तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल

जब एक बहुत बड़े तारे का कोर इतना भारी हो जाता है कि कोई भी दबाव उसे सहारा नहीं दे पाता, तो वह बिना किसी सीमा के एक ब्लैक होल में ढह जाता है, एक ऐसा क्षेत्र जिसका गुरुत्वाकर्षण इतना प्रबल होता है कि प्रकाश भी उससे बच नहीं सकता।

Definition

एक तारकीय-द्रव्यमान वाला ब्लैक होल एक सघन अवशेष है, जो एक विशाल तारे के कोर के ढहने से बनता है, जिसका गुरुत्वाकर्षण इतना प्रबल होता है कि घटना क्षितिज से घिरा एक क्षेत्र किसी भी चीज़ को, जिसमें प्रकाश भी शामिल है, बाहर निकलने नहीं देता।

Scope

यह विषय विशाल तारकीय कोर के ढहने से तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल के निर्माण, सामान्य सापेक्षता के श्वार्ज़स्चिल्ड और केर समाधानों द्वारा उनके विवरण, घटना क्षितिज और सबसे भीतरी स्थिर कक्षा, एक्स-रे बाइनरी और गुरुत्वाकर्षण तरंगों के माध्यम से उनकी पहचान, और द्रव्यमान सीमा को शामिल करता है जो उन्हें न्यूट्रॉन सितारों से अलग करती है।

Core questions

• एक तारकीय-द्रव्यमान वाला ब्लैक होल कैसे बनता है?
• घटना क्षितिज क्या है?
• हम ऐसी किसी चीज़ का पता कैसे लगा सकते हैं जो प्रकाश उत्सर्जित नहीं करती?
• तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल का द्रव्यमान कितना होता है?

Key concepts

• घटना क्षितिज
• श्वार्ज़स्चिल्ड त्रिज्या
• केर ब्लैक होल
• अभिवृद्धि डिस्क
• एक्स-रे बाइनरी
• गुरुत्वाकर्षण तरंगें
• द्रव्यमान अंतराल

Key theories

ब्लैक होल में अनियंत्रित पतन

यदि एक ढहता हुआ तारकीय कोर अधिकतम द्रव्यमान से अधिक हो जाता है जिसे अपभ्रंशता (degeneracy) और परमाणु बल सहारा दे सकते हैं, तो कोई ज्ञात दबाव इसे रोक नहीं सकता है; सामान्य सापेक्षता एक घटना क्षितिज के भीतर निरंतर पतन की भविष्यवाणी करती है, जैसा कि पहली बार ओपेनहाइमर और स्नाइडर द्वारा आदर्श पतन के लिए दिखाया गया था।

अभिवृद्धि और गुरुत्वाकर्षण तरंगों द्वारा पहचान

तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल तब प्रकट होते हैं जब वे एक साथी से अभिवृद्धि करते हैं और एक्स-रे में चमकते हैं, और जब दो ब्लैक होल एक साथ सर्पिल रूप से घूमते हैं और विलीन होते हैं तो उत्सर्जित गुरुत्वाकर्षण तरंगों द्वारा, जिसे पहली बार 2015 में पता लगाया गया था, जो सीधे उनके द्रव्यमान और घूर्णन को मापते हैं।

Mechanisms

पर्याप्त रूप से विशाल तारे का ढहता हुआ कोर सभी दबाव समर्थन को अभिभूत कर देता है और अपने श्वार्ज़स्चिल्ड त्रिज्या के भीतर गिर जाता है, जिससे एक घटना क्षितिज बनता है। ऐसा ब्लैक होल तब अवलोकन योग्य हो जाता है जब एक साथी तारे से गैस एक गर्म अभिवृद्धि डिस्क (accretion disk) के माध्यम से सर्पिल रूप से अंदर आती है और एक्स-रे उत्सर्जित करती है, या जब दो ब्लैक होल विलीन होते हैं और गुरुत्वाकर्षण तरंगों के रूप में ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं।

Clinical relevance

तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल प्रबल-क्षेत्र शासन में सामान्य सापेक्षता का परीक्षण करते हैं, एक्स-रे बाइनरी में अभिवृद्धि भौतिकी और सापेक्षतावादी जेट के अध्ययन को आधार प्रदान करते हैं, और भू-आधारित गुरुत्वाकर्षण-तरंग वेधशालाओं द्वारा पता लगाए गए प्रमुख स्रोत हैं, जो सघन अवशेषों की गणना करने और विशाल-तारे के विकास की जांच करने का एक नया तरीका खोलते हैं।

History

श्वार्ज़स्चिल्ड ने 1916 में एक बिंदु द्रव्यमान के लिए आइंस्टीन के समीकरणों को हल किया, ओपेनहाइमर और स्नाइडर ने 1939 में गुरुत्वाकर्षण पतन का मॉडल तैयार किया, केर ने 1963 में घूर्णन समाधान पाया, और पहले तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल की पहचान सिग्नस एक्स-1 (Cygnus X-1) जैसे एक्स-रे बाइनरी में की गई और बाद में गुरुत्वाकर्षण-तरंग संसूचनों द्वारा बड़े पैमाने पर पुष्टि की गई।

Debates

न्यूट्रॉन सितारों और ब्लैक होल के बीच द्रव्यमान अंतराल

क्या सबसे भारी न्यूट्रॉन सितारों और सबसे हल्के ब्लैक होल के बीच द्रव्यमान वितरण में कोई अंतराल है, और सीमा कहाँ स्थित है, इस पर बहस चल रही है; इस सीमा में द्रव्यमान वाले गुरुत्वाकर्षण-तरंग घटनाएँ यह परीक्षण कर रही हैं कि क्या ऐसा कोई अंतराल मौजूद है।

Key figures

• J. Robert Oppenheimer
• Karl Schwarzschild
• Roy Kerr
• Roger Penrose

Seminal works

• abbott2016
• shapiro1983

Frequently asked questions

यदि प्रकाश ब्लैक होल से बच नहीं सकता तो हम उसे कैसे देख सकते हैं?

हम ब्लैक होल का अप्रत्यक्ष रूप से पता लगाते हैं: उसकी ओर गिरने वाली गैस गर्म हो जाती है और क्षितिज को पार करने से पहले एक्स-रे उत्सर्जित करती है, साथी सितारों की कक्षाएँ एक अदृश्य विशाल वस्तु को प्रकट करती हैं, और विलीन होते हुए ब्लैक होल गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्सर्जित करते हैं जिन्हें पृथ्वी पर डिटेक्टर माप सकते हैं।

तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल कितने विशाल होते हैं?

वे आमतौर पर सूर्य के द्रव्यमान के कुछ से लेकर कुछ दसियों गुना तक होते हैं, जो विशाल तारों के ढहने से बनते हैं; यह उन्हें आकाशगंगा केंद्रों में पाए जाने वाले लाखों-से-अरबों सौर द्रव्यमान वाले सुपरमैसिव ब्लैक होल से अलग करता है।