JWST ने प्रारंभिक ब्रह्मांड की एक आकाशगंगा में तीन सुपरमैसिव ब्लैक होल खोजे

पहली बार, खगोलविदों ने प्रारंभिक ब्रह्मांड में एक ऐसी आकाशगंगा खोजी है जो एक नहीं, दो नहीं, बल्कि तीन सक्रिय रूप से भोजन करने वाले सुपरमैसिव ब्लैक होल की मेजबानी करती है। जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) का उपयोग करके की गई यह खोज इस बात की पुष्टि करती है कि बिग बैंग के मात्र 1.2 अरब वर्ष बाद एक ही आकाशगंगा में कई विशाल ब्लैक होल सह-अस्तित्व में रह सकते हैं और एक साथ विकसित हो सकते हैं। इन निष्कर्षों का इस बात पर बड़ा प्रभाव पड़ता है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में ब्लैक होल इतनी तेज़ी से कैसे बढ़े और विलय करने वाले ब्लैक होल से गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के भविष्य के प्रयासों के लिए भी यह महत्वपूर्ण है।

JWST ने तिहरा ब्लैक होल सिस्टम का कैसे पता लगाया

J0148-4214 नामक आकाशगंगा, जो रेडशिफ्ट z≈5 पर देखी गई है, का अवलोकन JWST के NIRSpec इंटीग्रल फील्ड यूनिट (IFU) स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके किया गया । शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट वर्णक्रमीय हस्ताक्षर के माध्यम से ब्लैक होल की पहचान की: व्यापक Hα उत्सर्जन रेखाएं जिनकी पूर्ण चौड़ाई 430 से 2,920 किमी/सेकंड तक होती है, जो चमकीले [O III] डबलट में कोई निषिद्ध-रेखा समकक्ष नहीं दिखाती हैं । यह पैटर्न अभिवृद्धि करने वाले ब्लैक होल का एक स्पष्ट संकेतक है - पदार्थ घटना क्षितिज के पास उच्च गति से गिरता है जो व्यापक उत्सर्जन उत्पन्न करता है, जबकि निषिद्ध रेखाओं की अनुपस्थिति सुपरनोवा, शॉक, हवाओं या विशाल सितारों को स्रोत के रूप में खारिज कर देती है ।

टीम ने आकाशगंगा केंद्र में दो स्थानिक रूप से अलग ब्रॉड-लाइन क्षेत्रों (BLRs) को अलग करने के लिए असममित केंद्रीय Hα प्रोफाइल के चैनल मानचित्रों का उपयोग किया, जो 190±40 पारसेक (लगभग 620 प्रकाश वर्ष) से अलग हैं। एक तीसरा BLR आकाशगंगा के बाहरी क्षेत्र में 1.7 किलोपारसेक (लगभग 5,500 प्रकाश वर्ष) की प्रक्षेपित दूरी पर पाया गया ।

तीन ब्लैक होल: द्रव्यमान और स्थान

एकल-युग वायरियल संबंधों का उपयोग करके, खगोलविदों ने तीन ब्लैक होल के द्रव्यमान का अनुमान लगाया:

• प्राथमिक केंद्रीय ब्लैक होल: log(M☉) = 7.9 ± 0.4, या लगभग 8 करोड़ सौर द्रव्यमान
• द्वितीयक केंद्रीय ब्लैक होल: log(M☉) = 5.8 ± 0.5, या लगभग 6 लाख सौर द्रव्यमान
• बाहरी ब्लैक होल: log(M☉) = 6.3 ± 0.4, या लगभग 20 लाख सौर द्रव्यमान

अध्ययन के लेखकों ने जोर देकर कहा कि इन द्रव्यमान अनुमानों में काफी अनिश्चितताएं हैं - मुख्य परिणाम तीन सक्रिय विशाल ब्लैक होल की खोज है, न कि सटीक द्रव्यमान मान ।

दो ब्लैक होल आकाशगंगा केंद्र में एक-दूसरे के करीब स्थित हैं, जो प्रक्षेपण में केवल 620 प्रकाश वर्ष दूर हैं। तीसरा ब्लैक होल आकाशगंगा के बाहरी क्षेत्र में, केंद्र से लगभग 5,500 प्रकाश वर्ष दूर स्थित है ।

प्रारंभिक ब्रह्मांड में विकास और ब्लैक होल विलय का मार्ग

J0148-4214 एक अनूठी खिड़की प्रदान करता है कि कैसे सुपरमैसिव ब्लैक होल प्रारंभिक ब्रह्मांड में इतनी तेज़ी से बढ़े। यह सिस्टम बताता है कि विलय और अंतःक्रियाएं बड़े पैमाने पर ब्लैक होल को एक साथ लाने में कुशल थीं, जो उनके तीव्र विकास के लिए एक तेज़ मार्ग प्रदान करती हैं । यह पहला सबूत है कि तिहरा ब्लैक होल सिस्टम ब्रह्मांडीय इतिहास के पहले 1.2 अरब वर्षों के भीतर मौजूद थे।

