கருந்துளைகளின் அறிவியல்: அதலபாதாளத்தை நோக்கிய ஒரு பயணம்

கருந்துளைகள் பிரபஞ்சத்தில் உள்ள மிகவும் மர்மமான மற்றும் வசீகரமான பொருட்களில் ஒன்றாகும். இந்த அண்டப் பிரம்மாண்டங்கள் மிகவும் தீவிரமான ஈர்ப்புப் புலங்களைக் கொண்டுள்ளன, அவற்றின் பிடியிலிருந்து ஒளி கூட தப்பிக்க முடியாது. இந்த வலைப்பதிவு இடுகை கருந்துளைகளுக்குப் பின்னால் உள்ள அறிவியலை ஆராய்ந்து, அவற்றின் உருவாக்கம், பண்புகள் மற்றும் பிரபஞ்சத்தைப் பற்றிய நமது புரிதலில் அவை ஏற்படுத்தும் ஆழமான தாக்கத்தை ஆராயும்.

கருந்துளை என்றால் என்ன?

அதன் மையத்தில், ஒரு கருந்துளை என்பது வெளி-நேரத்தின் ஒரு பகுதியாகும், இது துகள்கள் மற்றும் ஒளி போன்ற மின்காந்தக் கதிர்வீச்சு உட்பட எதுவும் உள்ளிருந்து தப்பிக்க முடியாத அளவுக்கு வலுவான ஈர்ப்பு விளைவுகளைக் காட்டுகிறது. "திரும்ப முடியாத புள்ளி" என்பது நிகழ்வுத் தொடுவானம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது ஒரு பௌதீக மேற்பரப்பு அல்ல, மாறாக வெளி-நேரத்தில் ஒரு எல்லையாகும். நிகழ்வுத் தொடுவானத்தைக் கடக்கும் எதுவும் தவிர்க்க முடியாமல் கருந்துளையின் இதயத்தில் உள்ள ஒருமைக்குள் ஈர்க்கப்படுகிறது.

கருந்துளைகளின் கருத்து ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீனின் 1915 இல் வெளியிடப்பட்ட பொது சார்பியல் கோட்பாட்டிலிருந்து உருவானது. பொது சார்பியல் கோட்பாடு, போதுமான அடர்த்தியான ஒரு நிறை, வெளி-நேரத்தை சிதைத்து ஒரு கருந்துளையை உருவாக்க முடியும் என்று கணித்துள்ளது. "கருந்துளை" என்ற சொல் 1967 வரை இயற்பியலாளர் ஜான் வீலரால் உருவாக்கப்படவில்லை.

கருந்துளைகளின் உருவாக்கம்

கருந்துளைகள் பொதுவாக இரண்டு முதன்மை வழிமுறைகள் மூலம் உருவாகின்றன:

1. விண்மீன் சரிவு

மிகவும் பொதுவான வகை கருந்துளை, பெரிய விண்மீன்கள் அவற்றின் வாழ்வின் முடிவில் சரிவதிலிருந்து உருவாகிறது. நமது சூரியனை விட மிகப் பெரிய ஒரு விண்மீன் அதன் அணு எரிபொருளை தீர்த்துவிடும்போது, அது அதன் சொந்த ஈர்ப்புக்கு எதிராக தன்னைத் தக்கவைத்துக் கொள்ள முடியாது. அதன் மையம் உள்நோக்கி சரிந்து, ஒரு சூப்பர்நோவா வெடிப்புக்கு வழிவகுக்கிறது. மீதமுள்ள மையம் போதுமான அளவு பெரியதாக இருந்தால் (பொதுவாக சூரியனின் நிறையை விட மூன்று மடங்கு அதிகம்), அது மேலும் சரிந்து ஒரு கருந்துளையை உருவாக்கும்.

உதாரணம்: சிக்னஸ் X-1 என்ற கருந்துளை, ஒரு பெரிய நட்சத்திரத்தின் சரிவிலிருந்து உருவான ஒரு விண்மீன்-நிறை கருந்துளை ஆகும். இது சிக்னஸ் விண்மீன் கூட்டத்தில் அமைந்துள்ளது மற்றும் வானத்தில் உள்ள பிரகாசமான எக்ஸ்-ரே மூலங்களில் ஒன்றாகும்.

