वह ब्लैक होल जो अपनी ही रोशनी निगल जाता है

घटना क्षितिज ही ब्लैक होल को ब्लैक होल बनाता है: एक ऐसी सीमा जिसके पार से कुछ भी, प्रकाश भी, लौट नहीं सकता। परिभाषा के अनुसार यह हमें कोई संकेत नहीं भेजता। इवेंट होराइज़न टेलीस्कोप ने M87 आकाशगंगा और सैजिटेरियस A* के विशाल ब्लैक होल की परछाइयों की तस्वीरें ली हैं — क्षितिज का अप्रत्यक्ष सबूत। लेकिन किसी तारे से जन्मे ब्लैक होल का क्षितिज सिर्फ़ दसियों किलोमीटर चौड़ा होता है, तस्वीर लेने के लिए बहुत छोटा।

धुँधले साथी वाला तर्क

खगोलविदों के पास एक और सुराग है। उन जोड़ों में जहाँ एक मृत तारा किसी साथी तारे से गैस खींचता है, शांत ब्लैक होल तंत्र आम तौर पर मिलती-जुलती कक्षा वाले न्यूट्रॉन तारा तंत्रों से लगभग सौ गुना धुँधले होते हैं। व्याख्या: गिरती गैस न्यूट्रॉन तारे की सतह से टकराकर चमकती है, जबकि ब्लैक होल ऊर्जा को निगल जाता है।

कमज़ोर कड़ी एक धारणा है। यह तर्क मान लेता है कि मिलती-जुलती कक्षाओं का अर्थ है मिलती-जुलती खाने की दर। 80 मिनट से लंबी कक्षाओं में साथी एक भूरा वामन (brown dwarf), एक सामान्य तारा या एक दानव तारा हो सकता है, और कई प्रभाव गैस के बहाव को चला सकते हैं। असली खाने की दर अज्ञात है।

मिनटों में परिक्रमा करने वाले जोड़े

शियामेन विश्वविद्यालय के चियान-ची मा (Qian-Qi Ma), वेई-मिन गु (Wei-Min Gu) और मोउयुआन सुन (Mouyuan Sun), तथा नानजिंग नॉर्मल विश्वविद्यालय की शान-शान वेंग (Shan-Shan Weng) ने अति-सघन एक्स-रे युग्मों (ultra-compact X-ray binaries) का रुख़ किया। जब कक्षा 40 मिनट से कम समय लेती है, तो दोनों पिंड इतने पास होते हैं कि साथी सिर्फ़ एक श्वेत वामन ही हो सकता है। और कक्षा मुख्य रूप से गुरुत्वीय तरंगें छोड़ने के कारण सिकुड़ती है।

इससे ये तंत्र साफ़-सुथरी प्रयोगशालाएँ बन जाते हैं। तब खाने की दर सिर्फ़ गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत पर और इस पर निर्भर करती है कि श्वेत वामन का आकार उसके द्रव्यमान से कैसे जुड़ा है। इसे सिर्फ़ कक्षीय अवधि से, कुछ माने गए द्रव्यमानों के साथ, निकाला जा सकता है: न्यूट्रॉन तारे के लिए 1.4 से 2 सूर्य, ब्लैक होल के लिए 3 से 20।

टीम ने ऐसे पाँच तंत्र रखे, सभी गोलाकार तारा-गुच्छों (globular clusters) में — पुराने तारों के घने गोले, जिनकी दूरियाँ 2% के भीतर ज्ञात हैं:

• चार में एक न्यूट्रॉन तारा है, जिसकी पहचान उसके ताप-नाभिकीय एक्स-रे विस्फोटों से हुई;
• एक, 47 Tuc X-9, में एक ब्लैक होल है, जिसकी पहचान इससे हुई कि उसका रेडियो और एक्स-रे उत्सर्जन साथ-साथ कैसे बदलता है। इसकी कक्षा लगभग 28 मिनट की है।

फिर उन्होंने हर तंत्र के औसत एक्स-रे उत्सर्जन की, जो चंद्रा, स्विफ़्ट और अन्य वेधशालाओं से लिया गया, उसकी गणना की गई खाने की दर से तुलना की।

हज़ार गुना धुँधला

नतीजा है विकिरण दक्षता: अंदर गिरते द्रव्यमान की ऊर्जा का वह हिस्सा जो एक्स-रे के रूप में बाहर आता है।

• चारों न्यूट्रॉन तारों के लिए यह 5% से ऊपर है।
• ब्लैक होल के लिए यह 0.03% से नीचे है।

अंतर दो से तीन परिमाण-कोटि (orders of magnitude) का है। सबसे चौंकाने वाला जोड़ा: न्यूट्रॉन तारा तंत्र M15 X-2 और ब्लैक होल 47 Tuc X-9 लगभग एक ही दर से खाते हैं, लगभग 10¹⁶ ग्राम प्रति सेकंड, फिर भी 47 Tuc X-9 हज़ार गुना धुँधला है। कुछ स्रोतों की चमक में दस गुना तक की अनिश्चितता मान लेने पर भी दोनों समूह अलग ही रहते हैं।

ऊर्जा कहाँ जाती है

लेखक इसे तल में मौजूद चीज़ से समझाते हैं। न्यूट्रॉन तारे की एक ठोस सतह होती है: अगर अंदर बहती गर्म गैस रास्ते में ठीक से विकिरण न भी करे, तो भी उसकी ऊर्जा आख़िरकार उस सतह पर जमा होती है और दोबारा उत्सर्जित होती है। ब्लैक होल की कोई सतह नहीं होती। कम खाने की दर पर गैस की ज़्यादातर ऊर्जा ऊष्मा के रूप में अंदर ले जाई जाती है — और क्षितिज के पीछे ग़ायब हो जाती है।

लेखकों के लिए यह एक तारकीय ब्लैक होल के क्षितिज का मज़बूत सबूत है, हालाँकि अप्रत्यक्ष, जैसा कि उनका अपना सारांश कहता है। यह एक ही ब्लैक होल पर टिका है। वे एक जाँचने योग्य भविष्यवाणी करते हैं: ऐसे तंग जोड़े में मिला कोई भी नया न्यूट्रॉन तारा चमकीले समूह में आना चाहिए, और मिलती-जुलती कक्षा वाला कोई भी ब्लैक होल 47 Tuc X-9 जितना धुँधला होना चाहिए।

विशाल ब्लैक होल के लिए एक सबक

यह अध्ययन एक व्यापक चेतावनी भी देता है। ब्लैक होल के लिए चमक इस बात का कमज़ोर पैमाना है कि वे कितना खाते हैं। एक ब्लैक होल धुँधला रहते हुए भी बढ़ सकता है। लेखकों के अनुसार, जो सर्वेक्षण अतिविशाल ब्लैक होल की वृद्धि का अंदाज़ा उनकी रोशनी से लगाते हैं, वे उस वृद्धि का कुछ हिस्सा चूक सकते हैं।