கருந்துளை

கருங்குழி  (Black Hole) அல்லது கருந்துளை என்பது, இவற்றின் எல்லைக்குட் செல்லும், ஒளி உட்பட்ட எதுவுமே வெளியேற முடியாத அளவு வலுவான ஈர்ப்பு சத்தியைக் கொண்டுள்ள, அண்டவெளியின் ஒரு பகுதியாகும். மேற் குறிப்பிட்ட எல்லை நிகழ்வெல்லை (event horizon) எனப்படும். இந்த நிகழ்வெல்லைக்குள் இருந்து பார்க்கக்கூடிய ஒளி அலைகள் போன்ற மின்காந்த அலைகள் கூடத் தப்பி வெளியேற முடியாது என்பதால் உள்ளே நடப்பவை எவற்றையுமே வெளியில் இருந்து அறிந்து கொள்ள முடியாது. இதனாலேயே இதனைக் கருங்குழி என்கின்றனர். கருங்குழிகள் பாரிய நட்சத்திரங்களின் பரிணாமத்தின் இறுதிக்கட்டமாகக் கருதப்படுகிறது. இதற்குக் கன அளவோ, மேற்பரப்போ கிடையாது. ஆனால் இதன் பிரம்மாண்டமான திணிவு (mass) காரணமாக இது முடிவிலியான அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளது.



இதனைப் பார்க்க முடியாது எனினும், இதன் நிகழ்வெல்லைக்கு அப்பால் இருக்கும் பொருள்கள் மீது அவை கொண்டுள்ள தாக்கங்கள் மூலம் அவற்றின் இருப்புப் பற்றி அறிந்துகொள்ள முடியும். எடுத்துக் காட்டாக, ஒரு தொகுதி விண்மீன்கள் கருங்குழியொன்றின் ஈர்ப்புக்கு உட்பட்டு அதன் மையத்தைச் சுற்றி வருவது உண்டு. இவ்வாறான விண்மீன்களின் இயக்கத்தை அவதானிப்பதன் மூலம் கருங்குழியின் இருப்பையும் அதன் அமைவிடத்தையும் தெரிந்து கொள்ளலாம். சில வேளைகளில் கருங்குழிகள் அண்ட வெளியில் இருந்து அல்லது அண்மையில் இருக்கும் விண்மீன்களில் இருந்து வளிமங்களைக் கவர்ந்து இழுக்கின்றன. இவ்வளிமங்கள் கருங்குழிகளை வேகமாகச் சுற்றியபடி உட்செல்லும்போது வெப்பநிலை அதிகரிப்பதனால் பெருமளவு கதிர்வீச்சு வெளிப்படுகின்றது. இவற்றை புவியில் உள்ள அல்லது விண்வெளித் தொலைநோக்கிகள் மூலம் உணர முடியும். இவ்வாறான அவதானிப்புகளின் மூலம் கருங்குழிகள் உள்ளன என்னும் பொதுக் கருத்து அறிவியலாளரிடையே ஏற்பட்டுள்ளது.

ஒளியைக் கூடத் தப்பவிடாத அளவுக்கு வலுவான ஈர்ப்பு சக்தி கொண்ட பொருள் பற்றிய எண்ணக்கருவொன்றை 1783 ஆம் ஆண்டில் தொழில்சாராப் பிரித்தானிய வானியலாளரான வண. ஜான் மிச்சல் (John Michell) என்பவர் முன்வைத்தார். 1795 இல் பிரெஞ்சு இயற்பியலாளர் பியரே-சைமன் லாப்பிளாஸ் (Pierre-Simon Laplace) என்பவரும் இது போன்ற முடிவொன்றை வெளியிட்டார். இன்று புரிந்து கொள்ளப்பட்டவாறான கருங்குழி பற்றிய விளக்கம் 1916 ஆம் ஆண்டில் ஐன்ஸ்டீன் முன்மொழிந்த பொதுச் சார்புக் கோட்பாட்டில் இருந்தே பெறப்பட்டது. போதிய அளவு பெரிதான ஒரு திணிவு போதிய அளவு சிறிதான வெளிப் பகுதி ஒன்றில் இருக்கும்போது சூழவுள்ள வெளி உட்புறமாக மையத்தை நோக்கி வளைந்து அதனுள் இருக்கும் எந்தப் பொருளும் கதிர்வீச்சும் தப்பி வெளியேறாதபடி தடுத்துவிடும்.

