयार होतात. आत्तापर्यंत निरीक्षण केलेली सर्वात दूरवरचे (२९०० कोटी प्रकाशवर्ष) आणि सर्वात जवळचे (७३ कोटी प्रकाशवर्ष) क्वासर हे अनुक्रमे यूएलएएसजे ११२० + ६४१ आणि आयसी२४९७ ही होत. तर आत्तापर्यंतचे सर्वात प्रकाशमान क्वासर पृथ्वीपासून १२८० कोटी प्रकाशवर्ष अंतरावरील  जे०४३९४७.०८ + १६३४१५.७ हे असून त्याची प्रकाश उत्तेजित करण्याची क्षमता ही सूर्याच्या ६,००,००० अब्ज पट आहे. आजपर्यंत समान गुणधर्माचे सुमारे २,००,००० क्वासर्स ज्ञात आहेत. साधारणपणे क्वासरचा काहीच भाग हा प्रकाशकिरणे बाहेर टाकतो आणि त्याची शिस्तबद्धता ही काही तास ते काही महिन्यापर्यंत असू शकते.

 

यूएलएएसजे ११२० + ६४१	जे०४३९४७.०८ + १६३४१५.७

 

 प्रारंभीच्या विश्वात क्वासर अधिक सामान्य होते, कारण जेव्हा विशाल वस्तुमान असलेला कृष्णविवर वायू आणि धूळ गिळंकृत करतो तेव्हा क्वासरमधील उर्जा समाप्त होते. आपला इंधन पुरवठा संपविल्यानंतर, क्वासर अस्पष्ट आकाशगंगेत रूपांतरित होते. या क्वासरना साधारणपणे १००-१००० दशलक्ष वर्षांपर्यंतचे सामान्य जीवनकाळ लाभते. अनेक खगोलशास्त्रज्ञ फक्त क्वासर्सचा समर्पित अभ्यास करण्याव्यतिरिक्त, दरम्यानच्या आकाशगंगा आणि विखुरलेल्या वायूचा अभ्यास करण्यासाठी प्रकाशस्रोत पार्श्वभूमी म्हणून देखील क्वासरचा वापर करतात.

२०२१ च्या फेब्रुवारीमध्ये प्रकाशित झालेल्या एका अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की बहुसंख्य क्वासर हे एका दिशेने प्रवास करत असून आपली आकाशगंगा सुद्धा त्याच दिशेने अग्रेसर आहे. खगोलशास्त्रज्ञाच्या मते भविष्यामध्ये शेकडो कोटी वर्षानंतर जेंव्हा आपली आकाशगंगा शेजारील एंड्रोमेडा आकाशगंगा शी धडकेल तेव्हा नव्या प्रकारच्या क्वासरची निर्मिती होईल.

डबल क्वासर

२०१० दरम्यान स्लोन डिजिटल स्काई या खगोलशास्त्रीय सर्वेक्षणात आकाशगंगांच्या विलीनीकरणात क्वासरची एक चमकदार जोडी प्रथमच स्पष्टपणे आढळून आली. या जोडीचे मॅगेलन दुर्बिणीद्वारे टिपलेले या संदर्भातील छायाचित्र क्वासर जोडी तयार होण्याचा ठोस पुरावा मानला जातो. जॉन्स हॉपकिन्सच्या संशोधन टीम सदस्या नादिया जाकमस्का यांच्या मते, आकाशगंगेच्या निर्मितीच्या पहिल्या टप्प्यात डबल क्वासरचे हे वैशिष्ट्यपूर्ण उदाहरण होते तसेच मोठ्या वस्तुमानातून कृष्णविवर कसे एकत्र होतात आणि ते दुहेरी (बायनरी) कसे बनतात याचा अभ्यास करण्यासाठी याचा निश्चित उपयोग होणार होता. उर्बाना-चॅम्पेन येथील इलिनॉय विद्यापीठाचे मुख्य संशोधक यू शेन यांचे मते, ब्रह्मांडाच्या दुर्गम भागात प्रत्येक १,००० क्वासरपाठीमागे एक दुहेरी क्वासर असतो. त्यामुळेच ही क्वासर जोडी शोधणे म्हणजे एखाद्या गवताच्या खोड्यात सुई शोधण्यासारखे आहे. आजच्या घडीला दुहेरी क्वासरचा शोध महत्वाचा आहे कारण त्यावरून कृष्णविवरे आणि आकाशगंगा एकत्र कसे विकसित होतात यावरही आपल्या धारणेची चाचणी घेता येते.

नुकतेच नासाच्या हबल स्पेस टेलीस्कोपने सुमारे १० अब्ज वर्षांपूर्वी अस्तित्त्वात असलेल्या दूरवरच्या क्वासर्सपैकी एक नव्हे तर दोन जोड्या टिपल्या आहेत. दीर्घकाळ सेवा देणाऱ्या स्पेस टेलीस्कोपने घेतलेली प्रतिमा प्रत्येक जोडीमधील क्वासर हे एकमेकांपासून केवळ १०,००० प्रकाशवर्ष अंतरावर आहेत हे स्पष्ट करते. याच्या तुलनेत आपला सूर्य आकाशगंगेच्या मध्यभागी असलेल्या कृष्णविवरापासून २६,००० प्रकाशवर्ष दूर आहे. संशोधकांचा असा विश्वास आहे की हे क्वासर्स एकमेकांच्या अगदी जवळ आहेत कारण ते दोन विलीन होणाऱ्या आकाशगंगांच्या सीमारेषेवर आहेत.

