14 सितंबर, 2015 को, अमेरिका में विशाल डिटेक्टरों की एक जोड़ी का उपयोग करके शोधकर्ताओं ने पहली बार गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाया – अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा सापेक्षता के अपने सामान्य सिद्धांत में उनके अस्तित्व की भविष्यवाणी करने के एक सदी बाद। इन डिटेक्टरों के निर्माण में उनके योगदान के लिए, जिन्हें लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरीज (एलआईजीओ) कहा जाता है, रेनर वीस, किप थॉर्न और बैरी बैरिश को 2017 में भौतिकी के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के अनुसार, जब कोई पर्याप्त विशाल वस्तु अंतरिक्ष-समय के माध्यम से गति करती है, तो यह अपने कपड़े के माध्यम से गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा की तरंगें उत्पन्न करेगी। ये गुरुत्वाकर्षण तरंगें प्रकाश की गति से अरबों प्रकाशवर्षों में निर्बाध रूप से यात्रा कर सकती हैं। तीव्र तरंगें सबसे भीषण ब्रह्मांडीय घटनाओं से उत्पन्न होती हैं, जिनमें न्यूट्रॉन तारे और ब्लैक होल का टकराना शामिल है।
इस वर्ष, जब दुनिया भर के शोधकर्ताओं ने गुरुत्वाकर्षण तरंगों की पहली खोज की 10वीं वर्षगांठ मनाई, तो उन्होंने एक और अभूतपूर्व खोज की भी घोषणा की। डिटेक्टरों के एक नेटवर्क – अमेरिका में LIGO, इटली में वर्गो और जापान में KAGRA – ने विलय वाले ब्लैक होल की एक जोड़ी से एक स्पष्ट गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेत का पता लगाया था। इस घटना का नाम GW250114 रखा गया क्योंकि इसका पता 14 जनवरी, 2025 को चला था।
विशेष रूप से, शोधकर्ताओं ने कहा कि यह अब तक पाया गया सबसे स्पष्ट गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेत था, जिससे उन्हें मौलिक भौतिकी सिद्धांतों की कुछ अधिक मायावी भविष्यवाणियों का परीक्षण करने के लिए इसका उपयोग करने की अनुमति मिली।
उनके परिणाम प्रकाशित किए गए थे भौतिक समीक्षा पत्र सितंबर में.
ब्लैक होल शिकारी
जुड़वां LIGO डिटेक्टरों ने सबसे पहले GW250114 का पता लगाया। प्रत्येक LIGO में L-आकार में व्यवस्थित दो 4-किमी लंबी भुजाएँ होती हैं। भुजाओं में एक निर्वात है। कोहनी पर, एक अत्यधिक स्थिर लेजर बीम को दो बीमों में विभाजित किया जाता है और लंबवत भुजाओं को नीचे भेजा जाता है, जो दर्पणों के बीच लगभग 300 बार आगे और पीछे उछलती है।
जब कोई गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर से नहीं गुजर रही होती है, तो दोनों किरणें बिल्कुल समान दूरी तय करती हैं और कोहनी पर एक फोटोडिटेक्टर पर पुनः संयोजित होने पर एक दूसरे को रद्द कर देती हैं। लेकिन जब कोई गुरुत्वाकर्षण तरंग गुजरती है, तो यह सूक्ष्म तरीकों से वहां अंतरिक्ष समय को विकृत कर देती है, एक हाथ को थोड़ा खींचती है जबकि दूसरे को संपीड़ित करती है, प्रत्येक किरण द्वारा तय की गई दूरी को एक छोटे से अंश में बदल देती है। इसके कारण लेज़र प्रकाश तरंगें चरण से बाहर हो जाती हैं और फोटोडिटेक्टर पर प्रकाश की एक मापने योग्य झिलमिलाहट उत्पन्न करती हैं।
कन्या और कागरा समान सिद्धांतों पर काम करते हैं। जब एक गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता चलता है, तो इन तीन डिटेक्टरों का संचालन करने वाली टीमें अपना डेटा साझा करती हैं और संयुक्त विश्लेषण चलाती हैं।
अध्ययन के सहलेखक, विर्गो टीम के सदस्य और ग्रैन सैसो साइंस इंस्टीट्यूट के डॉक्टरेट छात्र जैकोपो टिसिनो ने कहा, “हम कई तरीकों से अपने डिटेक्टरों से डेटा में सिग्नल ढूंढते हैं। कुछ मॉडल-अज्ञेयवादी हैं और अन्य मॉडल-स्वतंत्र हैं।”
मॉडल-अज्ञेयवादी विधियाँ सिग्नल की प्रकृति के बारे में कोई धारणा बनाए बिना, सभी डिटेक्टरों पर एक साथ दिखाई देने वाली अतिरिक्त ऊर्जा की पहचान करने का प्रयास करती हैं। इसके विपरीत, मॉडल-निर्भर तरीके विशेष रूप से उन संकेतों के लिए डेटा खोजते हैं जो ब्लैक-होल विलय के लिए सैद्धांतिक अपेक्षाओं के साथ संरेखित होते हैं।
