खगोलविदों ने आकाशगंगा मार्केरियन 501 के मूल में एक दूसरे की परिक्रमा कर रहे दो महाविशाल ब्लैक होल के प्रत्यक्ष प्रमाण की पहचान की है। आकाशगंगा पृथ्वी से लगभग 480 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर है। यह खोज एक दशक से अधिक समय में एकत्र किए गए रेडियो डेटा के विस्तृत विश्लेषण से सामने आई है। मुख्य संकेत पहले से ज्ञात जेट के बगल में सापेक्ष कणों के दूसरे जेट की उपस्थिति है। अंतर्राष्ट्रीय टीम ने रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसायटी के मासिक नोटिस द्वारा स्वीकार किए गए एक अध्ययन में परिणाम प्रकाशित किए।
इस कार्य का नेतृत्व जर्मनी में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर रेडियो एस्ट्रोनॉमी के शोधकर्ताओं ने किया था। उन्होंने सितंबर 2011 और जुलाई 2023 के बीच वेरी लॉन्ग बेसलाइन एरे के साथ किए गए अवलोकनों के 83 सेटों को पुन: संसाधित किया। अवलोकन 43 गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर हुए। यह आवृत्ति गैलेक्टिक नाभिक के बहुत करीब संरचनाओं को हल करना संभव बनाती है। 15 गीगाहर्ट्ज़ और 8 गीगाहर्ट्ज़ जैसी कम आवृत्तियों के डेटा के साथ तुलना ने निष्कर्षों को मजबूत किया।
रेडियो अवलोकनों का विवरण
डेटा एक ही नाभिक से निकलने वाले दो अलग-अलग जेट दिखाता है। मुख्य जेट, जिसे जेट 1 कहा जाता है, पृथ्वी की दिशा में इंगित करता है और पहले से ही ज्ञात था। दूसरा जेट, जिसे जेट 2 कहा जाता है, कुछ छवियों में विपरीत दिशा में दिखाई देता है और फिर नाभिक के चारों ओर वामावर्त घुमाता है। निगरानी के बारह वर्षों में यह कॉन्फ़िगरेशन बार-बार देखा गया। जेट 2 घटक सप्ताहों और महीनों के पैमाने पर स्थिति बदलते हैं।
24 जून, 2022 के अवलोकन में, जेट 2 की संरचनाओं ने मुख्य कोर के चारों ओर एक आंशिक चाप बनाया। शोधकर्ता इस चाप की व्याख्या आंशिक आइंस्टीन वलय के रूप में करते हैं। यह द्वितीयक ब्लैक होल से जेट के उत्सर्जन पर अभिनय करने वाले प्राथमिक ब्लैक होल के गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के कारण होगा। छवियों का कोणीय रिज़ॉल्यूशन एक मिलिआर्कसेकंड के दसवें हिस्से तक पहुंचता है। संरचनाओं को अलग करने के लिए यह सटीकता आवश्यक थी।
नाभिक के चारों ओर जेट 2 की गति की अनुमानित कक्षीय अवधि आकाशगंगा के संदर्भ फ्रेम में लगभग 141 दिन है। नाभिक के प्रकाश वक्र की आवधिकता लगभग 121 दिनों के करीब होती है। 7.4 वर्ष की एक दीर्घकालिक आवधिकता भी है, जो सिस्टम के कक्षीय तल की पूर्वता से जुड़ी है। विभिन्न आवृत्तियों के बीच व्यवस्थित बदलाव दो अलग-अलग विशाल वस्तुओं की उपस्थिति की ओर इशारा करता है।
- जेट 2 काउंटरजेट के किनारे पर दिखाई देता है और जेट 1 के समानांतर संरेखित होने से पहले वामावर्त दिशा में मुड़ता है।
- बाद के अवलोकनों में, जेट 2 दक्षिण की ओर मुड़ता है और मुख्य जेट संरचनाओं में विलीन हो जाता है।
- संपूर्ण प्रणाली वर्षों से क्रमिक दक्षिणावर्त बहाव को दर्शाती है।
- 2016 और 2017 के बीच एक अस्थायी गिरावट आई, जिसे बैक फ़्लिप कहा जाता है।
- प्रीसेशन कक्षीय तल के डगमगाने को एक शीर्ष की तरह समझाता है जो घूमते समय डगमगाता है।
- केल्विन-हेल्महोल्ट्ज़ अस्थिरता जैसे विकल्प आवृत्तियों के बीच असममित बदलाव को पुन: उत्पन्न नहीं करते हैं।
- बाइनरी मॉडल डेटा सेट के लिए सबसे सुसंगत स्पष्टीकरण के रूप में उभरता है।
मार्केरियन 501 आकाशगंगा की विशेषताएं
