கருந்துளை (black hole) என்பது என்ன ??? அற்புதமான விளக்கங்கள்.

 கருந்துளை (black hole) என்றால் என்ன?

கிட்டத்தட்ட மனிதனின் 1000 ஆண்டுகள் விண்வெளி ஆய்வில், இந்த பேரண்டத்தின் பல நட்சத்திரங்கள், கிரகங்கள், வான உடல்கள் (Celestrial Bodies), சிறுகோள் (Asteroid), விண்மீன் கூட்டங்கள் (Galaxies) ஆகியவை கண்டுள்ளான். இருப்பினும் நாம் கண்டு அறிந்தது, இந்த பிரபந்தத்தின் வெறும், 1% காரணிகளை மட்டுமே.

எப்படி குவாண்டம் கோட்பாடு (Quantum Mechanics), ஒரு மேம்பட்ட இயற்பியல் கோட்பாடு என்றும் நாம் சொல்கிறோமோ, அது போல, கருங்குழி (Black Hole) அல்லது கருந்துளையின் நிகழ்வியலும், குவாண்டம் கோட்பாட்டின் நிலையை ஒத்த, விளங்க முடியாத, ஒரு புரியாத கேள்வியாகவே இன்று வரை அறிவியல் உலகிற்கு சவால் விட்டு கொண்டிருக்கிறது.

"கருந்துளை என்பது என்ன?" என்று நாம் காண்பதற்கு முன்னர், அவை எவ்வாறு உருவாகி இருக்கக்கூடும், என்பதற்கு, அறிவியல் ஆய்வாளர்கள் நமக்கு தரும் விளக்கங்கள் மற்றும் சில கோட்பாடுகளை மூலம் தெளிவாக காண்போம்.

பெரு வெடிப்பு கோட்பாடு-

மனிதனால் கண்டு பிடிக்கப்பட்ட மிகப்பெரிய கோட்பாடு என நம்பப்படுவது, பெரு வெடிப்பு கோட்பாடு (Big Bang Theory) ஆகும்.

பெரு வெடிப்புக் கொள்கையின்படி, அண்டவெளியில் உள்ள பொருள்கள் அனைத்தும் 12 முதல் 14 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்னர் மிக அதிகமான அடர்த்தியுடன் கூடிய சிறிய அளவில் தான், தீப்பிழம்பாக இருந்திருக்கக்கூடும்.

இன்று நம்மால் அறியப்படுகின்ற அண்டத்திலுள்ள பொருள்கள் அனைத்தும், சில மில்லி மீட்டர் அளவுக்குள் அடங்கியிருந்திருக்கும் எனக் கணிப்பிடப்படுகின்றது. இத் தீப்பிழம்பானது, இன்று அறியப்படாத ஏதோ ஒரு காரணத்தினால், மிக வேகமாக விரிவடையத் தொடங்கிற்று. இதுவே பெரு வெடிப்பு கோட்பாட்டில் சொல்லப்பட்டிருக்கும் செய்தி ஆகும்.

நியூட்டனின் முதலாம் விதி (Law of inertia):-

ஒரு பொருளின் மீது விசை ஏதும் செலுத்தாதிருந்தால்,
அப்பொருள் தான் இருந்த தன் அசையா நிலையிலோ (அல்லது) தான் ஒரு நேர்க்கோட்டில் ஒரே சீரான விரைவோடு முன்பு சென்று கொண்டிருந்த தன் நிலையிலோதான் தொடர்ந்து இருந்துவரும்

….

இவ்வாறு வெடித்து சிதறிய வான உடல்கள் (Celestrial Bodies), ஒன்றோடொன்று ஈர்ப்பு விசையினால் இணைக்கப்பட்டு தன்னை தானே சுற்றி கொண்டும் (Law of inertia), தன்னை விட நிறை (Volume) மற்றும் அடர்த்தி (Density) அதிகம் கொண்ட மற்றொரு பொருளையும் சுற்றி வரும்.

