తన సొంత కాంతినే మింగేసే కృష్ణబిలం

కృష్ణబిలాన్ని కృష్ణబిలంగా చేసేది దాని సంఘటనా క్షితిజం (event horizon): దాని అవతలి నుంచి ఏదీ, కాంతి కూడా, తిరిగి రాలేని సరిహద్దు. నిర్వచనం ప్రకారమే అది మనకు ఏ సంకేతాన్నీ పంపదు. ఈవెంట్ హొరైజన్ టెలిస్కోప్ M87 గెలాక్సీలోని, సాజిటేరియస్ A* లోని భారీ కృష్ణబిలాల నీడలను చిత్రీకరించింది — ఇది క్షితిజానికి పరోక్ష సాక్ష్యం. కానీ ఒక నక్షత్రం నుంచి పుట్టిన కృష్ణబిలం క్షితిజం కేవలం కొన్ని పదుల కిలోమీటర్ల వెడల్పే ఉంటుంది, చిత్రీకరించడానికి మరీ చిన్నది.

మసకబారిన సహచర వాదన

ఖగోళ శాస్త్రవేత్తల దగ్గర మరో ఆధారం ఉంది. ఒక మృత నక్షత్రం తన సహచరి నుంచి వాయువును లాగే జంటల్లో, ప్రశాంత కృష్ణబిలం వ్యవస్థలు సాధారణంగా ఒకే రకమైన కక్ష్యలున్న న్యూట్రాన్ నక్షత్ర వ్యవస్థల కంటే సుమారు వంద రెట్లు మసకగా ఉంటాయి. వివరణ ఇది: పడే వాయువు న్యూట్రాన్ నక్షత్రం ఉపరితలాన్ని ఢీకొని ప్రకాశిస్తుంది, కృష్ణబిలం మాత్రం ఆ శక్తిని మింగేస్తుంది.

బలహీనమైన అంశం ఒక ఊహ. ఒకే రకమైన కక్ష్యలు అంటే ఒకే రకమైన పదార్థ సరఫరా రేట్లు అని ఈ వాదన భావిస్తుంది. 80 నిమిషాల కంటే పొడవైన కక్ష్యలకు సహచరి గోధుమ మరుగుజ్జు, సాధారణ నక్షత్రం లేదా మహాకాయ నక్షత్రం కావచ్చు, వాయు ప్రవాహాన్ని అనేక ప్రభావాలు నడిపించవచ్చు. అసలైన సరఫరా రేటు తెలియదు.

నిమిషాల్లో కక్ష్య పూర్తి చేసే జంటలు

షియామెన్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన చియాన్-చీ మా, వెయ్-మిన్ గూ, మౌయువాన్ సన్, నాన్జింగ్ నార్మల్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన షాన్-షాన్ వెంగ్ అతి-సాంద్ర ఎక్స్-కిరణ ద్వంద్వాల (ultra-compact X-ray binaries) వైపు దృష్టి సారించారు. కక్ష్యకు 40 నిమిషాల కంటే తక్కువ సమయం పడితే, రెండు వస్తువులు ఎంత దగ్గరగా ఉంటాయంటే సహచరి కేవలం తెల్ల మరుగుజ్జు మాత్రమే కాగలదు. కక్ష్య ప్రధానంగా గురుత్వ తరంగాలను విడుదల చేయడం వల్ల కుంచించుకుపోతుంది.

దీని వల్ల ఈ వ్యవస్థలు స్వచ్ఛమైన ప్రయోగశాలలుగా మారతాయి. అప్పుడు సరఫరా రేటు కేవలం గురుత్వాకర్షణ సిద్ధాంతంపై, తెల్ల మరుగుజ్జు పరిమాణం దాని ద్రవ్యరాశితో ఎలా సంబంధం కలిగి ఉంటుందనే దానిపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది. కొన్ని ఊహించిన ద్రవ్యరాశులతో దాన్ని కేవలం కక్ష్యా కాలం నుంచే లెక్కించవచ్చు: న్యూట్రాన్ నక్షత్రానికి 1.4 నుంచి 2 సూర్యులు, కృష్ణబిలానికి 3 నుంచి 20.

