બ્લેક હોલ (ભાગ-૧)
સાયન્સ ફિક્શન ફિલ્મો અને બુક્સ દ્વારા ભૌતિકવિજ્ઞાન જગતનો સૌથી વધુ ચગેલો શબ્દ હોય તો એ છે બ્લેક હોલ. બ્લેક હોલ ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ, વિજ્ઞાનકથાના લેખકો તેમજ સામાન્ય માનવીને વર્ષોથી આકર્ષતો આવ્યો છે. આ આકર્ષણનું ચોક્કસ કારણ છે. એ કારણ છે બ્લેક હોલની આસપાસ વિંટળાયેલા રહસ્યોનું આવરણ. બ્લેક હોલ સાથે આજે પણ કંઇ કેટલાંય રહસ્યો સંકળાયેલા છે. આજ સુધી ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ એ જાણી શક્યા નથી કે બ્લેક હોલની અંદર ખરેખર શું છે? શું બ્લેક હોલ કોઇ અલગ દુનિયા કે અલગ બ્રહ્માંડમાં લઇ જતાં દરવાજાઓ છે? શું બ્લેક હોલ આપણને ભૂતકાળ કે ભવિષ્યકાળનું ટાઇમ ટ્રાવેલ કરાવતા ટાઇમ મશીન છે? કે પછી ઇન્ટરસ્ટેલર મુવીમાં બખુબી બતાવ્યું છે એમ એ આપણી ત્રિપરિમાણીય વાસ્તવિકતાથી પર કોઇ અન્ય પરિમાણમાં (કોઇ અગોચર, અલૌકિક પરિમાણમાં) લઇ જાય છે? સુર્ય કરતાં પણ મોટાં વિરાટકાય તારાઓ એમના હાઇડ્રોજન રૂપી ઇંધણને પુરૂં કરીને મૃત્યુ પામે પછી આવતી એક અવસ્થા છે બ્લેક હોલ. સ્પેસટાઇમને હદ બહાર મરોડી નાંખનારા બ્લેક હોલ કેવી રીતે બનતાં હશે? એનું અસિમિત ગુરૂત્વાકર્ષણ કેવું હશે? શું ખરેખર બ્લેક હોલમાં સમય અટકી જાય છે? આ બધામાંથી વિજ્ઞાન જેને જાણી શક્યું છે એવાં અમુક રહસ્યો પરથી આપણે પડદો ઉંચકીશું અને બ્લેક હોલની અંદર ભૌતિકવિજ્ઞાનના નજરીયાથી ડોકિયું કરવાં પ્રયત્ન કરીશું.
બ્લેક હોલની સૌથી સાદી વ્યાખ્યા શું આપી શકાય? એ પ્રશ્નના જવાબમાં એટલું જ કહી શકાય કે અવકાશનો (સચોટ રીતે કહીએ તો સ્પેસટાઇમનો) એવો વિસ્તાર જેનું ગુરૂત્વાકર્ષણ એટલું બધું વધારે છે કે એની ઝપટે ચડેલો પ્રકાશ પણ છટકી શકતો નથી. (જી હા. બ્રહ્માંડની સૌથી ઝડપી વસ્તુ, પ્રકાશ, પણ છટકી શકતો નથી.) પ્રકાશ એક પ્રકારનું વિદ્યુતચુંબકીય તરંગ જ છે ને! મતલબ કે બ્લેક હોલમાંથી કોઇપણ પ્રકારના વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો છટકી શકતાં નથી. આપણે જાણીએ છીએ કે જ્યારે પ્રકાશ કોઇ વસ્તુને અથડાઇને આપણી આંખોમાં આવે ત્યારે આપણને એ વસ્તુ દેખાય છે. પણ સામેવાળી વસ્તુ જો પ્રકાશને જ હજમ કરી જતી હોય તો એ દેખાશે કઇ રીતે?? એટલે જ એવી ન દેખાતી વસ્તુને બ્લેક હોલ નામ આપવામાં આવ્યું. તો પછી સાહજિક પ્રશ્ન એ થાય કે જેમાંથી કોઇપણ પ્રકારના તરંગો છટકી શકતાં ન હોય એનો પત્તો લાગે કઇ રીતે?? પ્રશ્ન ૧૦૦% વાજબી છે. અને એટલે બ્લેક હોલ કઇ રીતે બને છે અને એની અંદરના તથા એની આસપાસના સંજોગો કેવાં હોય છે એની ટેકનિકલ ડીટેલ માં ગયાં પહેલાં આપણે જેનો પત્તો લાગી ન શકે એવી માયાનો પત્તો લાગ્યો કઇ રીતે એ જાણી લઇએ. (એક રીતે જરાક ઉંધી શરૂઆત કરીએ).
