কৃষ্ণগহ্বরের বিজ্ঞান: অতল গহ্বরে এক যাত্রা

কৃষ্ণগহ্বর মহাবিশ্বের সবচেয়ে রহস্যময় এবং আকর্ষণীয় বস্তুগুলোর মধ্যে অন্যতম। এই মহাজাগতিক দানবদের মহাকর্ষীয় ক্ষেত্র এতটাই তীব্র যে কোনো কিছুই, এমনকি আলোও, তাদের কবল থেকে মুক্তি পেতে পারে না। এই ব্লগ পোস্টে আমরা কৃষ্ণগহ্বরের পেছনের বিজ্ঞান নিয়ে আলোচনা করব, তাদের গঠন, বৈশিষ্ট্য এবং মহাবিশ্ব সম্পর্কে আমাদের ধারণার উপর এদের গভীর প্রভাব অন্বেষণ করব।

কৃষ্ণগহ্বর কী?

মূলত, কৃষ্ণগহ্বর হলো স্থান-কালের এমন একটি অঞ্চল যেখানে মহাকর্ষীয় প্রভাব এতটাই শক্তিশালী যে কোনো কিছুই, এমনকি কণা এবং আলোর মতো তড়িচ্চুম্বকীয় বিকিরণও, এর ভেতর থেকে বের হতে পারে না। যেখান থেকে ফেরা অসম্ভব, সেই সীমানাকে ঘটনা দিগন্ত (event horizon) বলা হয়। এটি কোনো বাস্তব পৃষ্ঠ নয়, বরং স্থান-কালের একটি সীমানা। যা কিছু ঘটনা দিগন্ত অতিক্রম করে, তা অনিবার্যভাবে কৃষ্ণগহ্বরের কেন্দ্রে থাকা সিঙ্গুলারিটির দিকে আকৃষ্ট হয়।

কৃষ্ণগহ্বরের ধারণাটির উৎপত্তি আলবার্ট আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদ তত্ত্ব থেকে, যা ১৯১৫ সালে প্রকাশিত হয়েছিল। সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদ ভবিষ্যদ্বাণী করে যে, যথেষ্ট সংহত ভর স্থান-কালকে বিকৃত করে একটি কৃষ্ণগহ্বর তৈরি করতে পারে। "ব্ল্যাক হোল" শব্দটি পদার্থবিজ্ঞানী জন হুইলার ১৯৬৭ সালে প্রথম ব্যবহার করেন।

কৃষ্ণগহ্বরের গঠন

কৃষ্ণগহ্বর সাধারণত দুটি প্রধান প্রক্রিয়ার মাধ্যমে গঠিত হয়:

১. নাক্ষত্রিক পতন

সবচেয়ে সাধারণ ধরনের কৃষ্ণগহ্বর বিশাল নক্ষত্রের জীবনের শেষ পর্যায়ে ভেঙে পড়ার মাধ্যমে তৈরি হয়। যখন আমাদের সূর্যের চেয়ে অনেক বড় একটি নক্ষত্রের পারমাণবিক জ্বালানি শেষ হয়ে যায়, তখন এটি নিজের মহাকর্ষের বিরুদ্ধে আর নিজেকে ধরে রাখতে পারে না। এর কেন্দ্রটি ভেতরের দিকে ভেঙে পড়ে, যা একটি সুপারনোভা বিস্ফোরণের কারণ হয়। যদি অবশিষ্ট কেন্দ্রটি যথেষ্ট ভারী হয় (সাধারণত সূর্যের ভরের প্রায় তিন গুণের বেশি), তবে এটি আরও ভেঙে পড়ে একটি কৃষ্ণগহ্বর তৈরি করে।

উদাহরণ: সিগনাস এক্স-১ (Cygnus X-1) কৃষ্ণগহ্বরটি একটি বিশাল নক্ষত্রের পতনের ফলে সৃষ্ট একটি নাক্ষত্রিক-ভর কৃষ্ণগহ্বর। এটি সিগনাস নক্ষত্রমণ্ডলে অবস্থিত এবং আকাশের অন্যতম উজ্জ্বল এক্স-রে উৎস।