2. மீப்பெரும் கருந்துளை உருவாக்கம்

பெரும்பாலான விண்மீன் திரள்களின் மையங்களில் வசிக்கும் மீப்பெரும் கருந்துளைகள் (SMBHs), சூரியனின் நிறையை விட மில்லியன் கணக்கான முதல் பில்லியன் கணக்கான மடங்கு வரை அதிக நிறை கொண்டவை. மீப்பெரும் கருந்துளைகளின் உருவாக்கம் இன்னும் தீவிர ஆராய்ச்சியில் உள்ள ஒரு பகுதியாகும். பல கோட்பாடுகள் முன்மொழியப்பட்டுள்ளன, அவற்றுள்:

• நேரடி சரிவு: ஒரு பெரிய வாயு மேகம் ஒரு நட்சத்திரத்தை உருவாக்காமல் நேரடியாக ஒரு கருந்துளையாகச் சரிவது.
• சிறிய கருந்துளைகளின் இணைப்பு: சிறிய கருந்துளைகள் காலப்போக்கில் இணைந்து ஒரு பெரிய மீப்பெரும் கருந்துளையை உருவாக்குகின்றன.
• விதை கருந்துளைகளில் படிவு: ஒரு சிறிய "விதை" கருந்துளை சுற்றியுள்ள பொருட்களைச் சேர்ப்பதன் மூலம் வளர்கிறது.

உதாரணம்: தனுசு A* ("தனுசு ஏ-ஸ்டார்" என்று உச்சரிக்கப்படுகிறது) என்பது நமது பால்வழி விண்மீன் திரளின் மையத்தில் உள்ள மீப்பெரும் கருந்துளை ஆகும். இது சூரியனின் நிறையை விட சுமார் 4 மில்லியன் மடங்கு நிறை கொண்டது.

கருந்துளைகளின் பண்புகள்

கருந்துளைகள் சில முக்கிய பண்புகளால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன:

1. நிறை

ஒரு கருந்துளையின் நிறை அதன் ஈர்ப்புப் புலத்தின் வலிமையை தீர்மானிக்கும் ஒரு அடிப்படைப் பண்பு. கருந்துளைகள் சூரியனின் நிறையை விட சில மடங்கு முதல் சூரியனின் நிறையை விட பில்லியன் கணக்கான மடங்கு வரை நிறை கொண்டிருக்கலாம்.

2. மின்மம் (Charge)

கோட்பாட்டளவில், கருந்துளைகள் மின்மத்தைக் கொண்டிருக்கலாம். இருப்பினும், வானியற்பியல் கருந்துளைகள் மின் நடுநிலையாக இருக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது, ஏனெனில் அவை தங்கள் சுற்றுப்புறங்களிலிருந்து எதிர் மின்மம் கொண்ட துகள்களை ஈர்ப்பதன் மூலம் விரைவாக நடுநிலையாகிவிடும்.

3. கோண உந்தம் (சுழற்சி)

பெரும்பாலான கருந்துளைகள் சுழலும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது, அவை கோண உந்தத்தைக் கொண்டுள்ளன. இந்த சுழற்சி கருந்துளையைச் சுற்றியுள்ள வெளி-நேரத்தின் வடிவத்தை பாதிக்கிறது மற்றும் அதில் விழும் பொருட்களின் நடத்தையை பாதிக்கலாம். சுழலும் கருந்துளைகள் கெர் மெட்ரிக் மூலம் விவரிக்கப்படுகின்றன, அதேசமயம் சுழலாத கருந்துளைகள் ஸ்வார்ஸ்சைல்ட் மெட்ரிக் மூலம் விவரிக்கப்படுகின்றன.

ஒரு கருந்துளையின் உடற்கூறியல்

ஒரு கருந்துளையின் கட்டமைப்பைப் புரிந்துகொள்வது அதன் தன்மையைப் புரிந்துகொள்ள முக்கியமானது:

1. ஒருமை (Singularity)

ஒரு கருந்துளையின் மையத்தில் ஒருமை அமைந்துள்ளது, இது எல்லையற்ற அடர்த்தி கொண்ட ஒரு புள்ளியாகும், அங்கு கருந்துளையின் அனைத்து நிறையும் குவிந்துள்ளது. இயற்பியல் பற்றிய நமது தற்போதைய புரிதல் ஒருமையில் உடைந்துவிடுகிறது, மேலும் பொது சார்பியல் விதிகள் செல்லுபடியாகாது. ஒருமையை சரியாக விவரிக்க குவாண்டம் ஈர்ப்பு தேவை என்று கணிக்கப்பட்டுள்ளது.