બ્લેક હોલ નામ આવે એટલે કોઇનું નામ પહેલું યાદ આવે તો એ છે સદગત સ્ટીફન હોકિંગનું. અને સ્ટીફન હોકિંગે બ્લેક હોલમાંથી બહાર આવતાં (જેમાંથી કંઇ જ બહાર આવી શકતું નથી એમાંથી બહાર આવતાં??????) હોકિંગ રેડીએશનની થિયરી આપી હતી. એટલે સાદું લોજીક એમ કહે કે આવાં કોઇ રહસ્યમય રેડીએશનને ડીટેક્ટ કરીને બ્લેક હોલનું અસ્તિત્વ જાણી શકાતું હશે. પણ એવું નથી. હોકિંગ રેડીએશન હજી પ્રાયોગિક રીતે પકડાયું નથી. બ્લેક હોલ જ્યારે કોઇ વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો સાથે આંતરક્રીયા કરે છે ત્યારે બનતી કેટલીક ઘટનાઓથી એનું અસ્તિત્વ છતું થાય છે. આવી કેટલીક ઘટનાઓ જોઇએ.
૧. બ્લેક હોલ કોઇ મહાકાય તારાને આખો ને આખો ભરખી રહ્યો હોય એવાં સમયે તારો મરણચીસ નાંખે છે. હવે, ભૌતિકવિજ્ઞાનના દૃષ્ટીકોણે ‘મરણચીસ’ નો અર્થ શું કરીશું? ભૌતિકવિજ્ઞાનની રીતે મરણચીસ એટલે બ્લેક હોલમાં જવાના સહેજ પહેલાં બ્લેક હોલની ચંગુલમાંથી છટકીને ભાગી નીકળવામાં સફળ રહી હોય એવી ઊર્જા. જ્યારે બ્લેક હોલની અડફેટે કોઇ તારો ચડી જાય છે ત્યારે બ્લેક હોલ એ તારાના લીરે લીરે ઉડાડી એની જયાફત ઉડાવે છે. એ તારાની સપાટી પરથી ઉર્જાને ખેંચી ખેંચીને પોતાનામાં સમાવે છે. તારો ક્રમશ: નાનો થતો જાય છે અને બ્લેક હોલ એની ખેંચતાણ કરતો જ રહે છે. જ્યારે ખગોળશાસ્ત્રીઓએ આ નજારો જોયો ત્યારે તેઓ ચોંકી ઉઠ્યાં. બ્લેક હોલ દેખાવાનો તો કોઇ સવાલ હતો જ નહીં. પણ એક અદૃશ્ય ગર્તામાં મહાકાય તારાના લીરેલીરા સમાતા જોવાં એ નજારો અદભુત પણ અત્યંત ખોફનાક હતો. જ્યારે કોઇપણ પદાર્થ બ્લેક હોલમાં સમાય છે ત્યારે બ્લેક હોલની ગર્તામાં એના તસુએ તસુ અલગ પડી ઊર્જા રૂપે ઘુમરી ખાતા ખાતા (સ્પાઇરલ આકારમાં) સમાય છે. આ સમગ્ર પ્રક્રિયામાં ઘર્ષણબળ એટલું બધું હોય છે ત્યાં અતિઉચ્ચ તાપમાન પેદા થાય છે. એટલે મોટાભાગનો પદાર્થ ધીરે ધીરે ઉર્જામાં રૂપાંતરીત થતો હોય છે. પદાર્થ, ઉર્જા, વાયુઓ, વગેરેનો ભેગ હોય એવી એક ઘુમરી ખાતી ડીસ્ક આપણને જોવાં મળે છે. ઉચ્ચ તાપમાન વાળી અને એકદમ પ્રકાશિત એવી આ ડિસ્કને ‘એક્રેશન ડિસ્ક’ નામ આપવામાં આવ્યું છે. આવી ડિસ્કનું દેખાવું બ્લેક હોલની સાબિતી છે. બીજાં કોઇ પદાર્થો આ પ્રકારનું કારસ્તાન કરી શકતાં નથી.
