टूटते तारे के अंदर एक मिनी बिग-बैंग: ब्लैक होल नहीं, 'ग्रैवास्टार' कैसे बनता है

फ्रैंकफर्ट की गोएथे यूनिवर्सिटी में एक ऐतिहासिक सैद्धांतिक खोज में, भौतिकविदों डेनियल जैम्पोल्स्की और लुसियानो रेज़ोला ने आइंस्टीन के क्षेत्र समीकरणों का एक ऐसा गतिशील हल प्रकाशित किया है, जो बताता है कि किसी तारे के ढहने पर केवल ब्लैक होल ही नहीं बनता। उनके अनुसार, इस प्रक्रिया में 'ग्रैवास्टार' (Gravastar - गुरुत्वीय निर्वात तारा) नामक एक विचित्र खगोलीय पिंड बन सकता है—एक ऐसा सघन पिंड जिसके अंदर डार्क एनर्जी का एक कोर होता है, जिसमें न तो अनंत घनत्व वाली सिंगुलैरिटी (विलक्षणता) पाई जाती है और न ही वापसी का रास्ता बंद करने वाला इवेंट होराइजन।

उनका यह कार्य, जो पहली बार ग्रैवास्टार के निर्माण को मानक सामान्य सापेक्षता के अंदर एक समय-निर्भर प्रक्रिया के रूप में दर्शाता है, इस संभावना को जन्म देता है कि एक मरता हुआ विशाल तारा अपने अंदर एक छोटे, फैलते हुए ब्रह्मांड को जन्म दे सकता है, जो गुरुत्वीय पतन का प्रतिकार करता है।

ब्लैक होल का विकल्प: आखिर ग्रैवास्टार क्या है?

ग्रैवास्टार (गुरुत्वीय निर्वात तारा) एक काल्पनिक सघन पिंड है, जिसे पहली बार 2000 के दशक की शुरुआत में ब्लैक होल से जुड़ी समस्याओं के समाधान के रूप में प्रस्तावित किया गया था। ब्लैक होल के विपरीत, ग्रैवास्टार में कोई केंद्रीय सिंगुलैरिटी नहीं बनती जहाँ भौतिकी के नियम टूट जाते हैं। साथ ही, इसकी एक भौतिक सतह होती है, न कि इवेंट होराइजन जैसी एकतरफा सीमा जिसके पार सारी सूचनाएँ खो जाती हैं। इसकी आंतरिक संरचना एक 'डी-सिटर क्षेत्र' से बनी होती है—यह निर्वात की एक अजीबोगरीब अवस्था है जिसमें ऋणात्मक दबाव होता है, लगभग डार्क एनर्जी की तरह, जो भीतर से बाहर की ओर धक्का देती है और किसी भी तरह के और पतन को रोक देती है। बाहर से देखने पर, एक ग्रैवास्टार अपने समान द्रव्यमान वाले ब्लैक होल से बिल्कुल अलग नहीं दिखेगा—इसे विज्ञान की भाषा में 'ब्लैक-होल मिमिकर' यानी ब्लैक होल का नकलची कहा गया है।

निर्माण की प्रक्रिया: एक तारे के भीतर बिग-बैंग

गुरुत्वीय पतन का मानक मॉडल 'ओपेनहाइमर-स्नाइडर डस्ट कोलैप्स' है, जो बताता है कि किस प्रकार दबावहीन पदार्थ का एक समरूप गोला अपने ही गुरुत्व के कारण सिकुड़कर ब्लैक होल सिंगुलैरिटी में बदल जाता है। जैम्पोल्स्की और रेज़ोला का नया हल इसी शुरुआती बिंदु का उपयोग करता है लेकिन एक महत्वपूर्ण मोड़ पेश करता है: जैसे-जैसे पतन के दौरान घनत्व बढ़ता है, तारे के अंदर का क्वांटम निर्वात एक अचानक 'फेज ट्रांजिशन' या चरण-परिवर्तन से गुज़रता है।

यह चरण-परिवर्तन ढहते तारे के केंद्र में एक शून्य आकार के 'डी-सिटर स्पेस-टाइम' के एक सूक्ष्म क्षेत्र को जन्म देता है। फिर यह क्षेत्र डार्क एनर्जी के प्रभाव में, एक लघु बिग-बैंग की तरह, बहुत तेज़ी से फैलने लगता है। यह विस्तार धीरे-धीरे 'श्वार्जशील्ड त्रिज्या'—वह दूरी जहाँ ब्लैक होल का इवेंट होराइजन सामान्यतः बनता—के नज़दीक पहुँचकर स्वाभाविक रूप से धीमा हो जाता है और वहीं स्थिर होकर एक भौतिक सतह का निर्माण करता है।

