എന്താണ് Black Holes അഥവാ തമോദ്വാരം?തമോദ്വാരത്തിന്റെ ഉത്ഭവം, ഘടന

എന്താണ് Black Holes അഥവാ തമോദ്വാരം?

Part-1 വായിക്കാനായി:-

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
ഭാഗം-2
തമോദ്വാരത്തിന്റെ ഉത്ഭവം, ഘടന
------------
സൂപ്പർനോവ വിസ്ഫോടനത്തിനുശേഷം നക്ഷത്രം ന്യൂട്രോൺ നക്ഷത്രമോ, അല്ലെങ്കിൽ തമോദ്വാരമായി മാറും.നക്ഷത്രത്തിന്റെ കാമ്പിന് പിണ്ഡം താരതമ്യേന കൂടുതലാണെങ്കിൽ അത്തരം നക്ഷത്രങ്ങൾ തമോദ്വാരമായി മാറും.അതായത്, പിണ്ഡം കൂടുന്നത് കൊണ്ട് നക്ഷത്രകാമ്പിന്റെ ഗുരുത്വാകർഷണവും വർദ്ധിക്കുന്നു.ഈ വളരെ ഉയർന്ന ഗുരുത്വബലം നക്ഷത്രകാമ്പിനെ സങ്കോചിപ്പിക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു.ഇങ്ങനെ സങ്കോചിക്കുന്നതിന്റെ ഫലമായി കാമ്പിന്റെ വലുപ്പം കുറയുകയും, ഒടുവിൽ ഒരു ബിന്ദുവിലേക്കായി ചുരുങ്ങിപ്പോവുകയും ചെയ്യുന്നു.അങ്ങനെ അതൊരു തമോദ്വാരമായി മാറുന്നു.ഗുരുത്വാകർഷണത്തിന്റെ വളരെ ശക്തിയേറിയ ബലം മൂലം ഏതൊരു വസ്തുവും തമോദ്വാരത്തിനകത്തു കടന്നാൽ, പുറത്ത് പോകാനാവില്ല.ഗുരുത്വാകർഷണം കൊണ്ട് നക്ഷത്രകാമ്പ് ചുരുങ്ങുന്തോറും തമോദ്വാരത്തിൽ അകപ്പെട്ടുപോയ ഏതൊരു വസ്തുവിനും പുറത്തുകടക്കാൻ പ്രയാസമേറി വരും.അങ്ങനെ, ഒരു ഘട്ടമാകുമ്പോൾ, സെക്കന്റിൽ ഏകദേശം മൂന്ന് ലക്ഷം കിലോമീറ്റർ സഞ്ചരിക്കാൻ കഴിയുന്ന പ്രകാശത്തിനുപോലും തമോദ്വാരത്തിൽ അകപ്പെട്ടുപോയാൽ പുറത്തുപോകാനാവില്ല(പലായന പ്രവേഗം>പ്രകാശ വേഗം).അതുകൊണ്ട് തന്നെ തമോദ്വാരം നമുക്ക് അദൃശ്യമാണ്.

