S301 की चरम कक्षा से खुल सकता है हमारी आकाशगंगा के ब्लैक होल के घूमने का राज

एक बेहद तेज़ और असामान्य तारा

S301 एक धुंधला मुख्य-अनुक्रम (main-sequence) तारा है, जिसकी K-बैंड चमक लगभग 19.3 है। यह Sagittarius A*—आकाशगंगा के केंद्र में मौजूद करीब 43 लाख सूर्य-द्रव्यमान वाले महाविशाल ब्लैक होल—की परिक्रमा केवल 8.7 साल में पूरी करता है। इसकी कक्षा की उत्केंद्रता (eccentricity) लगभग 0.982–0.983 है, यानी यह लगभग सुई जैसी पतली, बेहद खिंची हुई अंडाकार कक्षा है।

निकटतम बिंदु, जिसे परिकेंद्र (pericentre) कहा जाता है, पर S301 Sagittarius A* से लगभग 280 गुरुत्वीय त्रिज्याओं की दूरी तक आ जाता है। यह 12 से कुछ अधिक खगोलीय इकाई (AU) है—लगभग सूर्य और शनि के बीच की दूरी। यह S2 तारे की निकटतम दूरी की तुलना में करीब दस गुना कम है।

यहीं S301 की रफ्तार भी चरम पर पहुंचती है: लगभग 25,000 किलोमीटर प्रति सेकंड, यानी प्रकाश की गति के 8% से अधिक। इस वजह से यह मिल्की वे में अब तक का सबसे तेज़ ज्ञात तारा बन गया है।

इसकी कक्षा का अधिकांश हिस्सा ब्लैक होल से काफी दूर बीतता है, लेकिन परिकेंद्र के पास यह बहुत कम समय में अत्यंत मजबूत गुरुत्वीय क्षेत्र से गुजरता है। इसी छोटे से हिस्से में सापेक्षतावादी प्रभाव सबसे अधिक दिखाई देने की उम्मीद है।

S301 का पता कैसे चला?

इतने धुंधले तारे को पहचानना आसान नहीं था। खगोलविदों ने इसे चिली स्थित ESO के Very Large Telescope Interferometer (VLTI) पर लगे निकट-अवरक्त interferometer GRAVITY की मदद से देखा। यह उपकरण मिल्की वे के चमकीले और बेहद भीड़भाड़ वाले केंद्रीय क्षेत्र में तारों की स्थिति को अत्यंत सटीकता से माप सकता है।

टीम ने 2023 से 2025 के बीच GRAVITY के आंकड़ों में S301 की आकाशीय स्थिति को ट्रैक किया और उसकी प्रारंभिक कक्षा का मॉडल बनाया। इसके बाद उस मॉडल से अतीत में तारे की स्थिति का अनुमान लगाया गया। S301 को 2021 और 2017 के अभिलेखीय अवलोकनों में भी उसी अनुमानित स्थान पर खोज लिया गया। पीछे की ओर की गई यह सफल भविष्यवाणी इस बात की महत्वपूर्ण पुष्टि थी कि धुंधला स्रोत वास्तव में प्रस्तावित कक्षा में घूम रहा है।

फिलहाल S301 का प्रत्यक्ष रेडियल वेग—यानी हमारी दृष्टि-रेखा की दिशा में उसकी गति—स्पेक्ट्रोस्कोपी से नहीं मिल पाया है। इसलिए मौजूदा कक्षीय समाधान मुख्य रूप से आकाश में उसकी स्थिति के सटीक माप पर आधारित है। भविष्य में अत्यंत बड़े दूरबीनों (Extremely Large Telescopes) से होने वाली स्पेक्ट्रोस्कोपी इस कक्षा का पूरा त्रि-आयामी विवरण बेहतर कर सकती है।

ब्लैक होल का spin कैसे मापा जा सकता है?

आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता के अनुसार, घूमता हुआ ब्लैक होल अपने आसपास के space-time को थोड़ा-सा घुमा देता है। इस प्रभाव को Lense–Thirring frame-dragging कहा जाता है। इसके कारण किसी झुकी हुई कक्षा का तल और उसका orbital node समय के साथ धीरे-धीरे घूमने या precess करने लगता है।

S301 Sagittarius A* के इतना करीब जाता है कि इस spin-जनित precession को मौजूदा उच्च-सटीकता वाले infrared interferometry उपकरणों और भविष्य की स्पेक्ट्रोस्कोपी से मापना संभव हो सकता है। यदि यह बदलाव दर्ज हो गया, तो वैज्ञानिक Sagittarius A* के spin की मात्रा और दिशा, दोनों पर सीमाएं तय कर सकेंगे।

यह परीक्षण S2 से मिले परिणामों से आगे जाएगा। S2 की कक्षा में द्रव्यमान-जनित Schwarzschild precession पहले ही मापी जा चुकी है; S301 के साथ वैज्ञानिक घूमते हुए ब्लैक होल के लिए सामान्य सापेक्षता द्वारा अनुमानित Kerr description की जांच कर सकेंगे।

2031 में क्या उम्मीद है?

S301 का अगला निकटतम परिक्रमण लगभग 2031 में अपेक्षित है। उस समय लगातार astrometric और spectroscopic निगरानी की जाए, तो उसकी कक्षा में होने वाले सापेक्षतावादी बदलावों का सबसे मजबूत संकेत मिल सकता है। इससे Lense–Thirring precession के जरिए Sagittarius A* के spin का प्रत्यक्ष मापन संभव हो सकता है।

हालांकि, ब्लैक होल के quadrupole moment को मापना कहीं अधिक कठिन लक्ष्य है। S301 के लिए अनुमानित spin-quadrupole प्रभाव Lense–Thirring प्रभाव का केवल लगभग 4% है और इस कक्षा में उसे नगण्य माना जाता है।

इसीलिए अभी यह दावा करना जल्दबाजी होगी कि S301 का 2031 वाला निकटतम परिक्रमण अकेले no-hair theorem की निर्णायक जांच कर देगा। इस सिद्धांत के अनुसार ब्लैक होल की संरचना उसके द्रव्यमान और spin से तय होती है; उसके quadrupole moment का मान भी इन्हीं गुणों से निश्चित होना चाहिए।

इस छोटे quadrupole संकेत को स्वतंत्र रूप से मापने के लिए संभवतः S301 से भी अधिक नज़दीक जाने वाले तारों, कई उपयुक्त तारों की कक्षाओं या किसी अन्य अवलोकन-पद्धति की जरूरत होगी। इसलिए S301 का सबसे यथार्थवादी तत्काल लक्ष्य Sagittarius A* के spin को मापना और मजबूत गुरुत्वीय क्षेत्र में सामान्य सापेक्षता की नई परीक्षा करना है।