2. நிகழ்வுத் தொடுவானம் (Event Horizon)

முன்னர் குறிப்பிட்டபடி, நிகழ்வுத் தொடுவானம் என்பது கருந்துளையின் ஈர்ப்பிலிருந்து எதுவும் தப்பிக்க முடியாத எல்லையாகும். நிகழ்வுத் தொடுவானத்தின் ஆரம் ஸ்வார்ஸ்சைல்ட் ஆரம் என்று அழைக்கப்படுகிறது, இது கருந்துளையின் நிறைக்கு விகிதாசாரமாகும்.

3. படிவு வட்டு (Accretion Disk)

பல கருந்துளைகள் ஒரு படிவு வட்டினால் சூழப்பட்டுள்ளன, இது கருந்துளையை நோக்கி உள்நோக்கி சுழலும் வாயு மற்றும் தூசியின் ஒரு சுழல் வட்டு ஆகும். படிவு வட்டில் உள்ள பொருள் கருந்துளையை நோக்கி விழும்போது, அது மிக அதிக வெப்பநிலைக்கு சூடாக்கப்பட்டு, எக்ஸ்-கதிர்கள் உட்பட ஏராளமான கதிர்வீச்சை வெளியிடுகிறது. இந்த கதிர்வீச்சுதான் நாம் கருந்துளைகளைக் கண்டறியும் வழியாகும்.

4. ஜெட்கள் (Jets)

சில கருந்துளைகள், குறிப்பாக மீப்பெரும் கருந்துளைகள், தங்கள் துருவங்களிலிருந்து சக்திவாய்ந்த துகள் ஜெட்களை ஏவுகின்றன. இந்த ஜெட்கள் மில்லியன் கணக்கான ஒளியாண்டுகள் வரை நீளலாம் மற்றும் கருந்துளையின் சுழற்சி மற்றும் காந்தப்புலங்களால் இயக்கப்படுவதாகக் கருதப்படுகிறது.

கருந்துளைகளைக் கவனித்தல்

கருந்துளைகள் ஒளி எதையும் வெளியிடாததால், அவை கண்ணுக்குத் தெரியாதவை. இருப்பினும், அவற்றின் சுற்றுப்புறங்களில் அவற்றின் விளைவுகளைக் கவனிப்பதன் மூலம் அவற்றின் இருப்பை மறைமுகமாகக் கண்டறியலாம்.

1. ஈர்ப்பு வில்லை விளைவு

கருந்துளைகள் தங்களுக்குப் பின்னால் உள்ள பொருட்களிலிருந்து வரும் ஒளியை வளைத்து சிதைக்க முடியும், இது ஈர்ப்பு வில்லை விளைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது. இந்த விளைவைப் பயன்படுத்தி கருந்துளைகளைக் கண்டறியவும் அவற்றின் நிறையைக் கணக்கிடவும் முடியும்.

உதாரணம்: வானியலாளர்கள் ஈர்ப்பு வில்லை விளைவைப் பயன்படுத்தி தொலைதூர விண்மீன் திரள்களை ஆய்வு செய்துள்ளனர், அவற்றின் ஒளி குறுக்கிடும் கருந்துளைகளால் பெரிதாக்கப்பட்டு சிதைக்கப்பட்டுள்ளது.

2. எக்ஸ்-ரே உமிழ்வு

பொருள் ஒரு கருந்துளைக்குள் விழும்போது, அது வெப்பமடைந்து எக்ஸ்-கதிர்களை வெளியிடுகிறது. இந்த எக்ஸ்-கதிர்களை எக்ஸ்-ரே தொலைநோக்கிகள் மூலம் கண்டறிய முடியும், இது தீவிரமாகப் பொருட்களைச் சேர்க்கும் கருந்துளைகளை அடையாளம் காண உதவுகிறது.

உதாரணம்: முன்னர் குறிப்பிட்டபடி, சிக்னஸ் X-1 அதன் வலுவான எக்ஸ்-ரே உமிழ்வுகள் காரணமாக கண்டுபிடிக்கப்பட்ட முதல் கருந்துளைகளில் ஒன்றாகும்.

3. ஈர்ப்பு அலைகள்

கருந்துளைகள் இணையும்போது, அவை ஈர்ப்பு அலைகளை உருவாக்குகின்றன, இவை ஒளியின் வேகத்தில் வெளிப்புறமாகப் பரவும் வெளி-நேரத்தில் ஏற்படும் சிற்றலைகளாகும். இந்த ஈர்ப்பு அலைகளை LIGO (லேசர் குறுக்கீட்டுமானி ஈர்ப்பு-அலை ஆய்வகம்) மற்றும் விர்கோ போன்ற ஆய்வகங்கள் மூலம் கண்டறிய முடியும்.