ഇതിവിടെ നിൽക്കട്ടെ.ഞാൻ മറ്റൊരു വസ്തുതകൂടി പറയാം."Schwarzchild Radius അഥവാ Gravitational Radius":- ഓരോ വസ്തുവിനെയും അതിന്റെ Schwarzchild Radiusനു തുല്യമാക്കിയാൽ, അതിനെ ഒരു തമോദ്വാരമായി കണക്കാക്കാം.ഓരോ വസ്തുവിനും അതിന്റേതായ Schwarzchild Radiusഉണ്ട്.ഭൂമിക്കും, മറ്റു ഗ്രഹങ്ങൾക്കും, സൂര്യനും, എന്തിന് നമുക്ക് പോലും നമ്മുടേതായ Schwarzchild Radius ഉണ്ട്😲 !!! ഇതിനെപ്പറ്റി സുഹൃത്തുകൾക്ക് വ്യക്തമായി മനസ്സിലാക്കാൻ ഞാൻ ഒരു ഉദാഹരണം പറയാം:-
കണക്കുപ്രകാരം ഭൂമിയുടെ Schwarzchild Radius ഏകദേശം 1cm ആണ്.അതായത്, ഭൂമിയെ, അതിന്റെ പിണ്ഡമൊട്ടും നഷ്ടപ്പെടുത്താതെ, 1cm ആരമുള്ള ഗോമാക്കി ഞെരുക്കി മാറ്റിയാൽ, അതൊരു തമോദ്വാരമായി മാറും.സൂര്യന്റെ Schwarzchild Radius ഏകദേശം 3 കിലോമീറ്റർ ആണ്.സൂര്യനെ ഞെരുക്കി 3 കിലോമീറ്റർ ആരമുള്ള ഗോളമാക്കിമാറ്റിയാൽ അതൊരു തമോദ്വാരമായി മാറും.എന്നാൽ ഭൂമി, മറ്റു വസ്തുക്കളെ ഈ രീതിയിൽ തമോദ്വാരമാക്കി മാറ്റുക ഇന്നത്തെ അവസ്ഥയനുസരിച്ച് പ്രായോഗികമല്ല.എന്നാൽ, നക്ഷത്രങ്ങളിൽ ഇതു നടക്കുന്നു.നക്ഷത്രം മോകളിൽ പറഞ്ഞതുപോലെ ഒരു ഘട്ടത്തിൽ ഗുരുത്വാർഷണ ബലത്താൽ സംങ്കോചിച്ചുകൊണ്ട് ഈ നിലയിലെത്തും.ഇനി നമുക്ക് Schwarzchild Radiusന്റെ ഗണിത വശമൊന്നു നോക്കാം.എങ്ങനെ ഒരു വസ്തുവിന്റെ Schwarzchild Radius കണക്കുകൂട്ടാമെന്ന് നോക്കാം:

ഏതൊരു വസ്തുവിന്റെയും Schwarzchild Radius കണ്ടുപിടിക്കാനുള്ള സമവാക്യം:-
Rs = 2GM/C^2
ഇവിടെ,
• Rs, Schwarzchild Radius
• G, Gravitational constant (ഗുരുത്വാകർഷണ സ്ഥിരാങ്കം)
value= 6.67*10^-11 m^3 kg^-1 s^-2
• M, വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡം (Mass)
• C, ശൂന്യതയിലുള്ള പ്രകാശവേഗത (Speed of light in vacuum)
value= 29,97,92,458 m/s [approx.value=3*10^8 m/s]

ഇനി ഈ സമവാക്യമുപയോഗിച്ച് ഭൂമിയുടെ Schwarzchild Radius കണക്കാക്കാം:
ഭൂമിയുടെ പിണ്ഡം= 5.972*10^24 kg

Rs= 2GM/C^2

Rs= (2*6.67*10^-11*5.972*10^24)/(299792458)^2

Rs= 8.86409*10^-3 m

Rs= 8.86409 mm ~~ 9 mm

approx. equal to "1 cm".

മുകളിൽ ഭൂമിയുടെ Schwarzchild Radius പറഞ്ഞിരിക്കുന്നതുപോലെ നമുക്ക് ഇവിടെ
1 cm ഉത്തരം കിട്ടി.

നമുക്ക് ഇനി തമോദ്വാരത്തിലേക്ക് തന്നെ തിരിച്ചുവരാം.തമോദ്വാരങ്ങൾ അദൃശ്യമാണെന്ന് പറഞ്ഞല്ലോ.തമോദ്വാരങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം അതു സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ചുറ്റുപാടുമുള്ള വസ്തുക്കളിൽ നിന്നും മനസ്സിലാക്കാം.തമോദ്വാരം തന്റെ ചുറ്റുപാടുമുള്ള വസ്തുക്കളെ ആകർഷിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കും.പൊതുവേ, നക്ഷത്രങ്ങൾ പ്രപഞ്ചത്തിൽ എവിടെയെങ്കിലും ഒരിടത്ത് സ്വയം പരിക്രമണം ചെയ്യുന്നതായി കണ്ടാൽ അവിടെ ഒരു തമോദ്വാരത്തിന്റെ സാന്നിധ്യമുണ്ടെന്ന് മനസ്സിലാക്കാം.തമോദ്വാരം അതിന്റെ ചുറ്റും ഭ്രമണം ചെയ്യുന്ന നക്ഷത്രങ്ങളുടെ ഉപരിതലത്തിലെ വാതകങ്ങൾ വലിച്ചെടുത്തുകൊണ്ട് എക്സ്-റേ വികിരണങ്ങൾ പുറപ്പെടുവിക്കും.

