தன் ஒளியையே விழுங்கும் கருந்துளை

நிகழ்வெல்லைதான் (event horizon) ஒரு கருந்துளையைக் கருந்துளையாக்குகிறது: அதைத் தாண்டிய எதுவும், ஒளிகூட, திரும்ப முடியாத ஓர் எல்லை. வரையறைப்படி, அது நமக்கு எந்தச் சமிக்ஞையையும் அனுப்புவதில்லை. Event Horizon Telescope, M87 விண்மீன் பேரடையிலும் Sagittarius A*-இலும் உள்ள மாபெரும் கருந்துளைகளின் நிழல்களைப் படம்பிடித்துள்ளது — ஓர் எல்லையின் மறைமுகச் சான்று. ஆனால் ஒரு விண்மீனிலிருந்து பிறந்த கருந்துளையின் எல்லை சில பத்து கிலோமீட்டர் அகலமே; படம்பிடிக்க முடியாத அளவுக்கு மிகச் சிறியது.

மங்கலான துணை என்ற வாதம்

வானியலாளர்களிடம் இன்னொரு துப்பு உள்ளது. இறந்த விண்மீன் ஒன்று தன் துணையிடமிருந்து வாயுவை இழுக்கும் இணைகளில், அமைதியான கருந்துளை அமைப்புகள், ஒத்த சுற்றுப்பாதைகள் கொண்ட நியூட்ரான் விண்மீன் அமைப்புகளைவிட வழக்கமாக சுமார் நூறு மடங்கு மங்கலானவை. விளக்கம்: விழும் வாயு நியூட்ரான் விண்மீனின் மேற்பரப்பில் மோதி ஒளிர்கிறது; கருந்துளையோ ஆற்றலை விழுங்கிவிடுகிறது.

பலவீனமான இடம் ஓர் அனுமானம். ஒத்த சுற்றுப்பாதைகள் என்றால் ஒத்த உண்ணும் வேகங்கள் என்று இந்த வாதம் கருதுகிறது. 80 நிமிடங்களுக்கு மேற்பட்ட சுற்றுப்பாதைகளில், துணை ஒரு பழுப்புக் குறுமீனாகவோ, சாதாரண விண்மீனாகவோ, அரக்க விண்மீனாகவோ இருக்கலாம்; பல விளைவுகள் வாயு ஓட்டத்தை இயக்கலாம். உண்மையான உண்ணும் வேகம் தெரியாது.

நிமிடங்களில் சுற்றும் இணைகள்

Xiamen பல்கலைக்கழகத்தின் Qian-Qi Ma, Wei-Min Gu, Mouyuan Sun ஆகியோர், Nanjing Normal பல்கலைக்கழகத்தின் Shan-Shan Weng உடன் இணைந்து, மிகை-நெருக்கமான X-கதிர் இரட்டைகளை (ultra-compact X-ray binaries) நோக்கித் திரும்பினர். சுற்றுப்பாதைக்கு 40 நிமிடங்களுக்குக் குறைவாக ஆனால், இரு பொருள்களும் மிக நெருக்கமாக இருப்பதால் துணை ஒரு வெண் குறுமீனாக (white dwarf) மட்டுமே இருக்க முடியும். சுற்றுப்பாதை முக்கியமாக ஈர்ப்பு அலைகளை உமிழ்வதன் மூலம் சுருங்குகிறது.

இது இந்த அமைப்புகளைச் சுத்தமான ஆய்வகங்களாக்குகிறது. அப்போது உண்ணும் வேகம் ஈர்ப்புக் கோட்பாட்டையும், வெண் குறுமீனின் அளவு அதன் நிறையுடன் எப்படித் தொடர்புடையது என்பதையும் மட்டுமே சார்ந்திருக்கிறது. சில அனுமான நிறைகளுடன், சுற்றுக் காலத்திலிருந்து மட்டுமே அதைக் கணக்கிடலாம்: நியூட்ரான் விண்மீனுக்கு 1.4 முதல் 2 சூரிய நிறை, கருந்துளைக்கு 3 முதல் 20.

குழு இத்தகைய ஐந்து அமைப்புகளைத் தேர்ந்தது; அனைத்தும் கோளக் கொத்துகளில் (globular clusters) உள்ளன — தொலைவுகள் 2% துல்லியத்தில் அறியப்பட்ட, பழைய விண்மீன்களின் அடர்ந்த பந்துகள்:

• நான்கில் ஒரு நியூட்ரான் விண்மீன் உள்ளது; அதன் வெப்ப அணுக்கரு X-கதிர் வெடிப்புகளால் அடையாளம் காணப்பட்டது;
• ஒன்றில், 47 Tuc X-9-இல், ஒரு கருந்துளை உள்ளது; அதன் ரேடியோ மற்றும் X-கதிர் உமிழ்வுகள் ஒன்றாக எப்படி மாறுகின்றன என்பதிலிருந்து அடையாளம் காணப்பட்டது. அதன் சுற்றுப்பாதை சுமார் 28 நிமிடங்கள்.