২. অতিভারী কৃষ্ণগহ্বরের গঠন

অতিভারী কৃষ্ণগহ্বর (Supermassive black holes বা SMBHs), যা বেশিরভাগ ছায়াপথের কেন্দ্রে অবস্থান করে, সেগুলো অনেক বেশি ভারী হয়, যা সূর্যের ভরের লক্ষ লক্ষ থেকে কোটি কোটি গুণ পর্যন্ত হতে পারে। SMBH-এর গঠন এখনও গবেষণার একটি সক্রিয় ক্ষেত্র। বেশ কিছু তত্ত্ব প্রস্তাব করা হয়েছে, যার মধ্যে রয়েছে:

• সরাসরি পতন: একটি বিশাল গ্যাসীয় মেঘ কোনো নক্ষত্র গঠন না করেই সরাসরি একটি কৃষ্ণগহ্বরে ভেঙে পড়ে।
• ছোট কৃষ্ণগহ্বরের একীভূতকরণ: ছোট ছোট কৃষ্ণগহ্বর সময়ের সাথে সাথে একত্রিত হয়ে একটি বড় SMBH গঠন করে।
• বীজ কৃষ্ণগহ্বরে अभिवৃদ্ধি (Accretion): একটি ছোট "বীজ" কৃষ্ণগহ্বর পার্শ্ববর্তী বস্তু গ্রাস করে বড় হতে থাকে।

উদাহরণ: স্যাজিটারিয়াস এ* (Sagittarius A*, উচ্চারণ "স্যাজিটারিয়াস এ-স্টার") হলো আমাদের ছায়াপথ মিল্কিওয়ের কেন্দ্রে অবস্থিত অতিভারী কৃষ্ণগহ্বর। এর ভর সূর্যের ভরের প্রায় ৪০ লক্ষ গুণ।

কৃষ্ণগহ্বরের বৈশিষ্ট্য

কৃষ্ণগহ্বরকে কয়েকটি মূল বৈশিষ্ট্য দ্বারা চিহ্নিত করা হয়:

১. ভর

একটি কৃষ্ণগহ্বরের ভর হলো একটি মৌলিক বৈশিষ্ট্য যা তার মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রের শক্তি নির্ধারণ করে। কৃষ্ণগহ্বরের ভর সূর্যের ভরের কয়েক গুণ থেকে শুরু করে কোটি কোটি গুণ পর্যন্ত হতে পারে।

২. আধান

তাত্ত্বিকভাবে, কৃষ্ণগহ্বরের বৈদ্যুতিক আধান থাকতে পারে। তবে, জ্যোতির্পদার্থবিজ্ঞানের কৃষ্ণগহ্বরগুলো বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ হবে বলে আশা করা হয়, কারণ তারা তাদের চারপাশ থেকে বিপরীত আধানযুক্ত কণা আকর্ষণ করে দ্রুত নিরপেক্ষ হয়ে যাবে।

৩. কৌণিক ভরবেগ (ঘূর্ণন)

বেশিরভাগ কৃষ্ণগহ্বরই ঘুরবে বলে মনে করা হয়, অর্থাৎ তাদের কৌণিক ভরবেগ থাকে। এই ঘূর্ণন কৃষ্ণগহ্বরের চারপাশের স্থান-কালের আকৃতিকে প্রভাবিত করে এবং এতে পতিত বস্তুর আচরণকে নিয়ন্ত্রণ করতে পারে। ঘূর্ণায়মান কৃষ্ণগহ্বরকে কার মেট্রিক (Kerr metric) দ্বারা বর্ণনা করা হয়, যেখানে অ-ঘূর্ণায়মান কৃষ্ণগহ্বরকে শোয়ার্জশিল্ড মেট্রিক (Schwarzschild metric) দ্বারা বর্ণনা করা হয়।

কৃষ্ণগহ্বরের গঠনতন্ত্র

কৃষ্ণগহ্বরের প্রকৃতি বোঝার জন্য এর গঠন বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ:

১. সিঙ্গুলারিটি

কৃষ্ণগহ্বরের কেন্দ্রে অবস্থিত সিঙ্গুলারিটি, যা অসীম ঘনত্বের একটি বিন্দু যেখানে কৃষ্ণগহ্বরের সমস্ত ভর কেন্দ্রীভূত থাকে। পদার্থবিজ্ঞানের বর্তমান ধারণা সিঙ্গুলারিটিতে এসে ভেঙে পড়ে এবং সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদের সূত্রগুলো সেখানে বৈধ থাকে না। ভবিষ্যদ্বাণী করা হয় যে সিঙ্গুলারিটিকে সঠিকভাবে বর্ণনা করার জন্য কোয়ান্টাম মাধ্যাকর্ষণ তত্ত্বের প্রয়োজন।