इस प्रक्रिया के अंत में जो चीज़ बनती है, उसकी तीन खास पहचान हैं:

• कोई सिंगुलैरिटी नहीं — अनंत घनत्व का बिंदु बनने से काफ़ी पहले ही पतन रुक जाता है।
• कोई इवेंट होराइजन नहीं — इस पिंड की एक वास्तविक, भौतिक सीमा होती है, न कि कोई एकतरफा झिल्ली।
• ब्लैक होल जैसा बाहरी भाग — बाहर खड़ा कोई भी प्रेक्षक इसके गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र को बिल्कुल उसी द्रव्यमान वाले ब्लैक होल जैसा ही मापेगा।

गौर करने वाली बात यह है कि इस पूरी प्रक्रिया के लिए आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत में किसी तरह के संशोधन की ज़रूरत नहीं है। यह केवल मानक पतन परिदृश्य और क्वांटम निर्वात में होने वाले एक चरण-परिवर्तन पर निर्भर करता है—एक ऐसी अवधारणा जिस पर क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में पहले से ही अध्ययन हो रहा है।

नया गतिशील हल पहली बार क्या साबित करता है

इस काम से पहले, ग्रैवास्टार के सभी हल या तो स्थिर (स्टैटिक) अवस्था के लिए थे या फिर एक संतुलन मानकर चलते थे। जैम्पोल्स्की और रेज़ोला का मॉडल पहली बार यह दर्शाता है कि एक ग्रैवास्टार किसी यथार्थवादी पतन की प्रक्रिया से गतिशील रूप (dynamically) से बिना किसी कृत्रिम सेटिंग या अलग-अलग स्पेस-टाइम क्षेत्रों को जोड़े बना सकता है।

यह समाधान साबित करता है कि:

• निर्माण मानक सामान्य सापेक्षता के दायरे में ही होता है, बिना किसी अतिरिक्त क्षेत्र या संशोधित गुरुत्व के।
• एक क्रांतिक घनत्व पर निर्वात में चरण-परिवर्तन ही एकमात्र ट्रिगर है, जो गुरुत्वीय पतन को विस्तार में बदल देता है।
• डी-सिटर कोर का विस्तार होता है और स्वाभाविक रूप से श्वार्जशील्ड त्रिज्या के पास रुककर एक स्थायी सीमा परत बनाता है।
• इसका परिणाम एक क्षितिज-रहित, गैर-एकवचनीय सघन पिंड है जो ब्लैक होल के एक विकल्प के रूप में बुनियादी सुसंगतता जाँच में खरा उतरता है।

खगोलभौतिकी और मूलभूत भौतिकी के लिए बड़े मायने

अगर ग्रैवास्टार वास्तव में मौजूद होते हैं, तो वे तारों की मृत्यु को समझने के हमारे नज़रिए को बदल सकते हैं और सैद्धांतिक भौतिकी की दो सबसे पेचीदा उलझनों को सुलझा सकते हैं।

सिंगुलैरिटी और सूचना-क्षय की समस्या का हल

ब्लैक होल एक विलक्षणता (सिंगुलैरिटी) की भविष्यवाणी करता है—एक ऐसा बिंदु जहाँ भौतिकी के सारे ज्ञात नियम ध्वस्त हो जाते हैं। इसके अलावा, वे 'ब्लैक होल सूचना विरोधाभास' (ब्लैक होल इनफार्मेशन पैराडॉक्स) भी पैदा करते हैं: ब्लैक होल में गिरने वाली क्वांटम सूचना ब्रह्मांड से गायब होती प्रतीत होती है, जो क्वांटम यांत्रिकी के इकाई-नियम (यूनिटैरिटी) का उल्लंघन है। ग्रैवास्टार इन दोनों मुद्दों का हल प्रस्तुत करता है। चूँकि कोई सिंगुलैरिटी नहीं बनती, भौतिकी हर जगह सुचारू रूप से काम करती रहती है। और क्योंकि कोई इवेंट होराइजन नहीं है, सूचना सिद्धांततः वापस बाहरी ब्रह्मांड में आ सकती है।

प्रेक्षणीय रूप से बिल्कुल समान—फिलहाल के लिए

यहाँ एक बड़ी बाधा यह है कि ग्रैवास्टार और ब्लैक होल आज की दूरबीनों को एक जैसे ही दिखते हैं। गुरुत्वीय क्षेत्र, 'छाया', और यहाँ तक कि अधिकांश विद्युत-चुंबकीय उत्सर्जन भी एक समान होंगे। इन्हें अलग बताने के लिए सतह के बेहद करीब के क्षेत्र की अत्यंत सटीक माप की आवश्यकता होगी, जैसे कि इवेंट होराइजन टेलिस्कोप द्वारा खींची गई ब्लैक होल की छाया या गुरुत्वीय तरंगों के 'रिंगडाउन' संकेत।

