स्वतःचाच प्रकाश गिळणारे कृष्णविवर

कृष्णविवराला कृष्णविवर बनवते ते त्याचे घटना क्षितिज (event horizon): अशी सीमा जिच्या पलीकडून काहीही, प्रकाशसुद्धा, परत येऊ शकत नाही. व्याख्येनुसारच ते आपल्याला कोणताही संकेत पाठवत नाही. इव्हेंट होरायझन टेलिस्कोपने M87 दीर्घिकेतील आणि सॅजिटेरियस A* मधील महाकाय कृष्णविवरांच्या सावल्यांची प्रतिमा घेतली आहे — हा क्षितिजाचा अप्रत्यक्ष पुरावा आहे. पण ताऱ्यापासून जन्मलेल्या कृष्णविवराचे क्षितिज फक्त काही दहा किलोमीटर रुंद असते, प्रतिमा घेण्यासाठी खूपच लहान.

फिकट जोडीदाराचा युक्तिवाद

खगोलशास्त्रज्ञांकडे आणखी एक सुगावा आहे. ज्या जोड्यांमध्ये मृत तारा आपल्या सोबत्याकडून वायू ओढतो, त्यांमध्ये शांत कृष्णविवर प्रणाली सहसा सारख्याच कक्षा असलेल्या न्यूट्रॉन तारा प्रणालींपेक्षा सुमारे शंभरपट फिकट असतात. स्पष्टीकरण असे: पडणारा वायू न्यूट्रॉन ताऱ्याच्या पृष्ठभागावर आदळतो आणि चमकतो, तर कृष्णविवर ती ऊर्जा गिळून टाकते.

यातला कमकुवत दुवा म्हणजे एक गृहीतक. हा युक्तिवाद असे मानतो की सारख्या कक्षा म्हणजे पदार्थ मिळण्याचा सारखाच दर. 80 मिनिटांहून लांब कक्षांसाठी सोबती तपकिरी बटू, सामान्य तारा किंवा महाकाय तारा असू शकतो, आणि वायूचा प्रवाह अनेक परिणामांमुळे चालू शकतो. पदार्थ मिळण्याचा खरा दर अज्ञात असतो.

मिनिटांत फेरी पूर्ण करणाऱ्या जोड्या

शियामेन विद्यापीठाचे छ्यान-छी मा, वेई-मिन गू आणि मोउयुआन सुन, तसेच नानजिंग नॉर्मल विद्यापीठाचे शान-शान वेंग यांनी अति-संक्षिप्त क्ष-किरण द्वैती (ultra-compact X-ray binaries) कडे मोर्चा वळवला. जेव्हा कक्षेला 40 मिनिटांपेक्षा कमी वेळ लागतो, तेव्हा दोन्ही वस्तू इतक्या जवळ असतात की सोबती फक्त श्वेत बटूच असू शकतो. आणि कक्षा मुख्यतः गुरुत्वीय लहरी उत्सर्जित केल्यामुळे आकुंचन पावते.

त्यामुळे या प्रणाली स्वच्छ प्रयोगशाळा ठरतात. पदार्थ मिळण्याचा दर मग फक्त गुरुत्वाकर्षणाच्या सिद्धांतावर आणि श्वेत बटूचा आकार त्याच्या वस्तुमानाशी कसा संबंधित आहे यावर अवलंबून असतो. काही गृहीत वस्तुमाने घेऊन तो फक्त कक्षीय कालावधीवरून काढता येतो: न्यूट्रॉन ताऱ्यासाठी 1.4 ते 2 सूर्य, कृष्णविवरासाठी 3 ते 20.