मार्केरियन 501 एक ब्लेज़र है, जो सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक का एक उपप्रकार है। इस प्रकार की वस्तु में, एक जेट लगभग सीधे पृथ्वी की ओर इंगित करता है। यह संरेखण सापेक्षतावादी डॉपलर प्रभावों द्वारा देखे गए उत्सर्जन को बढ़ाता है। आकाशगंगा टीवी रेंज में ऊर्जा की रेडियो, एक्स-रे और गामा किरणों का जोरदार उत्सर्जन करती है। उनकी सापेक्ष निकटता पारसेक स्केल पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन अवलोकन की सुविधा प्रदान करती है।
1980 के दशक से, खगोलविदों ने आकाशगंगा की रेडियो संरचना में गलत संरेखण देखा है। यह परिवर्तन नाभिक के निकट के छोटे पैमानों और किलोपारसेक के बड़े पैमानों के बीच हुए। पिछले मॉडलों ने पेचदार जेटों को संकीर्ण शंकु या सरल पूर्वता में सीमित करने का प्रस्ताव दिया था। किसी भी पूर्व स्पष्टीकरण में देखे गए अचानक परिवर्तनों का पूरी तरह से वर्णन नहीं किया गया है। दो जेटों का प्रत्यक्ष पता लगाने से दशकों से जमा हुई इन पहेलियों का कुछ हिस्सा सुलझ गया है।
प्राथमिक ब्लैक होल का द्रव्यमान सूर्य के द्रव्यमान से करोड़ों गुना अधिक अनुमानित है। द्वितीयक ब्लैक होल जेट 2 उत्पन्न करता है और अनुमानित कुल द्रव्यमान के आधार पर 251 और 542 खगोलीय इकाइयों के बीच की दूरी पर पहले की परिक्रमा करता है। यह पृथक्करण दसियों श्वार्ज़स्चिल्ड त्रिज्या के बराबर है। बाइनरी सिस्टम का पूरा क्षेत्र सूर्य के चारों ओर प्लूटो की कक्षा के व्यास से छोटे स्थान में फिट बैठता है।
महाविशाल ब्लैक होल के विकास पर प्रभाव
महाविशाल ब्लैक होल मुख्य रूप से आकाशगंगा टकराव के दौरान विलय के माध्यम से बढ़ते हैं। सैद्धांतिक मॉडल भविष्यवाणी करते हैं कि, आकाशगंगाओं के विलय के बाद, केंद्रीय ब्लैक होल एक गुरुत्वाकर्षण से बंधी जोड़ी बनाते हैं। वे एक-दूसरे की परिक्रमा करने लगते हैं। मार्केरियन 501 में पता लगाना इस मध्यवर्ती चरण का प्रत्यक्ष अवलोकन संबंधी मामला प्रस्तुत करता है। अब तक, इसी तरह के साक्ष्य मुख्य रूप से अप्रत्यक्ष अनुमान या गतिज मॉडलिंग पर निर्भर रहे हैं।
यह प्रणाली लगभग 8 गुना 10 से माइनस 8 हर्ट्ज़ की आवृत्ति के साथ गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्सर्जित कर सकती है। यह आवृत्ति पल्सर टाइमिंग सरणियों के लिए अपेक्षित डिटेक्शन विंडो के अंतर्गत आती है। निर्माणाधीन स्क्वायर किलोमीटर सरणी, इस कम-आवृत्ति शासन में भविष्य की खोजों में योगदान दे सकती है। वेरी लॉन्ग बेसलाइन एरे या भविष्य के ब्लैक होल एक्सप्लोरर के साथ सघन अवलोकन कक्षीय ज्यामिति को और अधिक परिष्कृत कर सकते हैं।
शोधकर्ताओं ने बाइनरी के सहसंयोजन समय की गणना की। यदि जनता तुलनीय है, तो प्रणाली को अभी भी अरबों वर्ष बाकी हैं। यदि द्रव्यमान अनुपात बहुत छोटा है, जैसे 0.001, तो समय घटकर सैकड़ों वर्ष हो जाता है। सबसे प्रशंसनीय मॉडल समान द्रव्यमान की ओर इशारा करता है, जो एक लंबे समय तक चलने वाले बाइनरी को इंगित करता है, जो अभी भी अंतिम विलय से दूर है। कुछ रिपोर्टों में लगभग 100 वर्षों में सहसंयोजन की संभावना का उल्लेख किया गया है, लेकिन अध्ययन के लेखक इस अनुमान के बारे में सतर्क रहते हैं।
विकल्पों और पद्धतिगत कठोरता का विश्लेषण
टीम ने डेटा के लिए वैकल्पिक स्पष्टीकरण की जांच की। केल्विन-हेल्महोल्ट्ज़ अस्थिरताएं जेट में पेचदार संरचनाएं उत्पन्न कर सकती हैं। आंतरिक झटके या गैर-समान द्रव्यमान लोडिंग पर भी विचार किया गया। इनमें से कोई भी परिकल्पना आवृत्तियों या जेट 2 की दोहरावदार कक्षीय गति के बीच व्यवस्थित बदलाव की व्याख्या नहीं करती है। सिंक्रोट्रॉन आत्म-अवशोषण द्वारा न्यूक्लियस बदलाव को खारिज कर दिया गया है क्योंकि यह गलत दिशा में होता है।
