সবচেয়ে ভারী কৃষ্ণগহ্বর-সংঘর্ষটি বৃত্তাকার কক্ষপথে ছিল না
২০২৩ সালের ২৩ নভেম্বর হ্যানফোর্ড ও লিভিংস্টনের LIGO মানমন্দিরগুলো GW231123 রেকর্ড করে, যা এ পর্যন্ত জানানো দুটি কৃষ্ণগহ্বরের সবচেয়ে ভারী একীভবন। বৃত্তাকার কক্ষপথ ধরে নিয়ে প্রচলিত বিশ্লেষণ ভর দিয়েছিল প্রায় সূর্যের ভরের ১৩৭ ও ১০১ গুণ, আর দুটিই অত্যন্ত দ্রুত ঘুরছিল।
সংখ্যাগুলো অস্বস্তিকর। ছোট কৃষ্ণগহ্বরটি তথাকথিত জোড়-অস্থিতিশীলতা ভর-ফাঁকে (pair-instability mass gap) পড়ে — ভরের এমন একটি পরিসর, যা কোনো নক্ষত্রের সাধারণ চুপসে যাওয়া খুব কষ্টে তৈরি করতে পারে। এর একটি সমাধান হলো স্তরভিত্তিক একীভবন (hierarchical merger): ভিড়ে ঠাসা কোনো পরিবেশে, যেমন ঘন নক্ষত্রপুঞ্জে, একটি একীভবনের অবশেষ সেখানেই থেকে যায় এবং পরে আবার একীভূত হয়। গবেষণাপত্রটি একটি কাজের সূত্রও উল্লেখ করে: কাছাকাছি ভরের ও কম ঘূর্ণনের দুটি কৃষ্ণগহ্বর একীভূত হলে অবশেষটি সাধারণত প্রায় ০.৭ মানে ঘোরে — পদার্থবিদদের ব্যবহৃত মাত্রাহীন মাপকাঠিতে, যেখানে ১-এর কাছাকাছি মান মানে প্রায় চরম ঘূর্ণন।
মাত্র কয়েকটি চক্র
GW231123 ছিল সংক্ষিপ্ত: চূড়ান্ত পতনের আগে মাত্র কয়েকটি মাপযোগ্য তরঙ্গ-চক্র। এতে এর ব্যাখ্যা তরঙ্গরূপের (waveform) মডেলের ওপর খুবই নির্ভরশীল হয়ে পড়ে। একটি বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করা বিশেষভাবে কঠিন: উৎকেন্দ্রিকতা (eccentricity), অর্থাৎ কক্ষপথটি কতটা ডিম্বাকার। মহাকর্ষীয় তরঙ্গ বিকিরণ পুরোনো, বিচ্ছিন্ন জোড়ের কক্ষপথকে গোল করে ফেলার দিকে ঝোঁকে, কিন্তু ঘন পরিবেশে কাছাকাছি সংস্পর্শ কিছু উৎকেন্দ্রিকতা রেখে যেতে পারে। মাত্র কয়েকটি চক্রের মধ্যে একটি ডিম্বাকার কক্ষপথ ঘূর্ণায়মান কৃষ্ণগহ্বরের টলমলে ভাবের নকল করতে পারে। কোনো মডেল উৎকেন্দ্রিকতা বাদ দিলে, তার ছাপ ঘূর্ণনের মধ্যে মিশে যেতে পারে।
নিচ থেকে শুরু, বেশি দেখা
উহান বিশ্ববিদ্যালয়ের বাওশিয়াং ওয়াং ও তাও ইয়াং, বেইজিং নর্মাল ইউনিভার্সিটি, পটসডামের মাক্স প্লাঙ্ক মহাকর্ষীয় পদার্থবিজ্ঞান ইনস্টিটিউট ও নিংবো বিশ্ববিদ্যালয়ের সহকর্মীদের সঙ্গে মিলে, প্রকাশ্য ডেটা এমন একটি তরঙ্গরূপ মডেল দিয়ে আবার বিশ্লেষণ করেছেন, যা উৎকেন্দ্রিকতা ও অয়নচলনশীল (precessing) ঘূর্ণন — দুটিকেই সুযোগ দেয়। মূল পার্থক্য: হ্যানফোর্ড ডিটেক্টরের ক্ষেত্রে, যার প্রকাশ্য ডেটা থেকে একটি গোলযোগ (glitch) পরিষ্কার করা হয়েছিল, তাঁরা ২০-এর বদলে ১১ হার্জ থেকে শুরু করেন। নিম্ন কম্পাঙ্কে উৎকেন্দ্রিকতা বেশি, তাই সংকেতের এই প্রথম অংশটিই সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ।