संघाने अशा पाच प्रणाली निवडल्या, त्या सर्व गोलाकार तारकागुच्छांमध्ये (globular clusters) आहेत — जुन्या ताऱ्यांचे दाट गोळे, ज्यांची अंतरे 2% च्या आत अचूकतेने ज्ञात आहेत:

• चार प्रणालींमध्ये न्यूट्रॉन तारा आहे, जो त्याच्या औष्णिक-आण्विक क्ष-किरण स्फोटांवरून ओळखला गेला;
• एका प्रणालीत, 47 Tuc X-9 मध्ये, कृष्णविवर आहे, जे त्याचे रेडिओ आणि क्ष-किरण उत्सर्जन एकत्र कसे बदलते यावरून ओळखले गेले. त्याची कक्षा सुमारे 28 मिनिटांची आहे.

त्यानंतर त्यांनी चंद्रा, स्विफ्ट आणि इतर वेधशाळांकडून घेतलेले प्रत्येक प्रणालीचे सरासरी क्ष-किरण उत्सर्जन, तिच्या गणित केलेल्या पदार्थ-दराशी ताडून पाहिले.

हजारपट मंद

याचा परिणाम म्हणजे प्रारण कार्यक्षमता (radiative efficiency): आत पडणाऱ्या वस्तुमानाच्या ऊर्जेपैकी जो वाटा क्ष-किरणांच्या रूपात बाहेर येतो तो.

• चारही न्यूट्रॉन ताऱ्यांसाठी ती 5% पेक्षा जास्त आहे.
• कृष्णविवरासाठी ती 0.03% पेक्षा कमी आहे.

हा फरक दोन ते तीन परिमाण-क्रमांचा (orders of magnitude) आहे. सर्वात लक्षवेधी जोडी: न्यूट्रॉन तारा प्रणाली M15 X-2 आणि कृष्णविवर 47 Tuc X-9 यांना सारख्याच दराने, सुमारे 10¹⁶ ग्रॅम प्रति सेकंद, पदार्थ मिळतो, तरीही 47 Tuc X-9 हजारपट फिकट आहे. काही स्रोतांच्या तेजस्वितेत दहापटीपर्यंत अनिश्चितता गृहीत धरली तरी दोन्ही गट वेगळेच राहतात.

ऊर्जा जाते कुठे

लेखक याचे स्पष्टीकरण तळाशी काय आहे यावरून देतात. न्यूट्रॉन ताऱ्याला कठीण पृष्ठभाग असतो: आत वाहणारा गरम वायू वाटेत नीट प्रारण करू शकला नाही तरी त्याची ऊर्जा शेवटी त्या पृष्ठभागावर जमा होते आणि पुन्हा उत्सर्जित होते. कृष्णविवराला पृष्ठभाग नसतो. पदार्थ मिळण्याचा दर कमी असताना वायूची बरीचशी ऊर्जा उष्णतेच्या रूपात आत वाहून नेली जाते — आणि क्षितिजापलीकडे नाहीशी होते.

लेखकांच्या मते हा तारकीय कृष्णविवराच्या क्षितिजाचा भक्कम पुरावा आहे, मात्र त्यांच्याच सारांशात म्हटल्याप्रमाणे अप्रत्यक्ष. तो एकाच कृष्णविवरावर आधारित आहे. ते एक तपासता येईल असे भाकीत करतात: अशा घट्ट जोडीत सापडणारा कोणताही नवा न्यूट्रॉन तारा तेजस्वी गटात यायला हवा, आणि सारखी कक्षा असलेले कोणतेही कृष्णविवर 47 Tuc X-9 इतकेच मंद असायला हवे.

महाकाय कृष्णविवरांसाठी धडा

हा अभ्यास एक व्यापक इशाराही देतो. कृष्णविवरांच्या बाबतीत ते किती खातात हे मोजण्यासाठी तेजस्विता हे कमकुवत मापक आहे. कृष्णविवर फिकट राहूनही वाढू शकते. लेखकांच्या मते, अतिप्रचंड कृष्णविवरांची वाढ त्यांच्या प्रकाशावरून ठरवणाऱ्या सर्वेक्षणांमधून त्या वाढीचा काही भाग सुटू शकतो.