തമോദ്വാരത്തിന്റെ ഘടനയെപ്പറ്റി ഇനി നോക്കാം.തമോദ്വാരങ്ങൾ പ്രധാനമായും രണ്ടുതരമുണ്ട്: സ്വയം കറങ്ങുന്നതും , കറങ്ങാത്തതും.അവയെപ്പറ്റിയുള്ള കാര്യങ്ങൾ പുറകേ പറയാം.തമോദ്വാരത്തിന്റെ പ്രധാന ഭാഗങ്ങൾ(മേഖലകൾ) എന്തൊക്കെയെന്ന് നമുക്ക് നോക്കാം.
തമോദ്വാരത്തിന്റെ പ്രധാന ഭാഗങ്ങൾ:
• Event Horizon
• Singularity
•Ergosphere
•Photon Sphere

Event Horizon: നമ്മൾ ഒരു തമോദ്വാരത്തെ വീക്ഷിക്കുകയാണെന്ന് സങ്കൽപ്പിക്കുക.അങ്ങനെയെങ്കിൽ, നമ്മൾ കാണുന്ന തമോദ്വാരത്തിന്റെ ഭാഗത്തെ Event Horizon അഥവാ സംഭവചക്രവാളം എന്നു പറയുന്നു.സംഭവചക്രവാളം എന്ന പേരിൽ തന്നെ അതിന്റെ അർത്ഥം ഒളിഞ്ഞിരിപ്പുണ്ട്.ഒരു തമോദ്വാരത്തിൽ നടക്കുന്ന സംഭവവികാസങ്ങൾ ഒരു ബാഹ്യ നിരീക്ഷകൻ കാണാൻ സാധിക്കുന്നതിന്റെ പരിധി/അതിര്/ചക്രവാളം ആണ് Event Horizon.അതായത്, തമോദ്വാരത്തിനുളിൽ നടക്കുന്ന പ്രവർത്തനങ്ങൾ Event Horizonൽ നിന്നും പുറത്തുകടക്കില്ല.അതുകൊണ്ടുതന്നെ, നമുക്ക് അവയൊന്നും തന്നെ കാണാൻ സാധിക്കുകയുമില്ല.തമോദ്വാരത്തിന്റെ Event Horizonൽ പലായന പ്രവേഗം പ്രകാശ വേഗത്തോട് തുല്യമാകും(പലായനപ്രവേഗം= പിണ്ഡം കൂടുതലുള്ള ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഗുരുത്വാകർഷണ ബലം ഭേദിച്ച് പുറത്തുപോകാൻ ഒരു വസ്തുവിന് വേണ്ട കുറഞ്ഞ പ്രവേഗമാണ് പലായനപ്രവേഗം/ Escape Velocity).ഇതിൽ നിന്നും നമുക്ക് മനസ്സിലാക്കാൻ സാധിക്കുന്നത് എന്തെന്നാൽ, പ്രകാശത്തിനുപോലും Event Horizonൽ പെട്ടുപോയാൽ പുറത്തേക്ക് പോകാനാവില്ല.സ്വയം കറങ്ങാത്ത തമോദ്വാരങ്ങളുടെ Event Horizonന്റെ ആരത്തെ ആ തമോദ്വാരത്തിന്റെ Schwarzchild Radius എന്നു പറയാം.