২. ঘটনা দিগন্ত

যেমনটি আগে উল্লেখ করা হয়েছে, ঘটনা দিগন্ত হলো সেই সীমানা যার বাইরে কোনো কিছুই কৃষ্ণগহ্বরের মহাকর্ষ থেকে পালাতে পারে না। ঘটনা দিগন্তের ব্যাসার্ধকে শোয়ার্জশিল্ড ব্যাসার্ধ (Schwarzschild radius) বলা হয়, যা কৃষ্ণগহ্বরের ভরের সমানুপাতিক।

৩. अभिवৃদ্ধি চাকতি (Accretion Disk)

অনেক কৃষ্ণগহ্বরের চারপাশে একটি अभिवৃদ্ধি চাকতি থাকে, যা গ্যাস ও ধূলিকণার একটি ঘূর্ণায়মান চাকতি এবং এটি কৃষ্ণগহ্বরের দিকে সর্পিল গতিতে এগোতে থাকে। अभिवৃদ্ধি চাকতির পদার্থ কৃষ্ণগহ্বরের দিকে পড়ার সময় এটি অত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত হয় এবং এক্স-রের মতো প্রচুর পরিমাণে বিকিরণ নির্গত করে। এই বিকিরণের মাধ্যমেই আমরা প্রায়শই কৃষ্ণগহ্বর শনাক্ত করি।

৪. জেট

কিছু কৃষ্ণগহ্বর, বিশেষ করে অতিভারী কৃষ্ণগহ্বরগুলো, তাদের মেরু থেকে শক্তিশালী কণার জেট নিক্ষেপ করে। এই জেটগুলো লক্ষ লক্ষ আলোকবর্ষ পর্যন্ত বিস্তৃত হতে পারে এবং মনে করা হয় যে এগুলি কৃষ্ণগহ্বরের ঘূর্ণন এবং চৌম্বক ক্ষেত্র দ্বারা চালিত হয়।

কৃষ্ণগহ্বর পর্যবেক্ষণ

কৃষ্ণগহ্বর নিজেরা অদৃশ্য, কারণ তারা কোনো আলো নির্গত করে না। তবে, আমরা তাদের পারিপার্শ্বিক পরিবেশের উপর প্রভাব পর্যবেক্ষণ করে পরোক্ষভাবে তাদের উপস্থিতি শনাক্ত করতে পারি।

১. মহাকর্ষীয় লেন্সিং

কৃষ্ণগহ্বর তাদের পেছনের বস্তু থেকে আসা আলোকে বাঁকিয়ে এবং বিকৃত করতে পারে, এই ঘটনাটিকে মহাকর্ষীয় লেন্সিং বলা হয়। এই প্রভাবটি কৃষ্ণগহ্বর শনাক্ত করতে এবং তাদের ভর পরিমাপ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

উদাহরণ: জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা দূরবর্তী ছায়াপথ অধ্যয়নের জন্য মহাকর্ষীয় লেন্সিং ব্যবহার করেছেন, যেগুলির আলো মধ্যবর্তী কৃষ্ণগহ্বর দ্বারা বিবর্ধিত এবং বিকৃত হয়েছে।

২. এক্স-রে নির্গমন

যখন কোনো বস্তু কৃষ্ণগহ্বরে পতিত হয়, তখন তা উত্তপ্ত হয়ে এক্স-রে নির্গত করে। এই এক্স-রেগুলি এক্স-রে টেলিস্কোপ দ্বারা শনাক্ত করা যায়, যা আমাদের সক্রিয়ভাবে বস্তু গ্রাসকারী কৃষ্ণগহ্বর শনাক্ত করতে সাহায্য করে।

উদাহরণ: যেমনটি আগে উল্লেখ করা হয়েছে, সিগনাস এক্স-১ তার শক্তিশালী এক্স-রে নির্গমনের কারণে আবিষ্কৃত প্রথম কৃষ্ণগহ্বরগুলোর মধ্যে অন্যতম।

৩. মহাকর্ষীয় তরঙ্গ

যখন কৃষ্ণগহ্বরগুলো একত্রিত হয়, তখন তারা মহাকর্ষীয় তরঙ্গ তৈরি করে, যা স্থান-কালের মধ্যে আলোর গতিতে ছড়িয়ে পড়া ঢেউ। এই মহাকর্ষীয় তরঙ্গগুলো লাইগো (LIGO - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) এবং ভার্গোর (Virgo) মতো পর্যবেক্ষণ কেন্দ্র দ্বারা শনাক্ত করা যায়।

