S301 की अविश्वसनीय कक्षा से खुलेगा हमारी आकाशगंगा के ब्लैक होल का राज

मिल्की वे के केंद्र में मौजूद महाविशाल ब्लैक होल Sagittarius A* (Sgr A*) के इर्द-गिर्द एक बेहद धुंधला तारा ऐसी कक्षा में मिला है, जो अब तक देखी गई तारकीय कक्षाओं में सबसे तंग और सबसे तेज़ है। इस तारे का नाम S301 रखा गया है।

निकटतम पहुंच के समय S301 की गति करीब 25,000 किलोमीटर प्रति सेकंड तक पहुंच सकती है—यानी प्रकाश की गति की लगभग 8%। उस समय यह Sagittarius A* से पृथ्वी और सूर्य के बीच की दूरी के करीब 12 गुना फासले पर होगा।

S301 की अहमियत केवल इसकी रिकॉर्ड गति में नहीं है। इसका असली महत्व इस बात में है कि यह ब्लैक होल के बहुत करीब से गुजरता है। इसी वजह से इसकी कक्षा वैज्ञानिकों को Sagittarius A* के घूर्णन यानी spin को मापने और अत्यंत मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में सामान्य सापेक्षता की भविष्यवाणियों की जांच करने का मौका दे सकती है।

8.7 साल में पूरी होती है बेहद लंबी कक्षा

S301 एक अत्यधिक खिंची हुई, सुई जैसी अंडाकार कक्षा में घूमता है। इसे Sagittarius A* की एक परिक्रमा पूरी करने में करीब 8.7 साल लगते हैं। इस अंडाकार पथ के एक छोर के पास ब्लैक होल स्थित है, जहां तारा अपनी निकटतम पहुंच, या परिकेंद्र (pericenter), से गुजरता है।

इस बिंदु पर S301 और ब्लैक होल के बीच की अनुमानित दूरी करीब 12 खगोलीय इकाई (AU) है—लगभग सूर्य और शनि के बीच की दूरी जितनी। प्रकाशित कक्षा के मापों में यह दूरी करीब 280 गुरुत्वीय त्रिज्याओं के बराबर बताई गई है।

जैसे-जैसे S301 ब्लैक होल की ओर गिरता है, गुरुत्वाकर्षण उसे तेजी से खींचकर उसकी रफ्तार बढ़ाता है। अनुमानित अधिकतम गति करीब 25,000 किलोमीटर प्रति सेकंड है, जिससे यह मिल्की वे में देखा गया सबसे तेज़ ज्ञात तारा और Sagittarius A* का अब तक का सबसे करीब ज्ञात तारकीय ‘जांच-उपकरण’ बन जाता है।

यह तारा बहुत धुंधला भी है। इसका K-बैंड परिमाण करीब 19.3 बताया गया है। शोधकर्ताओं के अनुसार यह संभवतः मुख्य-अनुक्रम (main-sequence) का तारा है, लेकिन इसकी कम चमक के कारण इसके गुणों का सटीक अध्ययन करना कठिन है।

2023 में दिखा, फिर पुराने आंकड़ों में भी मिला

GRAVITY टीम ने S301 को 2023 के वसंत में यूरोपीय दक्षिणी वेधशाला (ESO) के Very Large Telescope Interferometer पर लगे GRAVITY उपकरण की मदद से खोजा। उस समय तारा Sagittarius A* के उत्तर-पश्चिम में करीब 15 मिलीआर्कसेकंड की दूरी पर दिखाई दिया। 2023 के अवलोकनों के दौरान वह बाहर की ओर बढ़ता हुआ नजर आया और उसकी गति तेज़ तथा थोड़ी मुड़ी हुई थी।

इन मापों से S301 की संभावित कक्षा का अनुमान लगाने के बाद वैज्ञानिकों ने पुराने GRAVITY अवलोकनों में उस जगह की तलाश की, जहां तारा पहले मौजूद होना चाहिए था। उन्हें S301 2021 के अभिलेखीय आंकड़ों में मिला और फिर 2017 के आंकड़ों में भी इसकी पहचान हो गई। इससे अवलोकन की समय-सीमा बढ़ी और कक्षा से जुड़ी व्याख्या को मजबूती मिली।

हालांकि यह कक्षा अभी प्रारंभिक है। वैज्ञानिकों के पास S301 के रेडियल वेग—यानी हमारी दृष्टि की दिशा में उसकी गति—का माप अभी नहीं है। भविष्य के अवलोकन इसकी त्रि-आयामी गति और कक्षीय मानकों को अधिक सटीक बनाने में मदद करेंगे।

ब्लैक होल का spin कैसे मापा जा सकता है?