இன்னும் தெளிவாக சொல்லுவோமேயானால், நிலவு பூமியின் ஈர்ப்பு விசையினால் ஈர்க்கப்பட்டு, பூமியை சுற்றி வருகிறது. பூமி சூரியனின் ஈர்ப்பு விசையினால் ஈர்க்கப்பட்டு, சூரியனை சுற்றி வருகிறது. சூரியன் பால் வெளியின் (Milky Way) மையத்தினை சுற்றி வருகின்றது.

• பூமி தன்னை தானே சுற்றி வர எடுத்து கொள்ளும் நேரம் - 24 Hr / 1 Day
• பூமி சூரியனை சுற்றி வர எடுத்து கொள்ளும் நேரம் - 365.2422 Days / 1 Year
• சூரியன் பால் வெளியின் சுற்றி வர எடுத்து கொள்ளும் நேரம் - 230 million Years / 1 Cycle
• நிலவு, பூமி, சூரியன், பால்வெளி ஆகியவை ஒன்றாக இனைந்து, வேறு ஏதும் ஒரு மைய புள்ளியை சுற்றி வரலாம். அந்த மைய புலியானது அளவில் சிறிதாகவும் அதே சமயம், நமது மொத்த பால் வெளியின் நிறை அளவு (Mass), ஈர்ப்பு (Gravity) - ஐ விட பல மடங்கு இருந்திருக்க கூடும். இவற்றை பற்றி கீழ் வரும் வரிகளில் நன்கு தெளிவாக பார்ப்போம்.

இவ்வாறு ஒரு வான உடல் (Celestrial Body), மற்றொரு வான உடலை, தனது ஈர்ப்பு விசையினால் ஈர்க்க வேண்டும் என்றால், அளவில் மற்றும் பெரிதாக இருந்தால் போதாது, அவற்றின் நிறையளவு (Volume) மற்றும் அடர்த்தி (Density) விகிதமும் முறையே அதிகமாக இருக்க வேண்டும். அவ்வாறு இல்லாமல் போனால், அது அதன் சுற்று வட்ட பாதையை விட்டு விலகி தனித்தே செல்லும்.

உதாரணமாக, யுரேனஸ் vs பூமி, ஆகியவற்றின் நிறை அளவு மற்றும் அடர்த்தி ஆகியவைகளோடு ஒப்பிட்டு பார்ப்போம்,

யுரேனஸ்:-

நிறையளவு - 1.27 g/cm3, அடர்த்தி - 6.833×1013 km3

பூமி:-

நிறையளவு - 5.51 g/cm³, அடர்த்தி - 5.972 × 10^24 kg

நமது பூமியை விட 63 மடங்கு பெரிய கோள், யுரேனஸ். இருப்பினும், பூமியின் அடர்த்தி அதிகமானதால், பூமிக்கே ஈர்ப்பு விசை அதிகமாக இருக்கும்,

ஈர்ப்பு (Gravity):- யுரேனஸ் - 8.87 m/s², பூமி - 9.807 m/s²

குறிப்பு:- அளவில் சிறிதாகினும், ஈர்ப்பு விசை (Gravity), நிறையளவு (Volume), அடர்த்தி (Density) அதிகமெனில் அதனை ஈர்க்கும் தன்மையினை ஒரு கிரகம்/நட்சத்திரம்/கருங்குழி (Black Hole) பெறக்கூடும்.

மீயொளிர் விண்மீன் வெடிப்பு (SuperNova) என்றால் என்ன ?

ஈர்ப்பு விசையின் அழுத்தம் காரணமாக, ஒரு நட்சத்திரத்தின் வெளிப்புறத்தில் உள்ள எரியும் காரணியான ஹைட்ரஜனை (Hydrogen) கரு மையம் (Center) நோக்கி இழுக்கப்படும். இங்கு அணு இணைவு (Nuclear Fusion) என்னும் ஒரு வேதி வினை நிகழும், அதாவது வெளிப்புறத்தில் உள்ள ஹைட்ரஜன் (Hydrogen - H) அணு, நடு மையத்தில் எரிந்து ஹீலியம் (Helium - He) அணுக்கருக்கலாக உருப்பெறும். (நமது சூரியன், ஒவ்வொரு நொடியும் 600 மில்லியன் டன் ஹைட்ரஜன் மூலம் எரிகிறது)