- কক্ষপথের উৎকেন্দ্রিকতা দাঁড়ায় ০.৩৪, যা ৫.৫ হার্জ কম্পাঙ্কে সংজ্ঞায়িত।
- উৎকেন্দ্রিক মডেলটি ১০.২-এর বেইজ ফ্যাক্টরে এগিয়ে: ডিম্বাকার কক্ষপথ ডেটাকে বৃত্তাকারের চেয়ে প্রায় দশ গুণ ভালো ব্যাখ্যা করে।
- আগের গবেষণাগুলোর মতো ২০ হার্জ থেকে শুরু করলে তাঁরা সামান্যই উৎকেন্দ্রিকতা পান — যা ওই গবেষণাগুলোর সঙ্গে মেলে।
এটি যাচাই করতে তাঁরা ডিম্বাকার কক্ষপথের একটি নকল GW231123 তৈরি করে একইভাবে বিশ্লেষণ করেন। এটি হুবহু আসল ঘটনার মতো আচরণ করে: ১১ হার্জ থেকে স্পষ্টভাবে উৎকেন্দ্রিক, ২০ হার্জ থেকে অনেক কম। খুব ওপর থেকে শুরু করলে একটি ডিম্বাকার কক্ষপথ লুকিয়ে যেতে পারে।
ঘূর্ণনের ধাঁধা আলগা হয়
উৎকেন্দ্রিকতার সুযোগ দিলে সবচেয়ে বেশি বদলায় ছোট কৃষ্ণগহ্বরটি। এর ঘূর্ণন বৃত্তাকার বিশ্লেষণের ০.৯০ থেকে নেমে আসে প্রায় ০.৭৪-এ, যা আগের কোনো একীভবনের অবশেষের প্রত্যাশিত ০.৭-এর কাছাকাছি। নকল সংকেতটিও একই প্রভাব দেখায়: বৃত্তাকার ধরে বিশ্লেষণ করলে তার ছোট কৃষ্ণগহ্বরটিকে আসলের চেয়ে দ্রুত ঘূর্ণায়মান মনে হয়।
বড় কৃষ্ণগহ্বরটি দুই ক্ষেত্রেই দ্রুত ঘুরতে থাকে, আর এর ভর সরল দ্বিতীয় প্রজন্মের উৎপত্তির সঙ্গে প্রায় মেলে না। তাই দুটি কৃষ্ণগহ্বরের ইতিহাস ভিন্ন হতে পারে: ছোটটি হয়তো আগের দুটি কৃষ্ণগহ্বরের সন্তান, বড়টি অন্য কোনোভাবে তৈরি। দৃষ্টিরেখা বরাবর একটি মহাকর্ষীয় লেন্সের সম্ভাবনা যোগ করলেও উৎকেন্দ্রিক ফলটি বদলায় না।
এতে কী বদলায়
আগের গবেষণাগুলো জোড়-অস্থিতিশীলতা ভর-ফাঁকের ওপরের সীমা নির্ধারণে GW231123-এর ছোট কৃষ্ণগহ্বরটি ব্যবহার করেছিল। লেখকদের যুক্তি, সেই কৃষ্ণগহ্বর যদি নিজেই কোনো একীভবনের ফল হয়, তবে এর ভর একা সেই সীমা নির্ধারণ করতে পারে না। ১০-এর একটি বেইজ ফ্যাক্টর ইঙ্গিত, প্রমাণ নয় — লেখকেরা নিজেরাই উল্লেখ করেন যে সংকেত সংক্ষিপ্ত হলে প্রকৃতই উৎকেন্দ্রিক সংকেতও সব সময় জোরালো পক্ষপাত দেয় না। তাঁদের উপসংহার: কোনো জনগোষ্ঠীর সীমা যখন কয়েকটি অস্বাভাবিক ঘটনার ওপর দাঁড়িয়ে থাকে, তখন সেই ঘটনাগুলোর পেছনের তরঙ্গরূপ-সংক্রান্ত অনুমানগুলো সরাসরি গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে।