बिग बैंग के 47 करोड़ वर्ष बाद तौला गया एक ब्लैक होल

अरबों सौर द्रव्यमान वाले ब्लैक होल से चलने वाले क्वेसार तब भी मौजूद थे जब ब्रह्मांड एक अरब वर्ष से कम पुराना था। वे इतनी जल्दी इतने बड़े कैसे हो गए, यह खगोलशास्त्र की खुली पहेलियों में से एक है। विस्तृत-क्षेत्र सर्वेक्षणों ने ऐसे सैकड़ों दैत्य खोजे हैं, लेकिन केवल सबसे चमकीले।

जेम्स वेब अंतरिक्ष टेलीस्कोप ने तस्वीर बदल दी। यह कहीं अधिक मद्धिम सक्रिय आकाशगंगीय नाभिकों (active galactic nuclei) को देख सकता है — ऐसी आकाशगंगाएँ जिनका केंद्रीय ब्लैक होल पदार्थ निगल रहा है — चौड़ी उत्सर्जन रेखाओं को पकड़कर: ब्लैक होल के पास इतनी तेज़ी से परिक्रमा करती गैस का प्रकाश कि उसकी स्पेक्ट्रमी रेखाएँ — वे सटीक रंग जो हर तत्व उत्सर्जित करता है — फैल जाती हैं। इनमें से कई पिंड सघन, बहुत लाल दिखने वाले स्रोत हैं, जिन्हें “लिटिल रेड डॉट्स” (Little Red Dots, छोटे लाल बिंदु) उपनाम दिया गया है और जिनकी प्रकृति पर अब भी बहस है।

बिना शॉर्टकट की खोज

टोक्यो के Waseda University के नेतृत्व में Xingyao Cai, Akio K. Inoue, Masafusa Onoue और उनके सहयोगियों ने DAWN JWST Archive के सार्वजनिक स्पेक्ट्रा खँगाले: 6 और 10.3 के बीच के रेडशिफ़्ट पर पक्की दूरियों वाले 1,247 स्रोत — रेडशिफ़्ट, जिसे z लिखा जाता है, यह मापता है कि ब्रह्मांड के प्रसार ने उनके प्रकाश को कितना खींच दिया है: यह जितना ऊँचा, स्रोत उतना ही दूर और हम उसे उतना ही पीछे के समय में देखते हैं। उन्होंने रंग या आकार के आधार पर पहले से कोई छँटाई नहीं की। हर स्पेक्ट्रम के लिए उन्होंने पूछा कि क्या चौड़ी हाइड्रोजन रेखा वाला मॉडल उसके बिना वाले मॉडल से बेहतर बैठता है। 66 उम्मीदवार इस कसौटी पर खरे उतरे।

सबसे दूर का है MoM-BL-z10, जिसे “Mirage or Miracle” कार्यक्रम में देखा गया, रेडशिफ़्ट z = 9.9837 पर — जब ब्रह्मांड केवल 47 करोड़ वर्ष का था।

इसकी चौड़ी हाइड्रोजन-बीटा रेखा, जो नीले-हरे दृश्य प्रकाश के रूप में उत्सर्जित होती है, लगभग ग्यारह गुना (1 + z) खिंचकर अवरक्त में हम तक पहुँचती है, 5.35 माइक्रोमीटर पर, वेब की मानक प्रोसेसिंग की 5.3 माइक्रोमीटर की कट-ऑफ़ से ठीक आगे। यह केवल इसलिए दिखाई दी क्योंकि संग्रह का डेटा-अपचयन (data reduction) स्पेक्ट्रम के उस अतिरिक्त हिस्से को भी वापस ले आता है।

सात फ़िल्टरों में MoM-BL-z10 की वेब तस्वीरें (ऊपर) और उसका स्पेक्ट्रम, दाईं ओर फ़िट की गई चौड़ी हाइड्रोजन-बीटा रेखा के साथ। — चित्र 1, Cai et al. (2026), arXiv:2610.28735, CC BY 4.0.