ஒரு கட்டத்தில் ஹைட்ரஜன் முழுவதும் தீர்ந்து போக, அங்கு ஹீலியம் (Helium) அணு மட்டுமே மிஞ்சி இருக்கும், மீண்டும் அணு இணைவு செய்து, அதை விட வலிமையான, கார்பன் (Carbon - C) அணுக்கருக்களை உருவாக்க தொடங்கும். இந்த வினையை "triple-α process" என்றழைப்பர்.

இப்போது இந்த ஹீலியம் (Helium), கார்பன் (Carbon) உடன் இணைய தேவையான அழுத்தம்/ஈர்ப்பு (Pressure/Gravity), அந்த நட்சத்திரத்துக்கு இல்லாமல் போனால் அங்கு அணு இணைவே நிகழாது. அதன் விளைவாக, தனது சொந்த ஈர்ப்பு சக்தியைத் தாங்க முடியாத அளவுக்கு கடினமாகிறது. பின்னர் ஒருகட்டத்தில், மாபெரும் அளவில் ஒளியாற்றலை வீசி பேரொளியுடன் வெடிக்கும். இது சூரியன் தன் வாழ்நாள் முழுவதும் வெளியிடக்கூடிய மிகப்பெரும் ஆற்றலைவிட அதிகமானது. மேலும் வெடிப்பின் அதிர்வலைகள் விண்மீன் மண்டலத்தின் முழுவதும் பரவ வல்லவை.

இந்த நிகழ்வயே, மீயொளிர் விண்மீன் வெடிப்பு (SuperNova) என்று அறிவியல் ஆய்வாளர்களினால் சொல்லப்படுகிறது

மீயொளிர் விண்மீன் வெடிப்பிற்கு பின் உருவாகும் நிலையின் வகைகள்:-

1. வெண் குறுமீன் (White Dwarf Star):-

மீயொளிர் விண்மீன் வெடிப்பிற்கு பின், ஒரு நட்சத்திரத்தின் கரு பகுதியானது (Center), நமது பூமி அளவிற்கு சுருங்கி விடும்.

மேலும் அதன் மீதம் உள்ள கரு பகுதியானது, நமது சூரியனையொத்த நிறையுடைதாக (Mass) இருந்தால், அது வெண் குறுமீன் (White Dwarf Star) என்று வகை அறுக்க படுகிறது.

2. நொதுமி விண்மீன் (Neutron Star)

நாம் மேலே பார்த்த சூப்பர்நோவா நிகழ்வில், கடைசியாக கார்பன் (Carbon-C) அணுக்கள் உருவானதையும், அது தனது ஈர்ப்பு விசையின் மூலம் அணு இணைவு நடை பெற முடியாமல் போனதையும் கண்டோம்.

ஆனால், சூப்பர்நோவா நிகழப்போகும் நட்சத்திரம் அளவில் மிகவும் பெரிதாகவும் முறையே கார்பன் (Carbon - C) அணுக்கருக்களுடன் அணு இணைவு செய்யும் அளவுக்கு ஈர்ப்பு விசையும் கொண்டிருப்பின், அத்தகைய நட்சத்திரம் கார்பன் அணுவை விட வலிமையான இரும்பு (Iron -Fe) அணுவை உருவாகும்.

இத்தகைய நிகழ்வின் போது இது அளவில் மிகவும் சுருங்கி, கிட்டத்தட்ட 12 கீ.மீ - 20 கீ.மீ அளவே காணப்படும். இருப்பினும் இதன் நிறை அளவு (Mass), ஈர்ப்பு விசை (Gravity) சூரியனை விட பன்மடங்கு அதிகரித்து காணப்படும். இதனை துடிவிண்மீன் என்றும் அழைப்பர். மேலும் இது மிகவும் வேகமாக சுற்றும் தன்மை கொண்டது.

3. கருந்துளை (Black Hole)

நமது சூரியனை விட, 20 மடங்கிற்கு மேல் நிறை அளவு (Mass) கொண்ட நட்சத்திரம், சூப்பர்நோவா நிகழ்வின் மூலம் வெடித்து சிதறும் போது நாம் முன்னர் பார்த்த அணு இணைவுகளையும் தாண்டி, இந்த பிரபஞ்சத்தில் ஒரு வெற்றிடமாக உருவாகும்.

இந்த வெற்றிடத்தை வழுப்புள்ளி (Singularity) (அல்லது) வழுவிடம் (அல்லது) கருந்துளை (Black Hole) என்றழைப்பர்.

இதன் நிறை அளவு (Mass), அடர்த்தி (Density), கணக்கிட முடியாத அளவிற்கு இருப்பதனால், இதன் ஈர்ப்பு விசையும் (Gravity) => முடிவிலி (Infinity ∞) என்றே சொல்ல படுகிறது.

நாம் பொது இயற்பியலில், ஒளி ஒரு அலையாக செயல்படுகிறது என்று கேள்வி பட்டதுண்டு. அனால் நுண்ணிய இயற்பியல் என்று வரை அறுக்கப்படும் குவாண்டம் கோட்பாடு (Quantum Mechanics), ஒளி ஒரு துகள்களினால் ஆனவை என்று சொல்கிறது.

கருந்துளையின் அதீத ஈர்ப்பு விசையின் காரணமாக, அதனை சுற்றி உள்ள வான உடல்கள் (Celestrial Bodies) வேகமாக சுழற்ற வண்ணமே அதனுள் சென்ற வண்ணமே இருக்கும். ஒளி (துகள்) கூட உள்ளே சென்றால் தப்பிக்க இயலாது என்று அறிவியல் ஆய்வாளர்களினால் கூறப்படுகின்றது.

இருப்பினும் உள்ளே சென்ற துகள்கள் (particles) எங்கு தான் செல்கின்றது? இதற்கு பல விளக்கங்களை அறிவியல் ஆய்வாளர்கள் முன் வைக்கின்றனர்,

A). ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன்- பொதுச் சார்புக் கோட்பாடு (General Theory Of Relativity)

இந்த அண்டம்/நேரம் (space/time), ஒரு ஒரு துகளின் ஈர்ப்பு விசைக்கு (Gravity) ஏற்றவாறு ஏற்றவாறு, நன்கு வழியும் தன்மை உடையது.

இவ்வாறு உள்ளே இழுக்க படும் துகள்களானது, ஒன்றோடு ஒன்று நன்கு பிணைக்க பட்டு, கருந்துளையின் அதீத ஈர்ப்பு விசையினால், வெடித்து காமா கதிர்வீச்சாக (Gamma Radiation) பல்லாயிரம் ஒளி ஆண்டுகள் (light years) எதிரொலிக்கும் என்று நம்ப படுகின்றது.

அறிவியல் ஆய்வாளர் திரு. Stephen Hawking, அவர்கள் இந்த கருத்தினை முன்மொழிந்தமைக்காக, அவரின் நினைவாக இந்த வினையின் நிகழ்வை "Hawking Radiation" என்றே அழைப்பதுண்டு.

கருந்துளையின் உள்ளிருந்து எதுமே வெளியே வராது என்று நம்ப படுவதால், இந்த "Hawking Radiation", கருந்துளையின் வெளிப்புற எல்லைகளான திரட்டல் வட்டு (Accreation Disk) அல்லது நிகழ்வுத் பரப்பெல்லையில் (Event Horizon) மூலம் நிகழலாம் என்று சில அறிவியல் ஆய்வாளர்கள் கருத்து தெரிவிக்கின்றனர்.

கருந்துளையின் முதல் நிழல் படம்:-

கருந்துளை தனது அருகாமையில் உள்ள துகள்களை (Particles) அதிவேகத்துடன் ஈரப்பதன் மூலம் ஒன்றோடொன்று மோதி, ஒரு பயங்கர சத்தம் மற்றும் காமா கதிவீச்சை (Hawking Radiation) இந்த பிரபஞ்சம் முழுக்க சமிக்கைகள் (Signals) மூலம் தனது இருப்பு நிலையினை தெரிவித்த வாறே இருக்கும்.

