ब्लैक होल की छवि हमें क्या बताती है

जब वैज्ञानिकों ने एक अदृश्य ब्लैक होल की 'फ़ोटोग्राफ़ी' की: छवि उसके आस-पास के क्षेत्र को कैप्चर करती है, जो दूरबीनों के एक सेट द्वारा एकत्र किए गए डेटा से उत्पन्न होती है, और ब्लैक होल को बेहतर ढंग से समझने के लिए एक मंच प्रदान करती है।

ब्लैक होल की पहली तस्वीर। इवेंट होराइजन टेलीस्कोप प्रोजेक्ट द्वारा कैप्चर किया गया। (छवि स्रोत: राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन)

ब्लैक होल को पूरे ब्रह्मांड का सबसे काला क्षेत्र माना जाता है। और फिर भी, जब वैज्ञानिकों ने पिछले हफ्ते घोषणा की कि वे पहली बार ब्लैक होल की तस्वीर खींचने में सक्षम हैं, तो उन्होंने जो छवि का अनावरण किया वह अंधेरे के अलावा कुछ भी था। यह चमकीले नारंगी और डोनट के आकार का दिखाई दिया जो पिछले एक सप्ताह में सबसे व्यापक रूप से प्रसारित छवियों में से एक बन गया। जब प्रकाश ब्लैक होल से नहीं बच सकता, तो फोटोग्राफ कैसे प्राप्त हुआ, और क्या उपलब्धि महत्वपूर्ण बनाती है?

छवि क्या दिखाती है

तस्वीर का मुख्य विषय, मेसियर 87 नामक आकाशगंगा के केंद्र में पृथ्वी से 55 मिलियन प्रकाश वर्ष की दूरी पर स्थित एक ब्लैक होल, छवि में डोनट आकार के छोटे और गहरे केंद्रीय कोर तक ही सीमित था, जिसकी पहचान केवल इसलिए की जा सकती है उज्ज्वल परिवेश इसके भीतर घिरा हुआ था। यह एकमात्र तरीका था जिससे ब्लैक होल की तस्वीर खींची जा सकती थी - उसके आसपास के पूरे क्षेत्र को कैप्चर करके। ब्लैक होल स्वयं प्रकाश, या किसी अन्य विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन या विकिरण नहीं करता है जिसे मानव द्वारा निर्मित उपकरणों द्वारा पता लगाया जा सकता है। लेकिन ब्लैक होल की सीमा के ठीक बाहर का क्षेत्र - जिसे घटना क्षितिज कहा जाता है - जिसमें भारी मात्रा में गैस, बादल और प्लाज़्मा हिंसक रूप से घूमते हैं, सभी प्रकार के विकिरणों का उत्सर्जन करते हैं, यहाँ तक कि दृश्य प्रकाश भी।

समझाया गया: यहाँ एक ब्लैक होल है, और इससे पहले किसी की तस्वीर क्यों नहीं ली गई

ब्लैक होल के बाहरी हिस्से की भी तस्वीरें खींचना आसान नहीं था। विचाराधीन ब्लैक होल का व्यास 1.5 प्रकाश-दिन या लगभग 40 बिलियन किलोमीटर था। ब्लैक होल के बाहर के वलय में आमतौर पर 4 से 5 गुना अधिक विस्तार होता है। लेकिन पृथ्वी से बहुत बड़ी दूरी का मतलब था कि एक बिंदु आकार के चित्र से बेहतर कुछ भी रिकॉर्ड करना भौतिक रूप से उपलब्ध उपकरणों के साथ संभव नहीं था। वैज्ञानिकों ने गणना की थी कि अधिक से अधिक रिज़ॉल्यूशन वाली तस्वीर, जैसे कि वे अंततः कैप्चर करने में सक्षम थे, के लिए एक टेलीस्कोप की आवश्यकता थी जिसका एंटीना पृथ्वी जितना बड़ा हो।

यह क्यों मायने रखता है

इन क्षेत्रों का अध्ययन करने के लिए वैज्ञानिक कई वर्षों से ब्लैक होल की कंप्यूटर-सिम्युलेटेड छवियों का उपयोग कर रहे हैं। पहली बार उनके पास एक वास्तविक छवि है। जबकि वे काफी समान दिखाई देते हैं, वैज्ञानिक अब वास्तविक छवि को बारीकी से देखना शुरू कर देंगे, यह देखने के लिए कि क्या यह विवरण में कंप्यूटर-सिम्युलेटेड छवियों से भिन्न है, और क्या इन अंतरों को इंस्ट्रूमेंटेशन, अवलोकन या अन्य त्रुटियों द्वारा समझाया जा सकता है। यह ब्रह्मांड के मौजूदा सिद्धांतों के लिए एक परीक्षण प्रदान कर सकता है, और ब्लैक होल और ब्रह्मांड की प्रकृति की बेहतर समझ को जन्म दे सकता है।

ब्लैक होल का चयन

M87 आकाशगंगा में ब्लैक होल की तस्वीर लेने का एक विकल्प था - एक ब्लैक होल की तस्वीर लेने की कोशिश करना जो बहुत करीब था। हजारों, संभवतः लाखों ब्लैक होल पृथ्वी के बहुत करीब हैं, लेकिन हर ब्लैक होल फोटो खिंचवाने के लिए उम्मीदवार नहीं हो सकता है। वैज्ञानिक एक विशेष आकार के ब्लैक होल की तलाश कर रहे थे, जो पृथ्वी पर उपलब्ध उपकरणों द्वारा कब्जा करने के लिए काफी बड़ा हो। M87 आकाशगंगा में ब्लैक होल सूर्य के आकार का लगभग 6 बिलियन गुना है, और ज्ञात सबसे बड़े में से एक है। पृथ्वी के निकट तुलनीय आकार का कोई ब्लैक होल नहीं है।