উদাহরণ: ২০১৫ সালে, লাইগো দুটি কৃষ্ণগহ্বরের একীভূতকরণ থেকে প্রথম মহাকর্ষীয় তরঙ্গ শনাক্ত করে, যা সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদের একটি মূল ভবিষ্যদ্বাণী নিশ্চিত করে এবং মহাবিশ্বের দিকে একটি নতুন জানালা খুলে দেয়।

৪. ইভেন্ট হরাইজন টেলিস্কোপ (EHT)

ইভেন্ট হরাইজন টেলিস্কোপ হলো টেলিস্কোপের একটি বিশ্বব্যাপী নেটওয়ার্ক যা একসাথে কাজ করে পৃথিবীর আকারের একটি ভার্চুয়াল টেলিস্কোপ তৈরি করে। ২০১৯ সালে, EHT প্রথমবারের মতো একটি কৃষ্ণগহ্বরের ছায়ার ছবি তোলে, বিশেষ করে M87 ছায়াপথের কেন্দ্রে অবস্থিত অতিভারী কৃষ্ণগহ্বরের ছবি।

কৃষ্ণগহ্বর এবং সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদ

কৃষ্ণগহ্বর আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদ তত্ত্বের একটি সরাসরি ফলাফল। এই তত্ত্ব ভবিষ্যদ্বাণী করে যে ভারী বস্তু স্থান-কালের বুননকে বাঁকিয়ে দেয়, এবং একটি যথেষ্ট সংহত ভর স্থান-কালের এমন একটি অঞ্চল তৈরি করতে পারে যেখান থেকে কিছুই পালাতে পারে না। কৃষ্ণগহ্বর সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদের জন্য একটি শক্তিশালী পরীক্ষাক্ষেত্র হিসেবে কাজ করে, যা বিজ্ঞানীদের মহাকর্ষ সম্পর্কে আমাদের বোঝার সীমানা অন্বেষণ করার সুযোগ দেয়।

সময় প্রসারণ (Time dilation): সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদ ভবিষ্যদ্বাণী করে যে শক্তিশালী মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রে সময় ধীর হয়ে যায়। একটি কৃষ্ণগহ্বরের কাছাকাছি, সময় প্রসারণ চরম আকার ধারণ করে। দূরবর্তী কোনো পর্যবেক্ষকের কাছে, ঘটনা দিগন্তের দিকে অগ্রসরমান কোনো বস্তুর জন্য সময় নাটকীয়ভাবে ধীর হয়ে যাচ্ছে বলে মনে হয়। ঘটনা দিগন্তে, দূরবর্তী পর্যবেক্ষকের দৃষ্টিকোণ থেকে সময় কার্যত থেমে যায়।

স্থান-কালের বক্রতা: কৃষ্ণগহ্বর স্থান-কালের চরম বক্রতা সৃষ্টি করে। এই বক্রতা মহাকর্ষীয় লেন্সিং এবং কৃষ্ণগহ্বরের চারপাশে আলোর বেঁকে যাওয়ার জন্য দায়ী।

তথ্য কূটাভাস (Information Paradox)

কৃষ্ণগহ্বর পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে বিভ্রান্তিকর সমস্যাগুলোর মধ্যে একটি হলো তথ্য কূটাভাস। কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞান অনুসারে, তথ্য ধ্বংস করা যায় না। তবে, যখন কোনো বস্তু একটি কৃষ্ণগহ্বরে পড়ে, তখন তার তথ্য চিরতরে হারিয়ে গেছে বলে মনে হয়, যা কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞানের নিয়ম লঙ্ঘন করে। এই কূটাভাসটি অনেক বিতর্ক এবং গবেষণার জন্ম দিয়েছে, যার মধ্যে বিভিন্ন প্রস্তাবিত সমাধান রয়েছে, যেমন:

• হকিং বিকিরণ: কৃষ্ণগহ্বর পুরোপুরি কালো নয়; তারা হকিং বিকিরণ নামে পরিচিত একটি ক্ষীণ বিকিরণ নির্গত করে, যা ঘটনা দিগন্তের কাছে কোয়ান্টাম প্রভাবের কারণে ঘটে। কিছু তত্ত্ব পরামর্শ দেয় যে তথ্য হয়তো হকিং বিকিরণে এনকোড করা থাকতে পারে।
• ফায়ারওয়াল: একটি বিতর্কিত তত্ত্ব প্রস্তাব করে যে ঘটনা দিগন্তে উচ্চ-শক্তির কণার একটি "ফায়ারওয়াল" বিদ্যমান, যা কৃষ্ণগহ্বরে পতিত যেকোনো বস্তুকে ধ্বংস করে দেবে, যা তথ্যের ক্ষতি রোধ করে কিন্তু সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদের এই নীতিকেও লঙ্ঘন করে যে কৃষ্ণগহ্বরে পতিত একজন পর্যবেক্ষক ঘটনা দিগন্তে বিশেষ কিছু লক্ষ্য করবেন না।
• ফাজবল: এই তত্ত্বটি প্রস্তাব করে যে কৃষ্ণগহ্বর সিঙ্গুলারিটি নয় বরং "ফাজবল" যার একটি সসীম আকার আছে এবং কোনো ঘটনা দিগন্ত নেই, ফলে তথ্যের ক্ষতির সমস্যা এড়ানো যায়।

কৃষ্ণগহ্বর এবং মহাকাশ অনুসন্ধানের ভবিষ্যৎ

যদিও একটি কৃষ্ণগহ্বরে ভ্রমণ করা বর্তমানে আমাদের প্রযুক্তিগত ক্ষমতার বাইরে, কৃষ্ণগহ্বর কল্পবিজ্ঞান এবং বৈজ্ঞানিক গবেষণাকে অনুপ্রাণিত করে চলেছে। মহাকর্ষ, স্থান-কাল এবং মহাবিশ্বের বিবর্তন সম্পর্কে আমাদের জ্ঞানকে এগিয়ে নিতে কৃষ্ণগহ্বর বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

সম্ভাব্য ভবিষ্যৎ প্রয়োগ: যদিও বর্তমানে তাত্ত্বিক, কৃষ্ণগহ্বরের চরম পদার্থবিজ্ঞান বোঝা শক্তি উৎপাদন, উন্নত চালনা ব্যবস্থা, বা এমনকি স্থান-কালকে নিয়ন্ত্রণ করার ক্ষেত্রে যুগান্তকারী আবিষ্কারের দিকে নিয়ে যেতে পারে।

ঝুঁকি মূল্যায়ন: কৃষ্ণগহ্বরের তাদের পারিপার্শ্বিক পরিবেশের উপর প্রভাব অধ্যয়ন করা আমাদের এই শক্তিশালী বস্তুগুলোর দ্বারা সৃষ্ট ঝুঁকি বুঝতে সাহায্য করে, বিশেষ করে সেইসব অঞ্চলে যেখানে কৃষ্ণগহ্বর সাধারণ, যেমন ছায়াপথের কেন্দ্র।

উপসংহার

কৃষ্ণগহ্বর মহাবিশ্বের সবচেয়ে আকর্ষণীয় এবং রহস্যময় বস্তুগুলোর মধ্যে অন্যতম। নাক্ষত্রিক পতনে তাদের গঠন থেকে শুরু করে ছায়াপথ গঠনে তাদের ভূমিকা পর্যন্ত, কৃষ্ণগহ্বর পদার্থবিজ্ঞান এবং জ্যোতির্বিজ্ঞান সম্পর্কে আমাদের ধারণাকে ক্রমাগত চ্যালেঞ্জ করে চলেছে। প্রযুক্তির অগ্রগতির সাথে সাথে, আমরা এই রহস্যময় বস্তুগুলো এবং মহাবিশ্বের উপর তাদের গভীর প্রভাব সম্পর্কে আরও অনেক কিছু জানতে পারব বলে আশা করা যায়।

আরও পড়ুন

• "কৃষ্ণগহ্বর ও সময় বিচ্যুতি: আইনস্টাইনের অবিশ্বাস্য উত্তরাধিকার" - কিপ এস. থর্ন
• "কালের সংক্ষিপ্ত ইতিহাস" - স্টিফেন হকিং
• নাসার কৃষ্ণগহ্বর ওয়েবসাইট: [https://www.nasa.gov/mission_pages/blackholes/index.html](https://www.nasa.gov/mission_pages/blackholes/index.html)