நாம் முன்னர் பார்த்த நொதுமி விண்மீன் (Neutron Star), கருந்துளை (Black Hole) எழுப்பும் இந்த சமிக்கையானது பல காலமாக வேற்றுலக வாசிகள் அனுப்பும் சமிக்கைகள் என்றே நம்பப்பட்டு வந்தது.

நமது மனிதர்களால் இதுவரை 88 நட்சத்திர கூட்டங்களை (88 - Constellations) கண்டு பிடித்து உள்ளனர், அவற்றுள் நமது பால் வெளி போன்று, குறைந்தது இரண்டு டிரில்லியன் (Two Million Million (or) 2 Trillion) பால் வெளி இருக்ககூடும் என்று அனுமானிக்கின்றனர்.

நமக்கு கிடைக்க பெற்ற சமிக்கைகள்/தகவலின் படி, நமது பூமியில் இருந்து 500 மில்லியன் டிரில்லியன் கிலோமீட்டர் தொலைவிலுள்ள கன்னி விண்மீன் (Virgo Constellation) என்னும் நட்சத்திர மண்டலத்தில், Messier 87 என்னும் கருந்துளையின் நிகழ்வுத் பரப்பெல்லையில் (Event Horizon) வரையிலான புகை படத்தை EHT Team சென்ற வருடம் வெளியிட்டது.

கருந்துளை பற்றிய 19-ம் நூற்றாண்டின் மாதிரி படம்:-

நமக்கு பெறப்பட்டுள்ள சமிக்கைகள் (அலை வடிவம்),

சமிக்ஞை வெளியீட்டின் அடிப்படையில் மாற்றியமைக்கப்பட்ட படம்,

இந்த நிகழ்வே, 21-ம் நூற்றாண்டின் மிகப்பெரிய சாதனையாக கருதப்படுகிறது.

முடிவுரை:-

ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் தனது பொதுவான சார்பியல் கோட்பாட்டின் மூலம் 1916-இல் கருந்துளைகள் இருப்பதை முதலில் கணித்தார்.

அறிவியல் ஆய்வாளர் திரு. Stephen Hawking, அவர்கள், கருந்துளை பற்றி முடிவாக சொன்ன வார்த்தைகள்,

"கருந்துளை ஒன்றும் கறுப்பாய் அல்ல, இது "Hawking Radiation"- ஐ மெதுவாக வெளியேற்றும் ஒரு சூடான உலோகம் போன்றது, எனவே வெப்ப நிலை (Temperature) மற்றும் என்ட்ரோபி (Entropy) போன்ற வெப்பமான அளவுகளை ஒரு கருந்துளையுடன் ஒப்பிட முடியும்"

திரு ஸ்ரீனிவாச ராமானுஜரின், Death Bed Theory என்றழைக்கப்படும் "Mock Theta Functions" இன்று பலரால் ஆராயப்பட்டு கருந்துளையின் "Thermodynamics's Entropy Behavior Of Black Hole"- ஐ அளவிட பயன்படுகிறது.

1920-ம் ஆண்டு தொகுக்கப்பட்ட, இந்த எண் சூத்திரம் தோராயமாக 85 ஆண்டுகள் கழித்து 2000-ம் ஆரம்பத்தில் அமெரிக்காவை சேர்ந்த எண்ணியல் ஆய்வாளர் ஒருவர், அந்த புதிருக்கு விடைகண்டார்.

"Ramanujan's Death Bed Theory, Puzzle Solved" என, ஊடகங்கின் வாயிலாக ஒரு நாள் கேட்ட அனுபவம்

நீண்ட பதிவை வாசிதாய்மைக்கு நன்றி!

- இந்த பதிவுகளை உருவாக்கிய திரு. வெங்கடேஸ்வரன் அவர்களுக்கு ,

மிக்க நன்றி !!!!!!!