பொதுச் சார்புத் தத்துவம் கருங்குழியை, மையத்தில் புள்ளி போன்ற சிறப்பொருமையுடன் (singularity) கூடிய வெறுமையான வெளியாகவும், அதன் விளிம்பில் உள்ள நிகழ்வெல்லையாகவும் விபரிக்கும் அதே வேளை, குவாண்டம் பொறிமுறையின் தாக்கங்களைக் கருதும்போது இதன் விளக்கம் மாறுகின்றது. கருங்குழிக்குள் அகப்பட்ட பொருட்களை முடிவின்றி உள்ளே வைத்திராமல், கருங்குழிகள் இவற்றை ஒருவித வெப்பச் சக்தி வடிவில் கசியவிடக்கூடும் என இத் துறையிலான ஆய்வுகள் காட்டுகின்றன. இது ஹோக்கிங் கதிர்வீச்சு எனப்படுகின்றது.

வரலாறு

ஜான் மிச்சல் எனும் வானியலாளர் 1783-4 ஆம் ஆண்டு வெளியிட்ட தன் கடிதத்தில் ஒளி கூட வெளியேற முடியாத உயர்பொருண்மை வான்பொருள் குறித்த கருத்துப்படிமத்தை முன்மொழிந்தார். இவரது எளிய கணக்கீடுகள் சில கற்பிதங்களைக் கொண்டமைந்தன. இப்பொருளின் அடர்த்தியை சூரியனின் அடர்த்திக்குச் சமமாக அமைவதாகவும் ஒரு விண்மீனின் விட்டம் சூரியனைப் போல 500 மடங்குக்கும் மேலாக அமைகையிலும் அதன் மேற்பரப்பின் தப்பிப்பு அல்லது விடுபடு வேகம் ஒளியின் விறைவினும் கூடும் போதும் இத்தகைய வான்பொருள் உருவாகும் என்றும் கருதினார். இத்தகைய மீப்பொருண்மை, கதிர்வீசாத வான்பொருள்களை, அருகில் அமையும் கட்புலப் பொருள்களின்பால் அவை ஏற்படுத்தும்  ஈர்ப்பு விளைவுகளால் அறியலாம் என மிச்சல் மிகச் சரியாகவே குறிப்பிட்டுள்ளார். ஆனால், ஜான் மிச்சல் கருதியதைப் போல மீப்பொருண்மை விண்மீனின் மேற்பரப்பில் இருந்து வெளியேறும் ஒளிக்கதிர், விண்மீனின் ஈர்ப்பால் வேகம் குறைந்துக்கொண்டே வந்து சுழியாகி மறுபடியும் விண்மீனின் மேற்பரப்பில் வீழும் என்பது இக்கால சார்பியல் கோட்பாட்டின்படி சரியன்று என்பதை நாம் இப்போது அறிவோம்.