विश्लेषण में 83 युगों में से प्रत्येक के लिए स्वतंत्र गाऊसी मॉडलिंग का उपयोग किया गया। पूर्व परिकल्पनाओं को थोपा नहीं गया था। संभावना प्रोफाइलिंग विधि ने मापदंडों में अनिश्चितताओं को मापना संभव बना दिया। 15 गीगाहर्ट्ज़ पर MOJAVE जैसे अन्य कार्यक्रमों के स्वतंत्र डेटा के साथ तुलना ने व्याख्या को मजबूत किया। इस क्रॉस-सत्यापन से परिणामों में विश्वास बढ़ा।
अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि ब्लेज़र के मूल में दोहरे-जेट सिस्टम की यह पहली प्रत्यक्ष इमेजिंग पहचान है। पिछला कार्य आवधिकता या अप्रत्यक्ष विविधताओं के आधार पर बायनेरिज़ प्रस्तावित करता था। यहां सफलता एक ही छवियों में सह-अस्तित्व वाले दो जेटों के एक साथ अवलोकन में है।
ऐतिहासिक संदर्भ और भविष्य के दृष्टिकोण
मार्केरियन 501 की निगरानी दशकों से कई तरंग दैर्ध्य पर की जाती रही है। इसकी उच्च-ऊर्जा गामा किरण उत्सर्जन और घुमावदार रेडियो संरचना ने ध्यान आकर्षित किया। रेडियो प्रकाश वक्र में 7.4-वर्ष की आवधिकता अन्य तरंग दैर्ध्य में देखी गई विविधताओं के अनुरूप है। इससे जो चित्र उभरता है उसमें एकरूपता आ जाती है।
पिछले अवलोकनों में रिपोर्ट की गई अंग चमकाने वाली घटना निम्न गुणवत्ता वाली छवियों में जेट 2 और जेट 1 के सुपरपोजिशन के कारण उत्पन्न एक कलाकृति हो सकती है। जब दूसरे जेट को पहचाना नहीं गया, तो इसकी संरचनाएं मुख्य जेट के किनारों के साथ भ्रमित हो गईं। यह संभावना अन्य सक्रिय कोर पर ऐतिहासिक वीएलबीआई फ़ाइलों को फिर से पढ़ने का मार्ग प्रशस्त करती है।
भविष्य के सघन ताल अवलोकन विशिष्ट कॉन्फ़िगरेशन में जेट 2 के त्वरित पास को पकड़ सकते हैं। लगभग 6 माइक्रोआर्कोसेकंड के नियोजित रिज़ॉल्यूशन वाले ब्लैक होल एक्सप्लोरर में प्राथमिकता लक्ष्य के रूप में मार्केरियन 501 होगा। कक्षीय पृथक्करण को सीधे हल किए बिना भी, उच्च-निष्ठा छवियां प्रत्येक ब्लैक होल को खिलाने वाले पदार्थ के प्रवाह का विवरण प्रकट कर सकती हैं।
व्यापक पैमाने पर, मामला दर्शाता है कि सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक जटिल वातावरण हैं। अभिवृद्धि डिस्क के लंबवत जेट की एक जोड़ी के साथ एकल ब्लैक होल का सरल मॉडल उपयोगी है लेकिन उच्च रिज़ॉल्यूशन पर अपर्याप्त है। ब्रह्माण्ड में आकाशगंगाओं का विलय आम बात है। इसलिए, सुपरमैसिव ब्लैक होल बायनेरिज़ बड़ी संख्या में मौजूद होने चाहिए। मौजूदा लंबी-बेसलाइन इंटरफेरोमेट्री डेटा संग्रह के पुनर्विश्लेषण से इसी तरह के अन्य मामले सामने आ सकते हैं।
यह निष्कर्ष दीर्घकालिक निगरानी कार्यक्रमों के महत्व को पुष्ट करता है। वेरी लॉन्ग बेसलाइन एरे जैसे रेडियो टेलीस्कोप के नेटवर्क, जो एक महाद्वीप के आकार के उपकरण के रूप में कार्य करते हैं, इन प्रगति के लिए आवश्यक हैं। वर्षों से एकत्र किए गए डेटा के सावधानीपूर्वक विश्लेषण से हमें संरचना में दो अलग-अलग धागों को पहचानने की अनुमति मिली जो एक एकल जेट प्रतीत होते थे।
ब्रह्मांड जटिलता की अतिरिक्त परतों को प्रकट करना जारी रखता है। दो ब्लैक होल दशकों से मार्केरियन 501 के केंद्र में एक दूसरे के चारों ओर घूम रहे हैं। प्रत्येक ने प्लाज़्मा का अपना जेट लॉन्च किया जो प्रकाश की गति के करीब पहुंच गया। लंबे समय तक, उपकरणों और पर्यवेक्षकों की अपेक्षाओं ने केवल एक जेट दिखाया। अब, उच्च-रिज़ॉल्यूशन डेटा और सूक्ष्म विश्लेषण के साथ, विज्ञान दोनों की पहचान करता है। यह खोज सिर्फ एक विशिष्ट प्रणाली के बारे में नहीं है। यह समझने के लिए नए दृष्टिकोण खोलता है कि सबसे विशाल ब्लैक होल कैसे बढ़ते हैं और ब्रह्मांडीय समय में आकाशगंगाएँ कैसे विकसित होती हैं।