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फिर भी, हमारी अपनी आकाशगंगा आकाशगंगा में एक उम्मीदवार था। आकाशगंगा के केंद्र में धनु A* ब्लैक होल, सूर्य के आकार का लगभग 4.3 मिलियन गुना और पृथ्वी से केवल 25,000 प्रकाश वर्ष दूर है। यह M87 आकाशगंगा की तुलना में पृथ्वी के करीब 2,000 गुना अधिक है, लेकिन लगभग 1,500 गुना छोटा भी है। पैमाने में, इसलिए, दो उम्मीदवार ब्लैक होल ने फोटो खिंचवाने के समान अवसर प्रदान किए।

दूरबीन की स्थापना

पृथ्वी के आकार का टेलीस्कोप कोई ऐसी चीज नहीं थी जिसे उपलब्ध कराया जा सके। इसलिए, वैज्ञानिकों को अपने उपकरणों की सीमाओं को दूर करने के लिए सरल नई विधियों का आविष्कार करना पड़ा। उन्होंने दुनिया के आठ सबसे बड़े और सबसे परिष्कृत रेडियो टेलीस्कोप का उपयोग करने का फैसला किया, और उन्हें एक ऐसी तकनीक से जोड़ा जो उन्हें एक आभासी पृथ्वी के आकार के टेलीस्कोप की तरह काम कर सके। दूरबीनों ने ब्लैक होल क्षेत्र से आने वाले विकिरणों की एक साथ रिकॉर्डिंग की। प्रत्येक दूरबीन को परमाणु घड़ियों से सुसज्जित किया गया था ताकि बाद में उनकी रिकॉर्डिंग का अत्यधिक सटीकता के साथ मिलान किया जा सके।

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प्रत्येक दूरबीन ने ब्लैक होल क्षेत्र से आने वाले विकिरण को एकत्र किया। लेकिन आकार की सीमाओं के कारण, उन सभी के पास ब्लैक होल के बारे में बहुत ही सीमित जानकारी थी। इन दूरबीनों में से प्रत्येक द्वारा रिकॉर्ड किए गए डेटा का सटीक समय पर मिलान करने से वैज्ञानिकों को कुछ और जानकारी मिली, लेकिन इतनी बड़ी मात्रा में जानकारी के बारे में कुछ नहीं किया जा सका जो इन दूरबीनों द्वारा कब्जा नहीं किया जा सका।

डेटा से छवि बनाना

यहीं पर वैज्ञानिकों ने सुपर कंप्यूटर की मदद से ब्लैक होल की पूरी छवि को उस सीमित जानकारी के साथ फिर से बनाया, जिसे टेलीस्कोप ने कैप्चर किया था। सीमित डेटा के साथ संपूर्ण चित्रों का पुनर्निर्माण करना असामान्य नहीं है। हमारे कंप्यूटर पर संगीत, छवि या वीडियो फ़ाइलों के आकार को कम करने के लिए हम जिन संपीड़न तकनीकों का उपयोग करते हैं, वे समान सिद्धांतों पर काम करते हैं। हम आकार को कम करते हुए बहुत सारी जानकारी फेंक देते हैं, लेकिन कंप्यूटर अभी भी संगीत या वीडियो को फिर से बनाने में सक्षम है, हालांकि गुणवत्ता में कुछ कमी आई है।

बेशक, ब्लैक होल छवि पर काम कर रहे वैज्ञानिकों के लिए चुनौती फाइलों के संपीड़न के लिए इस्तेमाल की जाने वाली तकनीकों की तुलना में अधिक जटिल थी। उनके पास निपटने के लिए बड़ी मात्रा में डेटा था, और फिर भी विकिरण से सीधे प्राप्त बेहद सीमित जानकारी थी। आश्चर्य की बात नहीं है, इसलिए, उन्हें छवि को पुन: उत्पन्न करने के लिए, ग्राउंडब्रेकिंग दृष्टिकोणों का उपयोग करते हुए, पूरी तरह से नए एल्गोरिदम लिखना पड़ा।

नतीजतन, दुनिया को प्रस्तुत उस तस्वीर पर बड़ी संख्या में पिक्सेल कंप्यूटर द्वारा उत्पन्न किए जा सकते थे। लेकिन वे पिक्सेल में जानकारी का उपयोग करके उत्पन्न हुए थे जो कि दूरबीन के प्रत्यक्ष अवलोकन का परिणाम थे, बजाय गणितीय मॉडल से उत्पन्न होने के, जैसा कि कंप्यूटर-सिम्युलेटेड छवियों में होता है।

दुनिया के कुछ सबसे तेज सुपर कंप्यूटरों को बड़ी मात्रा में डेटा संसाधित करने और M87 आकाशगंगा में ब्लैक होल की छवि को फिर से बनाने में दो साल लग गए। धनु A* ब्लैक होल की एक तस्वीर अभी जारी नहीं की गई है, जाहिरा तौर पर क्योंकि छवि अभी तैयार नहीं है।

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