अंतराळातील मेजवानी: एक न्यूट्रॉन तारा बनला एका कृष्णविवराचे भक्ष्य विषाका रंजन आणि प्रेक्षा सेठिया

आपले विश्व हे अत्यंत गूढ आणि चित्तवेधक घटकांनी बनलेले आहे - ज्यात सर्वात प्रेक्षणीय घटक आहेत: तारे. हे तारे आकार आणि प्रखरतेच्या बाबतीत वैविध्यपूर्ण असतात: अगदी तांबड्या बटूपासून ते अवाढव्य लखलखीत महाकाय ताऱ्यांपर्यंत! विरोधाभास रेखित करणारी बाब म्हणजे, लहान तारे हे मोठ्या ताऱ्यांच्या तुलनेत अधिक स्थिर असतात आणि दीर्घायुष्य लाभलेले असतात. अश्या ताऱ्यांच्या गर्भातील हायड्रोजन त्यांच्या महाकाय भावंडे असणाऱ्या ताऱ्यांच्या तुलनेत अधिक काळ आणि हळुवार वेगात जळत राहतो. हयामुळे, जितका महाकाय तारा तितका त्याच्या गाभ्यातील हायड्रोजन संपुष्टात येण्याचा कालावधी कमी! सूर्याच्या वस्तुमानाच्या ४ ते ८ पट वस्तुमान असणारे असे तारे स्वतःच्या गाभ्यातील गुरुत्वाकर्षण आकर्षण वाढल्याने बाह्यकवचातील विविध वायूंचे विघटन होऊन स्वतःच्याच केंद्रात कोसळतात, अश्या अंतराळातील स्फोटांच्या घटनांना ‘सुपरनोवा’ म्हणून संबोधले जाते.

तसेच इतर अवाढव्य तारे- ज्यांचे वस्तुमान सूर्याच्या वस्तुमानाच्या १०० ते २०० पट असते, हे त्यांचा गाभा अतिघन घटकात बदलेपर्यंत स्वकेंद्रात कोसळत राहतात. अश्या प्रक्रियांतून (सूर्याच्या वस्तुमानाशी मिळत्याजुळत्या) कृष्णविवरांची निर्मिती होते. कधीकधी अश्या उर्वरित ताऱ्यांपासून न्यूट्रॉन ताऱ्यांचीसुद्धा निर्मिती होते. विश्वातील ह्या अजब राक्षसांमुळे अनेक कमालीच्या गूढ गोष्टींची निर्मिती होते.

अलीकडच्या काळात, अश्याच एका अजब प्रकियेची प्रचिती शास्त्रद्यांना आली: जेथे जणू दोन अतिघन घटकांच्या नृत्याची जुगलबंदीच पाहायला मिळाली, जेथे सूर्याच्या वस्तुमानापेक्षा थोड्या अधिक वस्तुमानाचा न्यूट्रॉन तारा (ज्याचे आकारमान अंदाजे दिल्ली शहराइतके असावे) एका कृष्णविवराचे भक्ष्य बनला. अश्या न्यूट्रॉन ताऱ्यांची घनता इतकी अधिक असते कि त्यांच्या एक चमचाभर जिन्नसाचे वस्तुमान देखील पृथ्वीवर सुमारे अब्जावधी टनभर मोजले जाईल! The Astrophysical Journal Letters मध्ये प्रकाशित झालेल्या शोधनिबंधात अश्या अवजड घटकांच्या विलीनीकरणातून अवकाश आणि काळ (space-time) यांच्या पटलात कशी आवर्तने निर्माण होतात ह्याबद्दलचा अभ्यास पाहायला मिळतो.

शास्त्रद्यांनी अभ्यासले कि कृष्णविवराचे वस्तुमान काळानुसार घटत जाणे असंभव आहे. ह्या महत्वाच्या शोधानंतर अगदी एका आठवड्यात आपल्याला कृष्णविवर आणि न्यूट्रॉन ताऱ्याचे हे विलीनीकरण पाहायला मिळाले. दोन न्यूट्रॉन ताऱ्यांच्या दोन कृष्णविवरांशी झालेल्या टाकारावामुळे निर्माण झालेल्या गुरुत्वाकर्षण लहरींचे निरीक्षण करण्यात आले. एका कृष्णविवरा ऐवजी दोन कृष्णविवरे असल्याचे शास्त्रज्ञांनी पडताळून पहिले आहे. कृष्णविवराने उपभोगलेली न्यूट्रॉन ताऱ्याची ही मेजवानी सुमारे १ अब्ज वर्षांपूर्वी उत्पन्न झाली. परंतु अश्या महाकाय टकरावातून निर्मिलेल्या गुरुत्वाकर्षण लहरी पृथ्वीपर्यंत आता येऊन पोहोचल्या ज्यामुळे निरीक्षक उपकरणांत ह्या लहरींची नोंद झाली.

अवकाशात दोन अपरिचित घटकांची भेट होते तेव्हा काय होते?

LIGO निरीक्षक उपकरणांच्या २०१६ पासूनच्या पहिल्या शोधानंतर शास्त्रद्यांना अनेकदा कृष्णविवरांच्या जोड्यांतील विलीनीकरण आणि न्यूट्रॉन ताऱ्यांच्या टकरावांची नोंद करता आली आहे. पण ह्यापूर्वी कधी दोन भिन्न प्रकारच्या महाकाय खगोलीय घटकांची अशी जुगलबंदी टिपण्यात आली नव्हती. अश्या घटनांना 'संमिश्र टकराव' (hybrid collisions) म्हणून संबोधण्यात येते.

