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शोधकर्ताओं ने मूल, ब्लैक होल का अधिकतम द्रव्यमान पाया

GW170729 के लिए बाइनरी ब्लैक होल गठन पथ का योजनाबद्ध आरेख (छवि क्रेडिट: शिंग-ची लेउंग एट अल। / कवली आईपीएमयू)

एक मरणासन्न तारे के सिमुलेशन के माध्यम से, सैद्धांतिक भौतिकी शोधकर्ताओं के एक दल ने विकास मूल और ब्लैक होल के अधिकतम द्रव्यमान को पाया है जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के द्वारा खोजा गया है।

LIGO (लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी) और VIRGO (कन्या इंटरफेरोमेट्रिक ग्रेविटेशनल-वेव एंटीना) के साथ गुरुत्वाकर्षण तरंगों की रोमांचक खोज ने निकटवर्ती बाइनरी सिस्टम में ब्लैक होल को विलय करने की उपस्थिति को दिखाया है।

विलय से पहले देखे गए ब्लैक होल का द्रव्यमान सूर्य के द्रव्यमान (सौर द्रव्यमान) के लगभग 10 गुना पहले की अपेक्षा बड़े पैमाने पर मापा और निकला है। इस तरह के एक आयोजन में, GW170729, विलय से पहले एक ब्लैक होल का मनाया गया द्रव्यमान वास्तव में लगभग 50 सौर द्रव्यमान जितना बड़ा है। लेकिन यह स्पष्ट नहीं है कि कौन सा तारा इतने बड़े पैमाने पर ब्लैक होल का निर्माण कर सकता है, या अधिकतम ब्लैक होल जो गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों द्वारा देखे जाएंगे।

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, शिंग-ची लेउंग (वर्तमान में कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी), सीनियर साइंटिस्ट केनइची, प्रोजेक्ट रिसर्चर से मिलकर यूनिवर्स फ़िज़िक्स एंड मैथमेटिक्स ऑफ़ द यूनिवर्स (कावली आईपीएमयू) के कवाली इंस्टीट्यूट में एक शोध दल। नोमोटो, और विजिटिंग सीनियर साइंटिस्ट सर्गेई ब्लाइनिकोव (मास्को में इंस्टीट्यूट फॉर थियोरेटिकल एंड एक्सपेरिमेंटल फिजिक्स में प्रोफेसर) ने विशेष रूप से बहुत बड़े सितारों के विकास के अंतिम चरण की जांच की है, विशेष रूप से, करीब बाइनरी सिस्टम में 80 से 130 सौर द्रव्यमान सितारों।

करीबी बाइनरी सिस्टम में, शुरू में, 80 से 130 सौर द्रव्यमान सितारे अपने हाइड्रोजन-समृद्ध लिफाफे को खो देते हैं और 40 से 65 सौर द्रव्यमान के हीलियम सितारे बन जाते हैं। जब शुरुआती 80 से 130 सौर द्रव्यमान तारे ऑक्सीजन से भरपूर कोर बनाते हैं, तो सितारे गतिशील स्पंदना से गुजरते हैं, क्योंकि स्टेलर इंटीरियर में तापमान फोटोन को इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े में परिवर्तित होने के लिए पर्याप्त हो जाता है। इस तरह की “जोड़ी-निर्माण” कोर को अस्थिर बनाता है और संकुचन को तेज करता है।

ओवर-कंप्रेस्ड स्टार में, ऑक्सीजन विस्फोटक रूप से जलती है। इससे पतन का उछाल और फिर तेजी से तारा का विस्तार होता है। तारकीय बाहरी परत का एक हिस्सा बाहर निकाल दिया जाता है, जबकि आंतरिक भाग ठंडा हो जाता है और फिर से ढह जाता है। धड़कन (पतन और विस्तार) तब तक दोहराता है जब तक कि ऑक्सीजन समाप्त न हो जाए। इस प्रक्रिया को “स्पंदनात्मक युग्म-अस्थिरता” (पीपीआई) कहा जाता है। तारा एक लोहे का कोर बनाता है और अंत में एक ब्लैक होल में गिर जाता है, जो सुपरनोवा विस्फोट को ट्रिगर करेगा, जिसे पीपीआई-सुपरनोवा (PPISN) कहा जाता है।

कई ऐसे स्पंदनों और संबद्ध द्रव्यमान की अस्वीकृति की गणना करके जब तक कि तारा एक ब्लैक होल बनाने के लिए ढह नहीं जाता, टीम ने पाया कि पल्सेशनल जोड़ी-अस्थिरता सुपरनोवा से निर्मित ब्लैक होल का अधिकतम द्रव्यमान 52 सौर द्रव्यमान है।

शुरुआत में 130 से अधिक सौर द्रव्यमान (जो 65 से अधिक सौर द्रव्यमान से हीलियम सितारे बनाते हैं) से अधिक बड़े पैमाने पर सितारे विस्फोटक ऑक्सीजन जलने के कारण “जोड़ी-अस्थिरता सुपरनोवा” से गुजरते हैं, जो कि बिना किसी ब्लैक होल अवशेष के पूरी तरह से स्टार को बाधित करता है। 300 सौर द्रव्यमान के ऊपर के सितारे लगभग 150 सौर द्रव्यमान से अधिक बड़े पैमाने पर ब्लैक होल का निर्माण कर सकते हैं।

उपरोक्त परिणाम यह अनुमान लगाते हैं कि 52 और लगभग 150 सौर द्रव्यमान वाले ब्लैक होल द्रव्यमान में “द्रव्यमान-अंतराल” मौजूद है। परिणामों का अर्थ है कि GW170729 में 50 सौर द्रव्यमान वाला ब्लैक होल एक पल्सेशनल जोड़ी-अस्थिरता सुपरनोवा का अवशेष है।

परिणाम यह भी भविष्यवाणी करता है कि पल्सेशनल द्रव्यमान हानि से एक विशाल परिस्थितिजन्य माध्यम बनता है ताकि ब्लैक होल के गठन से जुड़ा सुपरनोवा विस्फोट एक सुपर-ल्युमिनस सुपरनोवा बनने के लिए परिस्थितिजन्य पदार्थ के साथ उत्सर्जित पदार्थ की टक्कर को प्रेरित करेगा। भविष्य के गुरुत्वाकर्षण-तरंग संकेत एक आधार प्रदान करेंगे, जिस पर उनकी सैद्धांतिक भविष्यवाणी का परीक्षण किया जाएगा। (एजेंसी इनपुट के साथ)

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