ब्लैक होल को तौलना

चौड़ी रेखा 3.87 के सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात पर पकड़ी गई है, लेखकों ने जो 3 की सीमा पहले से तय की थी उससे बस ज़रा ही ऊपर। हमारी ओर आती गैस का प्रकाश एक ओर खिसकता है, हमसे दूर जाती गैस का दूसरी ओर (डॉप्लर प्रभाव), इसलिए रेखा की चौड़ाई को गतियों के फैलाव के रूप में मापा जाता है: 3,480 किलोमीटर प्रति सेकंड (बड़ी अनिश्चितताओं के साथ: −950, +2,040)। नियॉन और ऑक्सीजन की अन्य रेखाओं के अनुपात इस पिंड को साधारण तारा-निर्माण वाली आकाशगंगाओं के बजाय सक्रिय नाभिकों में रखते हैं।

गैस की गति को स्रोत की चमक के साथ जोड़ने पर — वही चमक जो तय करती है कि प्रकाश कितने बड़े क्षेत्र से आ रहा है — एक “वाइरियल” द्रव्यमान मिलता है — रेडशिफ़्ट 10 पर ऐसा पहला अनुमान:

• क्वेसारों के लिए उपयोग होने वाले मानक सूत्र से, लगभग 3.6 करोड़ सौर द्रव्यमान (3.6 × 10⁷, मोटे तौर पर 1.9 करोड़ से 9.4 करोड़ के बीच), जो अपनी सैद्धांतिक अधिकतम दर, यानी एडिंगटन सीमा, के 11% पर पदार्थ निगल रहा है — वह छत, जिसके पार भीतर गिरते पदार्थ का प्रकाश ही गैस को दूर धकेल देता है और ब्लैक होल को भूखा रखता है;
• लिटिल रेड डॉट्स के लिए प्रस्तावित एक सूत्र से, और यह मानकर कि यह उस अधिकतम दर पर निगल रहा है, लगभग 21 लाख सौर द्रव्यमान — 17 गुना कम।

यह पिंड सघन दिखता है और इसके रंग लिटिल रेड डॉट से अपेक्षित रंगों जैसे हैं, लेकिन लेखक मौजूदा आँकड़ों के आधार पर इसे उस श्रेणी में रखने से इनकार करते हैं।

बहुत भारी, बहुत जल्दी

टीम ने रेडशिफ़्ट 25 से शुरू करते हुए पीछे की ओर हिसाब लगाया कि ऐसा ब्लैक होल कैसे बढ़ा होगा — यानी जिन 47 करोड़ वर्षों पर इसे देखा गया है, उससे बहुत पहले से। एक हल्के बीज से — 10 से 100 सौर द्रव्यमान वाले तारे का अवशेष — 3.6 करोड़ सौर द्रव्यमान तक पहुँचने के लिए औसत दर एडिंगटन सीमा की लगभग दोगुनी होनी चाहिए। 10,000 से 1,00,000 सौर द्रव्यमान का एक भारी बीज, जो शायद किसी गैस-बादल के सीधे ढहने से पैदा हुआ हो, सीमा पर पदार्थ निगलते हुए वहाँ पहुँच सकता है। अपनी देखी गई 11% की दर पर यह कभी इतना बड़ा नहीं हो सकता था: अतीत में इसने ज़रूर तेज़ी से खाया होगा।

संभावित विकास-इतिहास: पीला तारा (मानक द्रव्यमान) वहाँ है जहाँ हल्के बीजों को एडिंगटन-से-अधिक दर पर निगलना पड़ता है और भारी बीज काफ़ी होते हैं। — चित्र 5, Cai et al. (2026), arXiv:2610.28735, CC BY 4.0.

सीमा पर बढ़ते किसी तारकीय बीज के लिए कम वाला द्रव्यमान भी हासिल करना कठिन बना रहता है।

वेब की क्षमता की सीमा पर

MoM-BL-z10 अब सबसे दूर का ज्ञात चौड़ी-रेखा वाला सक्रिय नाभिक है, जो z = 9.29 पर स्थित CAPERS-LRD-z9 से भी आगे है। रेडशिफ़्ट 10 के आसपास के दो पहले के उम्मीदवारों, UHZ1 और GN-z11, में कभी भी पक्के तौर पर पकड़ी गई चौड़ी रेखा नहीं दिखी। चूँकि यहाँ हाइड्रोजन रेखा वेब के स्पेक्ट्रोग्राफ़ के बिल्कुल किनारे पर है, लेखकों को संदेह है कि इस तरीक़े से मद्धिम ब्लैक होल खोजने के लिए रेडशिफ़्ट 10 व्यावहारिक सीमा के क़रीब हो सकता है। एक पूरे कैटलॉग के साथ एक बड़ी खोज की तैयारी चल रही है।