५ जानेवारी २०२० रोजी अमेरिका-स्थित LIGO उपकरणांनी पहिल्या अश्या विलीनीकरणाचा शोध लावला (अर्थात GW20010105). सूर्याच्या वस्तुमानाच्या तब्बल ९ पट वस्तुमान असणाऱ्या कृष्णविवराने सूर्याच्या वस्तुमानाच्या दुप्पट वस्तुमानाचा न्यूट्रॉन ताऱ्याला गिळंकृत केले होते. ह्या महाकाय टक्करीतून निर्माण झालेल्या गुरुत्वाकर्षण लहरी पृथ्वीपर्यंत पोहोचण्यात तब्बल ९०० दशलक्ष वर्षे उलटली!

१० दिवसानंतर GW200115 च्या निमित्ताने अजून एक निराळे विलीनीकरण LIGO आणि VIRGO निरीक्षक उपकरणांनी नोंदविले, जेथे कृष्णविवराचे वस्तुमान सूर्याच्या वस्तुमानाच्या सुमारे सहा पट होते आणि अश्या कृष्णविवराने एका न्यूट्रॉन ताऱ्याला (ज्याचे वस्तुमान सूर्याच्या वस्तुमानाच्या सुमारे १.५ पट असावे) स्वतःत विलीन करून घेतले. ही घटना सुमारे १ अब्जावधी प्रकाशवर्षे दूर घडली.

२०१७ मध्ये LIGO निरीक्षक उपकरणांनी एक अतिशय शक्तिशाली विलीनीकरण टिपले. ह्या शोधातील न्यूट्रॉन ताऱ्यांचे विलीनीकरण पृथ्वीपासून तब्बल १३० प्रकाशवर्षे दूर अवतरले. ह्या विलीनीकरणाची पुष्टी पृथ्वीवरील तसेच अवकाशातील अनेक निरीक्षक दुर्बिणींनी अतिरिक्त निरीक्षणे टिपून केली. परंतु ह्या वेळी (२०२० च्या लहरींबाबतीत), कोणत्याही इतर दुर्बिणींत अशी नोंद टिपली गेली नाही. इतक्या दूर घडलेल्या ह्या घटनेपासून उत्सर्जित झालेल्या प्रकाश लहरी पृथ्वीपर्यंत पोहोचेपर्यंत अतिशय अंधुक होऊ शकतात, ज्या अतिविकसित वैज्ञानिक दुर्बिणींना टिपणेही कित्येक वेळा अतिशय अवघड ठरते.

अनेक वैज्ञानिक अंदांजांनुसार, दर ३० सेकंदांमध्ये दृश्य विश्वाच्या एखाद्या कानाकोपऱ्यात एक कृष्णविवर एका न्यूट्रॉन ताऱ्याला आपले भक्ष्य बनवते. तसेच, महिन्यातून एकदा अशी घटना आपल्यापासून सुमारे १ अब्ज प्रकाशवर्षाच्या आवाक्यात घडते.

निरीक्षक उपकरणांच्या अधिकाधिक तांत्रिकी विकासानुसार अधिकाधिक गूढ घटनांची उकल

गुरुत्वाकर्षण लहरींचे निरीक्षण करणारी उपकरणे मूलतः "L" आकाराच्या ३ किलोमीटर लांब नळ्या आहेत ज्यांतून लेसर किरणे प्रवास करतात. जेव्हा ह्या नलिकांना गुरुत्वाकर्षण लहरी स्पंदित करतात, तेव्हा त्यांतून प्रवास करणाऱ्या लेसर लहरींचा मार्ग (अवकाश आणि वेळेच्या पटलात निर्माण झालेल्या स्पंदनांमार्फत) बदलला जातो. निरीक्षक उपकरणांच्या अतिसंवेदनशील तंत्रज्ञानामार्फत हा (रेणूच्या आकारमानापेक्षाही कित्येक पट सूक्ष्म असा) बदल टिपला जातो.

आतापर्यंत आपण अमेरिका-स्थित LIGO आणि युरोप-स्थित VIRGO निरीक्षक उपकरणांमार्फत कित्येक कृष्णविवरे आणि न्यूट्रॉन ताऱ्यांमधील विलीनीकरणे अभ्यासली आहेत, परंतु येत्या काळात २०२२ पर्यंत योजल्या गेलेल्या तांत्रिकी विकासानंतर हे चित्र कित्येक पटींनी अधिकच रंगून जाईल. तसेच येत्या दशकात LIGO-इंडिया ची भर पडल्याने संक्रमित- असंक्रमित अश्या कित्येक शेकडो- हजारो विलीनीकरणांचा अभ्यास करणे आपल्याला शक्य होईल.

अशापद्धतीने विश्वातील अतिगूढ तथा रंजक अश्या विलीनीकरणांचा अभ्यास करत राहण्यासाठी आपण अतिशय उत्साहित आहोत.

अतिरिक्त माहिती

1. “Observation of Gravitational Waves from Two Neutron Star–Black Hole Coalescences”, R. Abbott et al., Astrophysical Journal Letters 915 (2021) L5
2. “A Black Hole Feasted on a Neutron Star. 10 Days Later, It Happened Again”, The New York Times, June 29, 2021

To read the article in English: https://www.ligo-india.in/blog31/