૨. ઉપર જણાવ્યું એ મુજબ બ્લેક હોલ જ્યારે કોઇપણ પદાર્થને પોતાનામાં સમાવતા હોય ત્યારે લખલૂટ ઊર્જા (અને અતિઉચ્ચ તાપમાન) ઉત્પન્ન થાય છે. આ હદબહારના તાપમાને ક્ષ-કિરણો પેદા થાય છે. ન્યુટ્રોન સ્ટાર (એ શું છે, એ આગળ જોઇશું) પણ ક્ષ-કિરણો પેદા કરે છે, પરંતુ એ ક્ષ-કિરણો પલ્સ (તુટક તુટક) સ્વરૂપે હોય છે. બ્રહ્માંડમાં સતત અને અવિરત ક્ષ-કિરણોનો વરસાદ કરાવતો એકમાત્ર સ્ત્રોત છે બ્લેક હોલ. એટલે જો કોઇ જગ્યાએથી સતત અવિરત મોટા પ્રમાણમાં ક્ષ-કિરણો વરસી રહ્યાં હોય તો સમજવું કે ત્યાં બ્લેક હોલ હોવો જોઇએ. આપણી પોતાની આકશગંગા The Milky Way એટલે કે દૂધગંગાના કેન્દ્રમાં Sagittarius A નામનો એક દળદાર (જરા વધુ દળદાર અંગ્રેજી નામ - supermassive) બ્લેક હોલ આવેલો છે. આ બ્લેક હોલ સુર્ય કરતાં 4.3 Million (૪૩ લાખ સૂર્યો જેટલું) વધુ દળ ધરાવે છે. આવો બ્લેક હોલ અસિમિત માત્રામાં ક્ષ-કિરણોનો ધોધ વહાવશે.
૩. બ્લેક હોલની અસરો અનુભવવાનો ત્રીજો રસ્તો છે ગ્રેવીટેશનલ લેન્સીંગ. એટલે પહેલાં તો ગ્રેવીટેશનલ લેન્સીંગને સમજવું પડે. માનો કે ખૂબ દૂરના અવકાશમાં અત્યંત પ્રકાશિત આકાશગંગા આવેલી છે, એના પર આપણે પ્રયોગ કરી રહ્યાં છીએ. એ આકાશગંગાના પ્રકાશકિરણો આપણા સુધી સીધી રેખામાં આવી રહ્યાં છે. હવે માનો કે આપણી અને પેલી પ્રકાશિત આકાશગંગાની વચ્ચે કોઇ ઓછી પ્રકાશિત આકાશગંગા કે તારાગુચ્છ આવેલું છે. જ્યારે દૂરની પ્રકાશિત આકાશગંગાનો પ્રકાશ પેલા ઓછા પ્રકાશિત તારાગુચ્છની નજીકથી પસાર થશે ત્યારે એ તારાગુચ્છનું ગુરૂત્વાકર્ષણ પેલાં પ્રકાશને વધુ કે ઓછા અંશે મરોડે છે. મરોડાયેલો અને ખલેલ પડેલો પ્રકાશ જ્યારે આપણા સુધી આવે છે ત્યારે એના ડિસ્ટર્બન્સ પરથી પેલા તારાગુચ્છનું દળ અને ગુરૂત્વાકર્ષણ જાણી શકાય છે. ગણિતશાસ્ત્રની એ સુંદરતા છે કે એક જાણીતી વસ્તુ પરથી બીજી અજાણી વસ્તુ શોધી શકાય છે. હવે આ ગુરૂત્વાકર્ષણ બ્લેક હોલની થિયરી સાથે મેળ ખાતું હોય એવું અત્યંત વધારે જોવા મળે અને એટલા બધા ગુરૂત્વાકર્ષણ સામે કોઇ મોટો તારો (ખાસ્સી મોટી સાઇઝનો તારો) જોવા ન મળે તો એ બ્લેક હોલનું કારસ્તાન હોવાના ચાન્સ 100% છે.