బృందం అలాంటి ఐదు వ్యవస్థలను ఎంచుకుంది, అవన్నీ గోళాకార నక్షత్ర గుచ్ఛాల్లో (globular clusters) ఉన్నాయి — పాత నక్షత్రాల దట్టమైన గోళాలు, వాటి దూరాలు 2% లోపు కచ్చితత్వంతో తెలుసు:

• నాలుగింటిలో న్యూట్రాన్ నక్షత్రం ఉంది, దాని ఉష్ణకేంద్రక ఎక్స్-కిరణ విస్ఫోటాల ద్వారా గుర్తించారు;
• ఒకటి, 47 Tuc X-9, లో కృష్ణబిలం ఉంది, దాని రేడియో, ఎక్స్-కిరణ ఉద్గారాలు కలిసి ఎలా మారతాయనే దాని నుంచి గుర్తించారు. దాని కక్ష్య సుమారు 28 నిమిషాలు.

తర్వాత వారు చంద్ర, స్విఫ్ట్, ఇతర వేధశాలల నుంచి తీసుకున్న ప్రతి వ్యవస్థ సగటు ఎక్స్-కిరణ ఉత్పత్తిని, లెక్కించిన సరఫరా రేటుతో పోల్చారు.

వెయ్యి రెట్లు మసక

ఫలితం వికిరణ సామర్థ్యం (radiative efficiency): లోపలికి పడే ద్రవ్యరాశి శక్తిలో ఎక్స్-కిరణాలుగా బయటికి వచ్చే వాటా.

• నాలుగు న్యూట్రాన్ నక్షత్రాలకూ అది 5% కంటే ఎక్కువ.
• కృష్ణబిలానికి అది 0.03% కంటే తక్కువ.

అంతరం రెండు నుంచి మూడు పరిమాణ క్రమాలు (orders of magnitude). అత్యంత ఆశ్చర్యకరమైన జంట: న్యూట్రాన్ నక్షత్ర వ్యవస్థ M15 X-2, కృష్ణబిలం 47 Tuc X-9 ఒకే రకమైన రేట్లతో, సెకనుకు సుమారు 10¹⁶ గ్రాములు, పదార్థం పొందుతాయి, అయినా 47 Tuc X-9 వెయ్యి రెట్లు మసకగా ఉంది. కొన్ని మూలాల ప్రకాశంలో పది రెట్ల వరకు అనిశ్చితిని లెక్కలోకి తీసుకున్నా, రెండు గుంపులూ వేరుగానే ఉంటాయి.

శక్తి ఎక్కడికి పోతుంది

అడుగున ఏముందనే దాని ద్వారా రచయితలు దీన్ని వివరిస్తారు. న్యూట్రాన్ నక్షత్రానికి గట్టి ఉపరితలం ఉంటుంది: లోపలికి ప్రవహించే వేడి వాయువు దారిలో సరిగా వికిరణం చేయలేకపోయినా, దాని శక్తి చివరికి ఆ ఉపరితలంపై నిక్షిప్తమై మళ్లీ ఉద్గారమవుతుంది. కృష్ణబిలానికి ఉపరితలం లేదు. తక్కువ సరఫరా రేట్ల వద్ద, వాయువు శక్తిలో ఎక్కువ భాగం ఉష్ణంగా లోపలికి తీసుకుపోబడుతుంది — క్షితిజం వెనుక మాయమవుతుంది.

రచయితల దృష్టిలో ఇది నక్షత్ర కృష్ణబిలం క్షితిజానికి బలమైన సాక్ష్యం, అయితే వారి సొంత సారాంశం చెప్పినట్టు పరోక్షమైనది. అది ఒకే ఒక్క కృష్ణబిలంపై ఆధారపడి ఉంది. వారు పరీక్షించగల ఒక అంచనా వేస్తున్నారు: అలాంటి బిగుతైన జంటలో కనుగొనే ఏ కొత్త న్యూట్రాన్ నక్షత్రమైనా ప్రకాశవంతమైన గుంపులో పడాలి, ఒకే రకమైన కక్ష్య ఉన్న ఏ కృష్ణబిలమైనా 47 Tuc X-9 అంత మసకగా ఉండాలి.

భారీ కృష్ణబిలాలకు ఒక పాఠం

ఈ అధ్యయనం విస్తృతమైన హెచ్చరికను కూడా ఇస్తుంది. కృష్ణబిలాల విషయంలో, అవి ఎంత తింటాయో కొలవడానికి ప్రకాశం బలహీనమైన కొలమానం. కృష్ణబిలం మసకగా ఉంటూనే పెరగవచ్చు. రచయితల ప్రకారం, అతి భారీ కృష్ణబిలాల పెరుగుదలను వాటి కాంతి నుంచి అంచనా వేసే సర్వేలు ఆ పెరుగుదలలో కొంత భాగాన్ని కోల్పోవచ్చు.