பொதுச் சார்பியல்

ஆல்பர்ட் அய்ன்சுட்டீன் 1915இல் பொதுச் சார்பியல் கோட்பாட்டை உருவாக்கினார். அதில் ஈர்ப்பு ஒளியின் இயக்கத்தையும் கட்டுபடுத்தும் எனக் கூறினார். சில மாதங்களுக்குள்ளாகவே சுவார்சுசைல்டு அய்ன்சுட்டீனின் புலச் சமன்பாடுகளுக்கான சுவார்சுசைல்டுப் பதின்வெளித்  தீர்வைக் கண்டுபிடித்தார். இத்தீர்வு புள்ளிப் பொருண்மை, கோளப் பொருண்மைகளுக்கான எளிய தீர்வை விவரிக்கிறது. and  சுவார்சுசைல்டுவுக்கு சில மாதங்கள் கழித்து, என்றிக் இலாரன்சின் மாணவராகிய யோகான்னசு துரோசுதே தனித்து புள்ளிப் பொருண்மைக்கான இதே தீர்வைக் கண்டுபிடித்து அதன் இயல்புகளை மிகவும் விரிவாக எழுதினார். இத்தீர்வு சுவார்சுசைல்டு ஆரத்தில் வியப்பான நடத்தையைப் பெற்றிருந்தது. இங்கு இது கணிதவியல் தனிமைப்புள்ளி ஆகியது. இது அய்ன்சுட்டீனின் சமன்பாட்டில் உள்ல சில கோவைகள் ஈரிலியாக அமைதலைச் சுட்டியது. இம்மேற்பரப்பின் தன்மை அப்போது விளங்கவில்லை. ஆர்த்தர் எடிங்டன் 1924 இல் மேற்கோள் ஆயங்களிஅ மாற்றும்போது இந்தத் தனைமைப்புள்ளி மறைதலை எடுத்துகாட்டினார். இந்தப் புது ஆயங்கள் எடிங்டன் – பின்கிள்சுட்டீன் ஆயங்கள் எனப்பட்டன. கியார்க்சு இலைமைத்ரே 1933  இல் சுவார்சுசைல்டு ஆரத்தில் உள்ள தனைமைப்புள்ளி இய்ர்பியல்சாரா ஆயத் தனிமைப்புள்ளி என உணர்த்தினார்.> ஆர்த்தர் எடிங்டன் அவரது 1926 ஆம் ஆண்டு நூலில் சுவார்சுசைல்டு ஆரத்துக்குப் பொருண்மை அமுங்கிய விண்மீன் பற்றிக் கருத்துரைக்கிறார். அதில் அய்ன்சுட்டீனின் கோட்பாடு கட்புல விண்மீன்களுக்கு மிகவும் பேரளவு அடர்த்திகள் அமைதலை மறுத்துரைக்க இசைவதைத் தெளிவாகச் சுட்டிக்காட்டுகிறார். ஏனெனில், "250 மில்லியன் கி.மீ. ஆரமுள்ள விண்மீன் சூரயன் அளவுக்கு உயர் அடர்த்தியைக் கொண்டிருக்க முடியாது. முதலாவதாக, அதில் இருந்து ஒளி வெளியேற முடியாத அளவுக்கு அதன் ஈர்ப்பு விசை அமைவதால், கதிர்களவும் விண்மீனின் மேற்பரப்பையே,. புவியில் எறிந்த கல்லைப் போல, அடையும். இரண்டாவதாக, கதிர்நிரல் கோடுகளின் செம்பெயர்ச்சி, அது புறநிலையில் நிலவவே முடியாத அளவுக்குப் பெரிதாகஇருக்கும். மூன்றாவதாக, வெளியானது, நம்மைப் புறத்தே எறிந்துவிட்டு விண்மீனைச் சுற்றி மூடுறும் அளவுக்கு, அதன் பொருண்மை காலவெளி வளைமையை உருவாக்கும்.">Kip Thorne comments on this quote on pages 134-135 of his book Black Holes and Time Warps, writing that "The first conclusion was the Newtonian version of light not escaping; the second was a semi-accurate, relativistic description; and the third was typical Eddingtonian hyperbole ... when a star is as small as the critical circumference, the curvature is strong but not infinite, and space is definitely not wrapped around the star. Eddington may have known this, but his description made a good story, and it captured in a whimsical way the spirit of Schwarzschild's spacetime curvature."

 கருங்குழியில் இருந்து தப்ப முடியாதது ஏன்? 

BH noescape1.pngகருங்குழியிலிருந்து தொலைவில் உள்ள ஒரு துகள் எத்திசையிலும் நகர முடியும். இது ஒளி வேகத்தால் மட்டுமே மட்டுப்படுத்தப்படுகின்றது.BH noescape2.pngகருங்குழிக்கு அருகில் வெளிநேரம் வளையத் தொடங்குகிறது. விலகிச் செல்வதைவிடக் கூடுதலான பாதைகள் கருங்குழியை நோக்கிச் செல்கின்றன.BH noescape3.pngநிகழ்வெல்லைக்கு உள்ளே எல்லாப் பாதைகளும் துகளை கருங்குழியின் மையத்துக்கு அருகில் கொண்டுவருகின்றன. துகள்கள் இங்கிருந்து தப்ப முடியாது.The diagrams here are effectively Finkelstein diagrams using an advanced time parameter. Compare to .