(બ્લેક હોલની ગાણિતિક વ્યાખ્યા આજ તો છે. એ અત્યંત નાની જગ્યા, બિંદુવત જગ્યા પર કેન્દ્રિત થયેલું અસિમિત દળ છે. દળ અતિવિશાળ તારા જેટલું એટલે કે અબજો×અબજો ટન, પણ એણે રોકેલી જગ્યા બિંદુવત,, છે ને આશ્ચર્યનો ઓવરડોઝ)
૪. ૧૧ ફેબ્રુઆરી, ૨૦૧૬ ના રોજ LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ખાતે ગ્રવીટેશનલ વેવ્ઝ એટલે કે ગુરૂત્વાકર્ષી તરંગો પ્રાયોગિક રીતે પકડાયા એ બે વિરાટ બ્લેક હોલનું જ તો કારનામુ હતું. બે વિરાટ બ્લેક હોલ એકમેકમાં સમાઇ ગયાં અને સ્પેસટાઇમની રબ્બરિયા ચાદરમાં અતિવિરાટ વળ જેવું તરંગ પેદા કર્યું, એને જ તો વૈજ્ઞાનિકોએ પકડ્યું. આવી જ ઘટના એપ્રિલ, ૨૦૧૮માં ફરીથી નોંધાઇ. જેમાં એકસાથે છ બ્લેક હોલનું અસ્તિત્વ પરખાઇ આવ્યું.
આ તમામ ઘટનાઓ પરથી એ વાત સ્વયંસ્પષ્ટ છે કે બ્લેક હોલ બ્રહ્માંડની ઉચ્ચતમ માયા છે. બીજા તારાને ભરખી જવાના સંદર્ભમાં એને રાક્ષસી માયા ગણી શકો. પણ તોય આવી રહસ્યની ઇન્દ્રજાળ ખરેખરમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે એ સાનંદાશ્ચર્યની વાત છે. બ્લેક હોલે થિયરીમાં તો ઘણીવાર હાજરી પુરાવી હતી. જનરલ રિલેટિવિટિના આઇનસ્ટાઇન ફિલ્ડ સમીકરણના અમુક ઉકેલ બ્લેક હોલની હાજરી તરફ દિશાનિર્દેશ કરતાં હતાં પણ લાંબા સમય સુધી તેમને અવગણવામાં આવ્યાં. જ્યારે કેટલાક ઉકેલો સ્પષ્ટ રીતે બ્લેક હોલ તરફ આંગળી ચીંધવા લાગ્યાં ત્યારે બ્લેક હોલને માત્ર એક મેથેમેટીકલ બ્યુટી ગણી લેવામાં આવ્યાં. ખાસ્સા સમય પછી બ્લેક હોલના પ્રાયોગિક પુરાવાઓ મળતાં થયાં ત્યારે સમજાયું કે બ્લેક હોલ તો ખરેખર અસ્તિત્વ ધરાવે છે. અને ત્યારે ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ મોંમા આંગળા નાંખી ગયાં કારણ કે સ્પેસટાઇમને તોડી નાંખતો, સમયનો અંત લાવી દેતો, એક બ્રહ્માંડને બીજા સાથે જોડી દેતો આ બ્લેક હોલ સદેહે એમની સામે હાજર હતો. હવે એનાં અસ્તિત્વને નકારી શકાય એમ ન હતું. હવે તો એક જ કામ થઇ શકે એમ હતું. એનો અભ્યાસ કરવાનું. એનો ઉંડો અભ્યાસ કરવાનું.
(બ્લેક હોલ કઇ રીતે બને છે?, ન્યુટ્રોન સ્ટાર અને બ્લેક હોલ વચ્ચે શું ફરક છે?, બ્લેક હોલની અંદર શું છે? વગેરે પ્રશ્નો જોઇશું આવતાં અંકે)