Singularity: തമോദ്വാരത്തിന്റെ കേന്ദ്രത്തെ Singularity എന്ന് വേണമെങ്കിൽ വിശേഷിപ്പിക്കാം.ഒരു തമോദ്വാരത്തിന്റെ മുഴുവൻ പിണ്ഡവും അടങ്ങുന്ന മേഖലയാണ് Singularity.എന്നാൽ, Singularityയിൽ, ഈ പിണ്ഡത്തെ ഉൾക്കൊള്ളിക്കുവാനുള്ള വ്യാപ്തം ശൂന്യമാണ്! അതായത്,സാധനങ്ങൾ വയ്ക്കാൻ സ്ഥലമില്ലാത്ത ഒരിടത്ത് കുറേ സാധനങ്ങൾ വച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ😲! അതുകൊണ്ടുതന്നെ ഈ മേഖലയിലെ സാന്ദ്രത അനന്തമാണ് (infinite density) [ie, volume=0 , density= infinite). Singularityയിലുള്ള ഗുരുത്വാകർഷണവും അനന്തമാണ്.നമ്മുടെ ചിന്തകൾക്കും, സങ്കൽപ്പങ്ങൾക്കും മേലെയാണ് തമോദ്വാരത്തിലെ Singularityയിലുള്ള അവസ്ഥ.സ്വയം ഭ്രമണം ചെയ്യാത്ത തമോദ്വാരങ്ങളിൽ Singularity ഒരു ബിന്ദുവായി കാണപ്പെടുന്നു.എന്നാൽ, ഭ്രമണം ചെയ്യുന്ന തമോദ്വാരങ്ങളിൽ, Singularity വലിയ രൂപത്തിലായി കാണപ്പെടുന്നു.

Ergosphere: Event Horizonനു പുറമേയുള്ള ഒരു മേഖലയാണ് Ergosphere.ഒരു തമോദ്വാരത്തിന്റെ Ergosphere മേഖലയിലേക്ക് ഒരു വസ്തു കടക്കുമ്പോൾ അത് തമോദ്വാരത്തിന്റെ ഗുരുത്വാകർഷണ പരിധിയിലാവുന്നു.ഒരു തമോദ്വാരത്തിന്റെ Ergosphereൽ അകപ്പെട്ട ഒരു വസ്തുവിന് ആ മേഖലയിലുള്ള പലായനപ്രവേഗത്തെക്കാൾ കൂടുതൽ വേഗത്തിൽ പുറത്തേക്ക് സഞ്ചരിക്കാൻ കഴിയുമെങ്കിൽ, ആ വസ്തു തമോദ്വാരത്തിൽ നിന്നും രക്ഷപ്പെടും😌.

Photon Sphere: തമോദ്വാരത്തിന്റെ Event Horizonനും പുറമേയുള്ള മറ്റോരു മേഖലയാണ് Photon Sphere.ഈ മേഖലയിൽ പ്രകാശ കണികകളിയ ഫോട്ടോണുകൾ തമോദ്വാരത്തെ പരിക്രമണം ചെയ്യുന്നു. ഈ മേഖലയിൽ പലായന പ്രവേഗം പ്രകാശവേഗത്തേക്കാൾ അല്പം കുറവാണ്.അതുകൊണ്ടുതന്നെ, ഇവിടെ അകപ്പെട്ടുപോയ പ്രകാശത്തിന് രക്ഷപ്പെടാൻ ചിലപ്പോൾ സാധിക്കും.മറുവശത്ത്, ഇങ്ങനെ പരിക്രമണം ചെയ്തുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന പ്രകാശം Event Horizonന്റെ അടുത്തേക്ക് നീങ്ങാനും സാധ്യതയുണ്ട്.
To be continued 😉...

ഈ പോസ്റ്റിന്റെ മൂന്നാം ഭാഗത്തോടുകൂടി തമോദ്വാരത്തെപ്പറിയുള്ള കാര്യങ്ങൾ എന്റെ സുഹൃത്തുക്കൾക്ക് പറഞ്ഞ്, അവസാനിപ്പിക്കാമെന്ന് വിശ്വസിക്കുന്നു😀.

Part-3യിൽ, എന്താണ് ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷൻ, വിവിധതരം തമോദ്വാരങ്ങൾ,
തമോദ്വാരത്തിൽ അകപ്പെട്ടാലുള്ള (Imagination + theoretical analysis) അവസ്ഥ, തമോദ്വാരങ്ങൾ യഥാർത്ഥത്തിൽ ഉണ്ടോ,തുടങ്ങിയവയെപ്പറി നമുക്ക് നോക്കാം😃.