இது குறித்த பொதுவான விளக்கங்கள் விடுபடு திசைவேகம் என்னும் கருத்துருவின் அடிப்படையிலேயே கொடுக்கப்படுகின்றன. விடுபடு திசைவேகம் என்பது ஒரு பெரிய பொருளொன்றின் மேற்பரப்பில் இருந்து புறப்படும் ஒரு கலம் அப்பொருளின் ஈர்ப்புப் புலத்தை முழுமையாகக் கடப்பதற்குத் தேவையான வேகம் ஆகும். நியூட்டனின் ஈர்ப்பு விதியின்படி பொருளின் ஈர்ப்பு விசை அதிகரிக்கும்போது அதாவது பொருளின் அடர்த்தி அதிகரிக்கும்போது விடுபடு திசைவேகமும் அதிகரித்துச் செல்லும். இவ்விசை ஒரு குறிப்பிட்ட அளவை அடையும்போது விடுபடு திசைவேகம் ஒளியின் வேகத்துக்குச் சமமாகவோ அல்லது அதனிலும் கூடுதலாகவோ ஆகக்கூடும். ஒளியின் வேகத்துக்கு மிஞ்சிய வேகம் எதுவும் இல்லை என்பதைக் காட்டி, அத்தகைய அடர்த்தி கொண்ட பொருளிலிருந்து எப்பொருளும் தப்பமுடியாது என்னும் விளக்கம் கொடுக்கப்படுகின்றது. இந்த விளக்கத்தில் ஒரு தவறு உள்ளது. இது ஒளி ஏன் ஈர்க்கும் பொருளினால் பாதிக்கப்படுகிறது என்பதையோ அது ஏன் தப்பமுடியாது என்பதையோ விளக்கவில்லை.

இத் தோற்றப்பாட்டை விளக்குவதற்கு ஐன்ஸ்டீன் அறிமுகப்படுத்திய இரண்டு கருத்துருக்கள் தேவைப்படுகின்றன. முதலாவது, வெளியும் நேரமும் தனித்தனியான இரண்டு கருத்துருக்கள் அல்ல, அவை வெளிநேரம் என்னும் ஒரே தொடர்பத்தை உருவாக்கும் ஒன்றுக்கொன்று தொடர்பானவை ஆகும். இந்தத் தொடர்பம் சில சிறப்பு இயல்புகளைக் கொண்டுள்ளது. ஒரு பொருள் தான் விரும்பியபடி வெளிநேரத்தில் நகர முடியாது. அது எப்பொழுதும் நேரத்தில் முன்னோக்கியே நகர முடியும். அத்துடன், அப்பொருள் தனது நிலையை ஒளி வேகத்திலும் வேகமாக மாற்றிக் கொள்ளவும் முடியாது. இதுவே சிறப்புச் சார்புக் கோட்பாட்டின் முக்கியமான விளைவு.

இரண்டாவது கருத்துருவே பொதுச் சார்புக் கோட்பாட்டின் அடிப்படை: திணிவு, வெளிநேரத்தின் அமைப்பை உருமாற்றுகிறது. வெளிநேரத்தில் திணிவின் தாக்கத்தை, நேரத்தின் திசையை திணிவு நோக்கிச் சாய்த்தல் எனப் பொதுவாகக் கூறலாம். இதனால் பொருள்கள் திணிவை நோக்கி நகர்கின்றன. இது ஈர்ப்பாக உணரப்படுகிறது. திணிவுக்கும் பொருளுக்கும் இடையிலான தூரம் குறையும்போது நேரத்தின் திசையின் சாய்தலும் அதிகரிக்கும். திணிவுக்கு அருகில் ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளியில் இச் சாய்வு மிகவும் வலுவடைந்து, இயலக்கூடிய எல்லாப் பாதைகளுமே திணிவை நோக்கியே செல்லும். இப் புள்ளியைக் கடக்கும் எந்தப் பொருளும் அத்திணிவில் இருந்து விலகிச் செல்வது முடியாது. இப் புள்ளியே நிகழ்வெல்லை எனப்படும்.