 

 

 हबल ने टिपलेली क्वासरची जोडी
हबल स्पेस टेलीस्कोपने टिपलेल्या या दोन प्रतिमांमधून दोन अब्ज वर्षांपूर्वी अस्तित्त्वात असलेल्या क्वाअर्सच्या दोन जोड्या आढळल्या आहेत आणि विलीन होणाऱ्या आकाशगंगांच्या पोटात आहेत. या आकाशगंगा पाहिल्या जाऊ शकत नाहीत कारण हबलसाठी त्या अगदी पुसट आहेत. प्रत्येक जोडीमधील क्वासर हे एकमेकांपासून १०,००० प्रकाशवर्षाच्या अंतरावर आहेत. प्रतिमेत डावीकडील क्वासर जोडी जे०७४९+२२५५ आणि उजवीकडील जोडी जे०८४१+४८२५ म्हणून नोंद केली गेली आहे (६ एप्रिल, २०२१).

 

सर्वात जवळची क्वासर जोडी
आंतरराष्ट्रीय जेमिनी वेधशाळेमधील खगोलशास्त्रज्ञांनी पृथ्वीपासून सुमारे १० अब्ज प्रकाशवर्षांच्या दुरवर असलेली क्वासर जोडी शोधली आहे. दोन क्वासर केवळ १०,००० प्रकाशवर्ष अंतरावर आहेत. ही जोडी आतापर्यंत सापडलेल्या कोणत्याही क्वासर जोडीपेक्षा अधिक जवळ आहेत. जोडीतील प्रत्येक क्वासर हे दोन विलीन झालेल्या आकाशगंगेंच्या सीमारेषेवर आहेत (१६ मे, २०२१).

 

दोन ८.१-मीटर व्यासाच्या जेमिनी उत्तर (हवाई) आणि जेमिनी दक्षिण (चिली) या दोन गोलार्धात स्थित जुळ्या दुर्बिणींने युक्त जेमिनी नामक खगोलशास्त्रीय वेधशाळा आहे. जेमिनी नॉर्थने अलीकडेच स्पेक्ट्रोस्कोपिक पद्धतीने अतिदूर असलेल्या क्वासर जोडीची उत्कृष्ट प्रतिमा मिळवली आहे. जेमिनी मल्टी-ऑब्जेक्ट स्पेक्ट्रोग्राफ मुळे दोन क्वासरमधील अंतर आणि त्यांची रचना निश्चित करण्यासाठी मदत झाली. ही क्वासर जोडी ज्ञात क्वासरपैकी सर्वात जवळची जोडी मानली जाते. या निरीक्षणासाठी अंतिम प्रतिमा मिळविण्यासाठी जमीन तसेच अवकाशातील विविध दुर्बिणीतील सिंक्रोनिक डेटा एकत्र केला होता. या शोधात सुरुवातीला स्लोन डिजिटल स्काई सर्व्हेद्वारे १५ क्वासर शोधले गेले. मग गाइया अवकाशयानानं चार संभाव्य क्वासर जोड्यांची क्रमवारी लावली आणि शेवटी हबलने त्यांपैकी एक स्पष्ट जोडी शोधली. या नवीन पध्दतीचा सिद्धीनिर्देशांक दर हा ५०% इतका आहे.

जेमिनी नॉर्थ	जेमिनी साऊथ

विश्वामध्ये ज्ञात सर्वात तेजस्वी वस्तूंपैकी एक म्हणजेच क्वासर आहे आणि म्हणूनच ते खूप दूरवरून देखील दृश्यमान आहेत. हे आकाशगंगांचा भाग असल्याने आकाशगंगांची निर्मिती तसेच उत्क्रांती समजून घेण्यास मदत करतील. अशाप्रकारच्या संशोधनातून विश्वातील अज्ञात गोष्टींबाबत उलगडा करण्याच्या पूर्वी ज्ञात नसलेल्या नवीन संधी निर्माण झाल्या आहेत. काळानुसार बदलत्या विश्वामध्ये आपण राहतो याचा उत्तम पुरावा क्वासर देतात आणि म्हणूनच कोट्यावधी वर्षांपूर्वीच्या आणि आत्ताच्या विश्वामध्ये जमीन अस्मानाचा फरक आहे.  

- रुपेश पेडणेकर आणि प्रा. केशव राजपुरे
(भौतिकशास्त्र विभाग, शिवाजी विद्यापीठ, कोल्हापूर)

संदर्भ सूची:
• https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/hubble-spots-double-quasars-in-merging-galaxies
• https://economictimes.indiatimes.com/definition/quasar
• https://astronomy.swin.edu.au/cosmos/q/quasar
• https://www.universetoday.com/151141/astronomers-see-a-rare-double-quasar-in-a-pair-of-merging-galaxies/
• https://www.space.com/rare-double-quasars-hubble-telescope-discovery
• https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/multimedia/photo10-009.html