பின்னர் ஒவ்வொரு அமைப்பின் சராசரி X-கதிர் வெளியீட்டை — Chandra, Swift மற்றும் பிற ஆய்வகங்களிலிருந்து பெற்றது — அதன் கணக்கிட்ட உண்ணும் வேகத்துடன் ஒப்பிட்டனர்.

ஆயிரம் மடங்கு மங்கல்

விளைவு கதிர்வீச்சுத் திறன் (radiative efficiency): உள்ளே விழும் நிறையின் ஆற்றலில் X-கதிர்களாக வெளிவரும் பங்கு.

• நான்கு நியூட்ரான் விண்மீன்களுக்கும் அது 5%-க்கு மேல்.
• கருந்துளைக்கு அது 0.03%-க்குக் கீழ்.

இடைவெளி இரண்டு முதல் மூன்று அளவு வரிசைகள் (நூறு முதல் ஆயிரம் மடங்கு). மிகக் கவனத்தை ஈர்க்கும் இணை: நியூட்ரான் விண்மீன் அமைப்பு M15 X-2-உம் கருந்துளை 47 Tuc X-9-உம் ஒத்த வேகங்களில், விநாடிக்குச் சுமார் 10¹⁶ கிராம், உணவு பெறுகின்றன; ஆனாலும் 47 Tuc X-9 ஆயிரம் மடங்கு மங்கலானது. சில மூலங்களின் ஒளிர்வில் பத்து மடங்கு வரையிலான நிச்சயமின்மைகளைக் கணக்கில் கொண்டாலும், இரு குழுக்களும் தனித்தனியாகவே இருக்கின்றன.

ஆற்றல் எங்கே போகிறது

அடியில் என்ன இருக்கிறது என்பதைக் கொண்டு ஆசிரியர்கள் இதை விளக்குகின்றனர். நியூட்ரான் விண்மீனுக்குக் கடினமான மேற்பரப்பு உண்டு: உள்ளே பாயும் சூடான வாயு வழியில் குறைவாகக் கதிர்வீசினாலும், அதன் ஆற்றல் இறுதியில் அந்த மேற்பரப்பில் படிந்து மீண்டும் உமிழப்படுகிறது. கருந்துளைக்கு மேற்பரப்பே இல்லை. குறைந்த உண்ணும் வேகங்களில், வாயுவின் ஆற்றலில் பெரும்பகுதி வெப்பமாக உள்ளே எடுத்துச் செல்லப்பட்டு — எல்லைக்குப் பின்னால் மறைகிறது.

ஆசிரியர்களைப் பொறுத்தவரை, இது விண்மீன் கருந்துளையின் எல்லைக்கு வலுவான சான்று; ஆனால் அவர்களின் சுருக்கமே சொல்வதுபோல் மறைமுகமானது. இது ஒரே ஒரு கருந்துளையை நம்பியுள்ளது. அவர்கள் சோதிக்கக்கூடிய ஒரு கணிப்பை முன்வைக்கின்றனர்: இத்தகைய இறுக்கமான இணையில் கண்டறியப்படும் ஒவ்வொரு புதிய நியூட்ரான் விண்மீனும் ஒளிரும் குழுவில் விழ வேண்டும்; ஒத்த சுற்றுப்பாதை கொண்ட ஒவ்வொரு கருந்துளையும் 47 Tuc X-9 அளவுக்கு மங்கலாக இருக்க வேண்டும்.

மாபெரும் கருந்துளைகளுக்கு ஒரு பாடம்

இந்த ஆய்வு பரந்த ஓர் எச்சரிக்கையையும் தருகிறது. கருந்துளைகளுக்கு, ஒளிர்வு, அவை எவ்வளவு உண்கின்றன என்பதற்கு மோசமான அளவுகோல். ஒரு கருந்துளை மங்கலாகவே இருந்தபடி வளர முடியும். ஆசிரியர்களின் கூற்றுப்படி, மீப்பெரும் (supermassive) கருந்துளைகளின் வளர்ச்சியை அவற்றின் ஒளியிலிருந்து ஊகிக்கும் கணக்கெடுப்புகள் அந்த வளர்ச்சியின் ஒரு பகுதியைத் தவறவிடக்கூடும்.