GW250114 सिग्नल, जो लगभग 1.3 बिलियन प्रकाशवर्ष दूर से आया था, दोनों तरीकों का उपयोग करके पता लगाया गया था।
लौकिक घंटी
टीम ने पाया कि नया सिग्नल 2015 में खोजे गए सिग्नल के समान था।
“वे दोनों लगभग समान ब्लैक होल के जोड़े हैं, जिनमें छोटी या कोई स्पिन नहीं है, प्रत्येक का द्रव्यमान सूर्य से 30 गुना अधिक है, और एक दूसरे के चारों ओर एक कक्षा में घूम रहे हैं जो एक सर्कल के करीब है,” श्री टिसिनो ने कहा।
डिटेक्टरों की संवेदनशीलता में वृद्धि करने वाली प्रगति के लिए धन्यवाद, नया सिग्नल भी बहुत स्पष्ट था। श्री टिसिनो के अनुसार, इन प्रगतियों में कम लेजर शोर, स्वच्छ दर्पण सतहें और कम माप अनिश्चितता शामिल हैं।
अब तक पाए गए सबसे स्पष्ट गुरुत्वाकर्षण संकेत के रूप में, GW250114 ने शोधकर्ताओं को मौलिक भौतिकी के बारे में महत्वपूर्ण निष्कर्ष निकालने की अनुमति दी। विशेष रूप से, उन्होंने ब्लैक-होल क्षेत्र प्रमेय की तारीख तक का सबसे सम्मोहक अवलोकन संबंधी साक्ष्य प्रस्तुत करने के लिए विलय से उत्सर्जित गुरुत्वाकर्षण तरंगों की आवृत्तियों का विश्लेषण किया, जिसे स्टीफन हॉकिंग ने 1971 में प्रस्तावित किया था।
प्रमेय बताता है कि घटना क्षितिज के क्षेत्रों के योग का संदर्भ देते हुए, ब्लैक होल का कुल सतह क्षेत्र कभी भी कम नहीं होना चाहिए।
इस उद्देश्य के लिए, शोधकर्ताओं ने स्वतंत्र रूप से विलय के शुरुआती चरणों से संकेतों का विश्लेषण किया, जब ब्लैक होल अपेक्षाकृत दूर थे, और बाद के टकराव के चरण से, जब विलय किए गए ब्लैक होल एक इकाई में बस रहे थे।
“इन दो विश्लेषणों के साथ, हम शुरुआती दो ब्लैक होल के क्षेत्रों और टक्कर के बाद बचे अवशेषों को निकाल सकते हैं, और सीधे उनकी तुलना करके पुष्टि कर सकते हैं कि भविष्यवाणी के अनुसार वृद्धि हुई थी,” श्री टिसिनो ने कहा।
लिविंगस्टन, यूएसए के पास LIGO डिटेक्टर साइट का एक हवाई दृश्य। | फोटो साभार: एलआईजीओ प्रयोगशाला/रॉयटर्स
बढ़ती सूची
विलय के बाद, शोधकर्ताओं ने नए ब्लैक होल के कंपन को भी ‘सुना’ और बजने के दो अलग-अलग तरीकों की पहचान की। इन आवृत्तियों ने संकेत दिया कि परिणामी ब्लैक होल एक घूमते हुए ब्लैक होल की तरह व्यवहार करता है। ऐसे ब्लैक होल से विशिष्ट आवृत्तियों पर गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्सर्जित होने की उम्मीद की जाती है और इन तरंगों के एक निश्चित दर पर क्षीण होने की उम्मीद की जाती है।
परिणामस्वरूप, नया अध्ययन उस समाधान को अनुभवजन्य रूप से सत्यापित करने में भी सक्षम था जिसे न्यूजीलैंड के गणितज्ञ रॉय केर ने 1963 में घूमने वाले ब्लैक होल के लिए प्रस्तावित किया था।
श्री टिसिनो ने कहा कि GW250114 जैसे संकेतों के लिए, त्रुटि के मुख्य स्रोत अच्छी तरह से समझे जाते हैं और उन्हें नियंत्रित किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने विलय से पहले और बाद के समय के विभिन्न बिंदुओं से सावधानीपूर्वक डेटा का चयन किया और विभिन्न धारणाओं का परीक्षण किया, जैसे कि ब्लैक होल की कक्षाएँ गोलाकार थीं या विलक्षण। इस प्रक्रिया में, उन्होंने डिटेक्टरों के अंशांकन में संभावित समस्याओं की जाँच की और पुष्टि की कि उन्होंने उनके विश्लेषण को प्रभावित नहीं किया है।
विलीन हो रहे ब्लैक होल का निरंतर पता लगाने से खगोल भौतिकीविदों को एक लगातार बढ़ती हुई सूची बनाने में मदद मिल रही है जो उन्हें ब्लैक होल के निर्माण के बारे में उनकी समझ को बेहतर बनाने और अधिक से अधिक जटिल भविष्यवाणियों का परीक्षण करने में मदद कर रही है।
जैसा कि लेखकों ने अपने पेपर में लिखा है, “गुरुत्वाकर्षण-तरंग संकेत GW250114 गुरुत्वाकर्षण-तरंग विज्ञान के एक दशक लंबे इतिहास में एक मील का पत्थर है। …गुरुत्वाकर्षण-तरंग विज्ञान का अगला दशक इन अत्यधिक गतिशील, सापेक्षतावादी प्रणालियों के बारे में हमारे दृष्टिकोण को बढ़ाने के लिए बाध्य है।”
श्रीजया कारंथा एक स्वतंत्र विज्ञान लेखिका हैं।