दो केंद्रीय ब्लैक होल, जो केवल 620 प्रकाश वर्ष दूर हैं, अंततः विलय होने की उम्मीद है। यह करीबी जोड़ी उन विशाल ब्लैक होल विलयों के लिए मंच तैयार करती है जिनका पता लगाने के लिए भविष्य की गुरुत्वाकर्षण तरंग वेधशालाएं - जैसे लेजर इंटरफेरोमीटर स्पेस एंटीना (LISA) - डिज़ाइन की गई हैं। यह खोज प्रदर्शित करती है कि ऐसे करीबी जोड़े पहले से ज्ञात की तुलना में बहुत पहले मौजूद थे ।

"यह दूर के ब्रह्मांड में एक ही आकाशगंगा में तीन सक्रिय ब्लैक होल का पहला प्रमाण है," हन्ना यूब्लर ने कहा, जो मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एक्स्ट्राटेरेस्ट्रियल फिजिक्स में शोध समूह नेता और अध्ययन की मुख्य लेखिका हैं ।

गुरुत्वाकर्षण तरंग खगोल विज्ञान के लिए इसका क्या अर्थ है

J0148-4214 में दो केंद्रीय ब्लैक होल केवल कुछ सौ पारसेक दूर हैं, जिसका अर्थ है कि वे गुरुत्वाकर्षण रूप से बंधे हैं और टकराव के रास्ते पर हैं। जब वे अंततः विलय करेंगे, तो वे अंतरिक्ष-आधारित वेधशालाओं जैसे LISA द्वारा पता लगाने योग्य गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न करेंगे, जिसे विशाल ब्लैक होल के विलय का निरीक्षण करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह खोज दर्शाती है कि ऐसे करीबी जोड़े पहले से ज्ञात ब्रह्मांडीय इतिहास की तुलना में बहुत पहले मौजूद थे, जो गुरुत्वाकर्षण तरंग खगोलविदों को एक स्पष्ट लक्ष्य देते हैं और पुष्टि करते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्मांड ब्लैक होल विलय के लिए एक व्यस्त वातावरण था ।

यह खोज क्यों महत्वपूर्ण है

• अपनी तरह का पहला: प्रारंभिक ब्रह्मांड में किसी भी आकाशगंगा में तीन सक्रिय रूप से अभिवृद्धि करने वाले सुपरमैसिव ब्लैक होल की पुष्टि पहले कभी नहीं हुई थी।
• तीव्र विकास: यह सिस्टम बताता है कि आकाशगंगा विलय और अंतःक्रियाएं ब्लैक होल को एक साथ लाने में कुशल थीं, यह समझाते हुए कि बिग बैंग के बाद वे इतनी तेज़ी से कैसे बढ़ सकते थे।
• गुरुत्वाकर्षण तरंग अग्रदूत: करीबी केंद्रीय जोड़ी एक संभावित भविष्य का ब्लैक होल विलय है, जो LISA द्वारा पता लगाई जाने वाली घटनाओं के अध्ययन के लिए एक प्राकृतिक प्रयोगशाला प्रदान करती है।
• JWST की अद्वितीय क्षमता: यह पहचान केवल JWST के स्थानिक रूप से हल किए गए स्पेक्ट्रोस्कोपी के कारण संभव हो पाई, जो दूरस्थ, मंद आकाशगंगाओं में कई सक्रिय नाभिकों को अलग कर सकता है ।

ये निष्कर्ष arXiv.org पर "BlackTHUNDER: evidence for three massive black holes in a z~5 galaxy" शीर्षक के तहत एक प्रीप्रिंट में प्रकाशित हुए हैं ।

आगे क्या होगा

खगोलविद सिस्टम की गतिशीलता का अधिक विस्तार से अध्ययन करने और अन्य प्रारंभिक-ब्रह्मांड क्षेत्रों में समान तिहरा ब्लैक होल आकाशगंगाओं की खोज करने के लिए अतिरिक्त JWST अवलोकनों के साथ पालन करने की योजना बना रहे हैं। यह खोज यह समझने में एक नया अध्याय खोलती है कि ब्रह्मांड में सबसे विशाल वस्तुएं कैसे अस्तित्व में आईं - और वे विलय के माध्यम से ब्रह्मांड को आकार देना कैसे जारी रखती हैं।