घूमता हुआ ब्लैक होल केवल अपने आसपास की वस्तुओं को आकर्षित नहीं करता। सामान्य सापेक्षता के अनुसार उसका कोणीय संवेग आसपास के space-time को भी अपने साथ घुमाता है। इस प्रभाव को frame-dragging या Lense–Thirring precession कहा जाता है। किसी परिक्रमा कर रहे तारे के मामले में यह धीरे-धीरे उसकी कक्षा के तल की दिशा बदल सकता है।

यह प्रभाव दूरी बढ़ने के साथ तेजी से कमजोर होता जाता है। इसलिए S301 का छोटा परिकेंद्र इसे दूर की कक्षाओं में घूमने वाले तारों की तुलना में Sagittarius A* के spin के प्रति अधिक संवेदनशील बनाता है।

यदि वैज्ञानिक S301 की स्थिति को लगातार अत्यधिक सटीकता से मापते रहें, तो वे उसकी कक्षा में होने वाले छोटे-छोटे, समय के साथ जमा होने वाले बदलावों को खोज सकते हैं। इन बदलावों की तुलना उस स्थिति से की जा सकेगी जिसमें ब्लैक होल तेजी से घूम रहा हो या बिल्कुल न घूम रहा हो।

यह अभी हासिल हो चुका माप नहीं, बल्कि भविष्य की संभावना है। अनुमानित रूप से 2031 के अंत में S301 की अगली निकटतम पहुंच से पहले और उसके बाद करीब एक दशक तक इसकी सटीक निगरानी की जा सकती है। इससे पता चल सकता है कि इसकी संचित गति तेज़ी से घूमते या स्थिर Sagittarius A* में से किस मॉडल से मेल खाती है।

आगे चलकर ‘नो-हेयर’ प्रमेय की परीक्षा

S301 भविष्य में इससे भी कठिन परीक्षण का आधार बन सकता है—ब्लैक होल के quadrupole moment का मापन। यह बताता है कि spin, ब्लैक होल के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के आकार और संरचना को द्रव्यमान तथा spin के सरल प्रभावों से आगे किस तरह प्रभावित करता है।

सामान्य सापेक्षता के Kerr समाधान के अनुसार, किसी एकाकी ब्लैक होल के बाहर से मापे जा सकने वाले गुण उसके द्रव्यमान और spin से निर्धारित होने चाहिए। खगोलीय ब्लैक होल के मामले में विद्युत आवेश नगण्य माना जाता है। spin और quadrupole moment के बीच इस अनुमानित संबंध की जांच तथाकथित no-hair theorem का परीक्षण कर सकती है।

लेकिन quadrupole moment को मापना spin का पता लगाने से कहीं कठिन होगा। इसका संकेत बहुत छोटा हो सकता है और आकाशगंगा के केंद्र में मौजूद दूसरे तारों या अनदेखी compact objects के गुरुत्वीय प्रभावों से भ्रमित हो सकता है। इसलिए शोधकर्ता इसे निश्चित परिणाम नहीं, बल्कि लंबे समय का संभावित लक्ष्य मानते हैं।

अब वैज्ञानिक क्या करेंगे?

फिलहाल प्राथमिकता S301 की लगातार निगरानी करने और उसकी कक्षा के अनुमान को बेहतर बनाने की है। नए मापों से इसके रेडियल वेग का पता चल सकता है, निकटतम पहुंच का समय और दूरी अधिक सटीक हो सकती है, और सापेक्षतावादी प्रभावों को आसपास के तारों के गुरुत्वीय असर से अलग करना आसान होगा।

अगर अनुमानित कक्षा सही साबित होती है, तो S301 इस बात की असाधारण संवेदनशील परीक्षा बन सकता है कि महाविशाल ब्लैक होल किस तरह घूमता है और उसका spin आसपास के space-time को कैसे प्रभावित करता है। रिकॉर्ड गति इसकी सबसे आकर्षक सुर्खी है, लेकिन इसका वास्तविक वैज्ञानिक महत्व एक धुंधले, तेज़ी से दौड़ते तारे को Sagittarius A* की सटीक जांच के साधन में बदलने में है।