 உலகின் முதல் கருந்துளை ஒளிப்படம் 
நிகழ்வெல்லை தொலைநோக்கியானது பூமியில் இருந்து சுமார் 5.5 கோடி ஒளியாண்டுகள் தொலைவில் இருக்கும் மெஸ்ஸியர் 87 என்ற விண்மீன் திரளில் காணப்படும் போவேஹி என்ற மீ ராட்சச கருந்துளை மற்றும் 26,000 ஒளியாண்டுதொலைவில் உள்ள சஜிடேரியஸ்A* என்ற கருந்துளை ஆகியவற்றின் ஒளிப்படத்தை எடுத்துள்ளதாக 2019 ஆம் ஆண்டு ஏப்ரல் 10 ஆம் நாள் ஐரோப்பிய தெற்கு ஆய்வகம் வெளியிட்டுள்ள ஆய்வறிக்கையில் வானியலாளர்கள் அறிவித்துள்ளனர்.  M87 கருந்துளையானது விர்கோ விண்மீன் திரளுக்கு அருகில் மெசியர் 87 இன் மத்தியில் காணப்பட்டுள்ளது. இந்த கருந்துளை சூரியனை விட சுமார் 650 கோடி மடங்கு பெரியதாகும் எனவும், சஜிடேரியஸ்A* நாற்பது லட்சம் சூரிய நிறை கொண்டதாகும் எனவும்  இந்தக்கருந்துளைகளைப் படமெடுக்க 12 ஆண்டுகள் காத்திருந்ததாகவும், 200-க்கும் அதிகமான ஆராய்ச்சியாளர்கள் அடங்கிய குழுவினர் மாபெரும் அறிவியல் சாதனையை படைத்திருப்பதாகவும் திட்டத்தின் தலைவர் ஷெப்பர்டு எஸ். டோலிமேன் தெரிவித்தார். 29 வயதுடைய கேட்டி பௌமேன் என்ற பெண் அறிவியல் அறிஞரின் படிமுறை கொண்டு நிகழ்படம் எடுக்கப்பட்டதாக தெரிவிக்கப்பட்டுள்ளது.

கருந்துளை கண்டிபிடிப்பாளர்களுக்கு நோபல் பரிசு
கருந்துளைகள் தொடர்பான மிகச் சிறப்பு வாய்ந்த கோட்பாடுகளை உருவாக்கியதற்காக பிரிட்டனைச் சேர்ந்த ரோஜர் பென்ரோஸுக்கும், நமது சூரியக் குடும்பம் இருக்கும் பால்வெளி மண்டலத்தின் நடுவே இருப்பது ஒரு கருந்துளைதான் என்பதை உறுதிப்படுத்திய அமெரிக்காவின் ஆண்டிரியா கெஸ்ஸுக்கும்,  ஜெர்மனியின் ரெய்ன்ஹார்டு ஜென்ஸலுக்கும் 2020 ஆண்டிற்கான இயற்பியல் நோபல் பரிசு அறிவிக்கப்பட்டிருக்கிறது.  The Nobel Prize in Physics 2020 நோபல் வாங்கித் தந்த கருந்துளை!

 குறிப்புகள் 

மேலும் படிக்க

மக்கள் படிக்க










பல்கலைக்கழகப் பாட நூல்களும் தனிவரைவுகளும்

 , the lecture notes on which the book was based are available for free from Sean Carroll's website.










 Black holes Teviet Creighton, Richard H. Price  இசுக்கோலர்ப்பீடியா 3(1):4277. 

மீள்பார்வை ஆய்வுரைகள்


  Lecture notes from 2005 SLAC Summer Institute.

 வெளி இணைப்புகள் 
 கருந்துளைக்கு பின்னால் ஒளி - விண்வெளி அறிவியல் அதிசயம்
 கருந்துளைகள் இன்னொரு பிரபஞ்சத்துக்கான வாசல்!:40 வருடமாக நீடிக்கும் சர்ச்சை தொடர்பில் ஹாவ்கிங்! 
 பிரபஞ்சத்தின் மகத்தான எழுபது புதிர்கள் ! புதிரான ஈர்ப்பு விசையும், புலப்படாத கருந்துளையும், சி. ஜெயபாரதன்


 Stanford Encyclopedia of Philosophy: "Singularities and Black Holes" by Erik Curiel and Peter Bokulich.
 Black Holes: Gravity's Relentless Pull—Interactive multimedia Web site about the physics and astronomy of black holes from the Space Telescope Science Institute
 ESA's Black Hole Visualization 
 Frequently Asked Questions (FAQs) on Black Holes
 "Schwarzschild Geometry"
 Hubble site
Videos
 16-year-long study tracks stars orbiting Milky Way black hole
 Movie of Black Hole Candidate from Max Planck Institute
 Nature.com 2015-04-20 3D simulations of colliding black holes
 Computer visualisation of the signal detected by LIGO
 Two Black Holes Merge into One (based upon the signal GW150914


பகுப்பு:விண்மீன் பேரடைகள்
பகுப்பு:சார்பியல் கோட்பாடு