गुरुत्वीय तरंगों की 'गूँज'—एक संभावित अहम सुराग

जब दो सघन खगोलीय पिंड आपस में मिलते हैं और एक अंतिम स्थिर अवस्था में आते हैं, तो वे गुरुत्वीय-तरंग 'रिंगडाउन' संकेत छोड़ते हैं। एक ब्लैक होल का इवेंट होराइजन इन संकेतों को साफ-साफ निगल लेता है, लेकिन एक ग्रैवास्टार की भौतिक सतह कुछ तरंगों को परावर्तित कर सकती है, जिससे गौण 'गूँज' (एको) स्पंदनें उत्पन्न होती हैं। भविष्य के उन्नत डिटेक्टर, जैसे आइंस्टीन टेलिस्कोप (Einstein Telescope) या लीसा (LISA), संभवतः इन गूँजों को पकड़कर ग्रैवास्टार और ब्लैक होल के बीच अंतर कर सकते हैं।

नेस्टेड ग्रैवास्टार: मैट्रियोश्का ब्रह्मांड

पहले के एक काम में, फ्रैंकफर्ट के इसी समूह ने दिखाया था कि ग्रैवास्टार के हलों को रूसी मैट्रियोश्का गुड़ियों की तरह एक-दूसरे के अंदर पिरोया जा सकता है—जिसे 'नेस्टार' (nestar - नेस्टेड स्टार से) नाम दिया गया। प्रत्येक परत डी-सिटर और श्वार्जशील्ड क्षेत्रों के बीच एक के बाद एक बनती जाएगी, जो संभावित रूप से फैलते हुए लघु-ब्रह्मांडों की एक श्रेणीबद्ध श्रृंखला बना सकती है।

प्रमुख चेतावनियाँ और अनसुलझे सवाल

इस हल की सुंदरता के बावजूद, ग्रैवास्टार अभी भी एक काल्पनिक अवधारणा है जिसके साथ कई महत्वपूर्ण अनसुलझे मुद्दे जुड़े हैं।

• कोई प्रेक्षणीय साक्ष्य नहीं। आज तक किसी ग्रैवास्टार का पता नहीं चला है, और मौजूदा उपकरण न तो इनकी पुष्टि कर सकते हैं और न ही इन्हें खारिज कर सकते हैं।
• स्थायित्व अप्रमाणित है। गतिशील मॉडल दर्शाता है कि सरलीकृत परिस्थितियों में निर्माण संभव है, लेकिन इसकी कोई गारंटी नहीं है कि एक ग्रैवास्टार अरबों वर्षों तक गड़बड़ियों, पदार्थ के जमावड़े, या विलय की घटनाओं के खिलाफ टिक सकता है या नहीं।
• चरण-परिवर्तन केवल परिकल्पित है, न कि व्युत्पन्न। हल यह मानता है कि निर्वात में एक चरण-परिवर्तन सही समय पर होता है। ऐसा परिवर्तन प्रकृति में होता है या नहीं, यह प्रबल-गुरुत्व व्यवस्था में क्वांटम निर्वात की अज्ञात संरचना पर निर्भर है।
• सरलीकृत प्रारंभिक शर्तें। यह मॉडल एक समरूप 'डस्ट स्फीयर' से शुरू होता है। वास्तविक तारों के कोर घूम रहे होते हैं, उनमें चुंबकीय क्षेत्र होते हैं, उनकी जटिल अवस्था-समीकरण होती हैं, और वे असममित होते हैं—ये सभी कारक प्रस्तावित चरण-परिवर्तन को रोक या बदल सकते हैं।
• कोई पूर्ण क्वांटम गुरुत्व उपचार नहीं। जबकि शास्त्रीय सामान्य सापेक्षता की गतिशीलता सुसंगत है, चरण-परिवर्तन के पूर्ण विवरण के लिए क्वांटम गुरुत्व के एक कार्यशील सिद्धांत की ज़रूरत होगी, जो फिलहाल उपलब्ध नहीं है।

फिलहाल के लिए, ग्रैवास्टार तारकीय पतन के एक गणितीय रूप से कठोर, क्षितिज-रहित अंतिम बिंदु की पेशकश करते हैं जो सामान्य सापेक्षता को छोड़े बिना ही ब्लैक होल के विरोधाभासों को हल करता है। अब यह देखना अगली पीढ़ी की वेधशालाओं का काम है कि क्या ब्रह्मांड सचमुच इन्हें रचता है।