உதாரணம்: 2015 இல், LIGO இரண்டு கருந்துளைகளின் இணைப்பிலிருந்து முதல் ஈர்ப்பு அலைகளைக் கண்டறிந்தது, இது பொது சார்பியலின் ஒரு முக்கிய கணிப்பை உறுதிசெய்து, பிரபஞ்சத்திற்கு ஒரு புதிய சாளரத்தைத் திறந்தது.

4. நிகழ்வுத் தொடுவானம் தொலைநோக்கி (EHT)

நிகழ்வுத் தொடுவானம் தொலைநோக்கி என்பது பூமியின் அளவுள்ள ஒரு மெய்நிகர் தொலைநோக்கியை உருவாக்க ஒன்றாகச் செயல்படும் தொலைநோக்கிகளின் உலகளாவிய வலையமைப்பாகும். 2019 இல், EHT ஒரு கருந்துளையின் நிழலின் முதல் படத்தை எடுத்தது, குறிப்பாக M87 விண்மீன் திரளின் மையத்தில் உள்ள மீப்பெரும் கருந்துளையின் படத்தை.

கருந்துளைகளும் பொது சார்பியலும்

கருந்துளைகள் ஐன்ஸ்டீனின் பொது சார்பியல் கோட்பாட்டின் நேரடி விளைவாகும். இந்த கோட்பாடு பெரிய பொருள்கள் வெளி-நேரத்தின் இழையை வளைக்கின்றன என்றும், போதுமான அளவு அடர்த்தியான நிறை கொண்ட பொருள் எதிலிருந்தும் தப்பிக்க முடியாத ஒரு வெளி-நேரப் பகுதியை உருவாக்க முடியும் என்றும் கணித்துள்ளது. கருந்துளைகள் பொது சார்பியலுக்கான ஒரு சக்திவாய்ந்த சோதனைக்களமாக செயல்படுகின்றன, இது விஞ்ஞானிகள் ஈர்ப்பு பற்றிய நமது புரிதலின் வரம்புகளை ஆராய அனுமதிக்கிறது.

கால விரிவு: பொது சார்பியல் வலுவான ஈர்ப்புப் புலங்களில் நேரம் மெதுவாகச் செல்கிறது என்று கணித்துள்ளது. ஒரு கருந்துளைக்கு அருகில், கால விரிவு தீவிரமாகிறது. தொலைவில் உள்ள ஒரு பார்வையாளருக்கு, நிகழ்வுத் தொடுவானத்தை நெருங்கும் ஒரு பொருளுக்கு நேரம் வியத்தகு முறையில் மெதுவாகச் செல்வதாகத் தோன்றும். நிகழ்வுத் தொடுவானத்திலேயே, தொலைதூர பார்வையாளரின் பார்வையில் நேரம் திறம்பட நின்றுவிடுகிறது.

வெளி-நேர வளைவு: கருந்துளைகள் வெளி-நேரத்தின் தீவிர வளைவை ஏற்படுத்துகின்றன. இந்த வளைவு ஈர்ப்பு வில்லை விளைவுக்கும் கருந்துளைகளைச் சுற்றி ஒளி வளைவதற்கும் காரணமாகும்.

தகவல் முரண்பாடு

கருந்துளை இயற்பியலில் மிகவும் குழப்பமான சிக்கல்களில் ஒன்று தகவல் முரண்பாடு ஆகும். குவாண்டம் இயக்கவியலின் படி, தகவலை அழிக்க முடியாது. இருப்பினும், ஒரு பொருள் கருந்துளைக்குள் விழும்போது, அதன் தகவல் என்றென்றைக்குமாக இழக்கப்படுவதாகத் தெரிகிறது, இது குவாண்டம் இயக்கவியலின் விதிகளை மீறுவதாகத் தெரிகிறது. இந்த முரண்பாடு பல விவாதங்களுக்கும் ஆராய்ச்சிகளுக்கும் வழிவகுத்துள்ளது, பல்வேறு தீர்வுகள் முன்மொழியப்பட்டுள்ளன, அவற்றுள்:

• ஹாக்கிங் கதிர்வீச்சு: கருந்துளைகள் முற்றிலும் கருப்பாக இல்லை; அவை நிகழ்வுத் தொடுவானத்திற்கு அருகிலுள்ள குவாண்டம் விளைவுகளால் ஏற்படும் ஹாக்கிங் கதிர்வீச்சு எனப்படும் மங்கலான கதிர்வீச்சை வெளியிடுகின்றன. சில கோட்பாடுகள் ஹாக்கிங் கதிர்வீச்சில் தகவல் குறியாக்கம் செய்யப்படலாம் என்று கூறுகின்றன.
• தீச்சுவர்கள்: ஒரு சர்ச்சைக்குரிய கோட்பாடு, நிகழ்வுத் தொடுவானத்தில் உயர் ஆற்றல் துகள்களின் "தீச்சுவர்" இருப்பதாக முன்மொழிகிறது, இது கருந்துளைக்குள் விழும் எந்தவொரு பொருளையும் அழித்து, தகவல் இழப்பைத் தடுக்கும், ஆனால் ஒரு கருந்துளைக்குள் விழும் ஒரு பார்வையாளர் நிகழ்வுத் தொடுவானத்தில் சிறப்பு எதையும் கவனிக்கக்கூடாது என்ற பொது சார்பியல் கொள்கையையும் மீறுகிறது.
• பஞ்சுப்பந்துகள்: இந்த கோட்பாடு கருந்துளைகள் ஒருமைகளாக அல்லாமல், வரையறுக்கப்பட்ட அளவு மற்றும் நிகழ்வுத் தொடுவானம் இல்லாத "பஞ்சுப்பந்துகளாக" இருப்பதாகக் கூறுகிறது, இதனால் தகவல் இழப்பு சிக்கலைத் தவிர்க்கிறது.

கருந்துளைகளும் விண்வெளி ஆய்வின் எதிர்காலமும்

ஒரு கருந்துளைக்கு பயணம் செய்வது தற்போது நமது தொழில்நுட்பத் திறன்களுக்கு அப்பாற்பட்டது என்றாலும், கருந்துளைகள் அறிவியல் புனைகதை மற்றும் அறிவியல் ஆராய்ச்சியைத் தொடர்ந்து ஊக்குவிக்கின்றன. ஈர்ப்பு, வெளி-நேரம் மற்றும் பிரபஞ்சத்தின் பரிணாமம் பற்றிய நமது அறிவை மேம்படுத்துவதற்கு கருந்துளைகளைப் புரிந்துகொள்வது முக்கியம்.

சாத்தியமான எதிர்காலப் பயன்பாடுகள்: தற்போது கோட்பாட்டளவில் இருந்தாலும், கருந்துளைகளின் தீவிர இயற்பியலைப் புரிந்துகொள்வது ஆற்றல் உற்பத்தி, மேம்பட்ட உந்துவிசை அமைப்புகள் அல்லது வெளி-நேரத்தையே கையாள்வதில் முன்னேற்றங்களுக்கு வழிவகுக்கும்.

ஆபத்து மதிப்பீடு: கருந்துளைகள் அவற்றின் சுற்றுப்புறங்களில் ஏற்படுத்தும் விளைவுகளைப் படிப்பது, இந்த சக்திவாய்ந்த பொருட்களால் ஏற்படும் அபாயங்களைப் புரிந்துகொள்ள உதவுகிறது, குறிப்பாக விண்மீன் திரள் மையங்கள் போன்ற கருந்துளைகள் பொதுவாகக் காணப்படும் பகுதிகளில்.

முடிவுரை

கருந்துளைகள் பிரபஞ்சத்தில் உள்ள மிகவும் வசீகரமான மற்றும் மர்மமான பொருட்களில் ஒன்றாகும். விண்மீன் சரிவில் அவற்றின் உருவாக்கம் முதல் விண்மீன் திரள்களை வடிவமைப்பதில் அவற்றின் பங்கு வரை, கருந்துளைகள் இயற்பியல் மற்றும் வானியல் பற்றிய நமது புரிதலைத் தொடர்ந்து சவால் செய்கின்றன. தொழில்நுட்பம் முன்னேறும்போது, இந்த மர்மமான பொருள்கள் மற்றும் பிரபஞ்சத்தில் அவற்றின் ஆழமான தாக்கம் பற்றி இன்னும் அதிகமாகக் கற்றுக்கொள்வோம் என்று எதிர்பார்க்கலாம்.

மேலும் படிக்க

• "Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy" by Kip S. Thorne
• "A Brief History of Time" by Stephen Hawking
• NASA's Black Hole Website: [https://www.nasa.gov/mission_pages/blackholes/index.html](https://www.nasa.gov/mission_pages/blackholes/index.html)