Black Hole - ஒளியும் தப்பாது !

இந்த அண்ட சராசரத்தில் இருக்கும் மிக ஆச்சரியத்தக்க விசயங்களில் ஒன்று 'Black Hole'.

இந்த அண்டமானது 13.8 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன் பெரு வெடிப்பிலிருந்து(Big Bang theory) உண்டானதாக கருதப்படுகிறது. அப்படி உண்டாகியபொழுது அது லித்தியத்தை விட கடினமான தனிமங்களைக் கொண்டிருக்கவில்லை . லித்தியமானது தனிம வரிசை அட்டவணையில் ஹைட்ரஜன், ஹீலியத்திற்கு அடுத்து 3 வது இடத்தில் உள்ளது. இந்த வாயுக்களில் ஹைட்ரஜனே மிக அதிக அளவில் இருந்தது . இப்படி உண்டான அண்டத்தில் இந்த வாயுக்கள் ஒன்றை ஒன்று சுற்றிக் கொண்டிருந்தன. இந்த சுழற்சியால் ஒரு ஈர்ப்பு விசை உருவானது. அந்த ஈர்ப்பு விசையால் மேலும் மேலும் அதிக வாயுக்கள் ஈர்க்கப்பட்டன. இந்த அதிகப்படியான வாயுக்களால் மேலும் அதிக ஈர்ப்பு விசை உருவானது. இத்தகைய தொடர் வினையால் வாயுக்கள் ஈர்க்கப்பட்டு ஒரு பந்து போன்று உருவானது. அந்த கோளத்திற்கு ஒரு ஈர்ப்பு விசையும் உருவானது. இந்த வாயுக்களால் உண்டான அந்த கோளம் தனக்கான நிறையையும் (Mass) கொண்டிருந்தது. இப்படியாக உண்டான ஈர்ப்பு விசை , நிறையால் அந்த கோளத்தின் மத்தியில் வெப்பம் உண்டானது. இப்படி உண்டான வெப்பத்தால் ஹைட்ரஜன் அணுக்கரு இணைவு நடக்க ஆரம்பித்தது. அதாவது இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கருக்கள் இணைந்து ஹீலியம் அணுக்கரு உண்டானது . அப்பொழுது மேலும் அதிக வெப்பம் உண்டானது . இந்த அதிக வெப்பத்தால் மேலும் அதிக ஹைட்ரஜன் அணுக்கரு நடைபெற்றது . இப்படி தனக்கான நிறை, ஈர்ப்பு விசை, வெப்பம் இவற்றைக் கொண்டிருந்த இந்தக் கோளங்களே நட்சத்திரங்கள் (Star) ஆகும் . இப்படி நட்சத்திரத்தின் மையத்தில் உண்டான வெப்பமானது நட்சத்திரத்தின் வெளி நோக்கிச் சென்று நட்சத்திரத்தின் பரப்பை அடைந்து வெளியேறியது.

இந்த நட்சத்திரங்கள் மிக அதிக ஈர்ப்பு விசை கொண்டிருந்தன. இந்த உள்நோக்கிய ஈர்ப்பு விசையானது அந்த நட்சத்திரங்களில் உண்டாகி வெளி நோக்கிச் செல்லும் வெப்ப ஆற்றலால் ஈடுசெய்யப்பட்டது. இதனாலையே இந்த நட்சத்திரங்கள் அதனுடைய ஈர்ப்பு விசையாலையே ஈர்க்கப்பட்டு உருக்குலையாமல் உள்ளன.

நட்சத்திரங்களில் நடக்கும் அணுக்கரு இணைவானது அதனுடைய மைய்யத்திலேயே ஆரம்பிக்கின்றன. ஏனெனில் அதனின் மையம்தான் மற்ற எல்லாப்பகுதிகளைக் காட்டிலும் அதிக வெப்பம் மற்றும் அழுத்தம்  கொண்டிருக்கும். அணுக்கரு நிகழ்வு நடக்க மிக அதிக வெப்பம் தேவை. இப்படி நட்சத்திரத்தின் மையத்தில் ஆரம்பித்த அணுக்கரு நிகழ்வு அப்படியே வெளி நோக்கி நடக்கும். இப்படியான அணுக்கரு இணைவால் நட்சத்திரத்தின் மையத்தில்  தேவையான அளவு ஹீலியம் சேகரமாகி இருக்கும். அதோடு தேவையான அளவு வெப்பமும் உருவாகி இருக்கும். இப்பொழுது ஹீலியம் அணுக்கள் இணைந்து ஆக்சிசன் உருவாக ஆரம்பிக்கும். இப்படி ஆக்சிசன் உருவானவுடன் அதற்கடுத்து ஆக்சிசன் அணுக்கள் இணைந்து கார்பன் அணுக்கள் உருவாகும் . இது ஒரு தொடர் வினையாகும் .

ஒரு நட்சத்திரத்தின் வாழ்நாளின் பெரும் பகுதிகளில் ஹைட்ரஜன் அணுக்கரு இணைவே நடைபெறும். ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் தீரும் நிலையில்தான் மற்ற அணுக்கரு இணைவு நடக்க ஆரம்பிக்கும். ஒரு வயது முதிர்ந்த நட்சத்திரத்தின் ஒவ்வொரு அடுக்கிலும் (layer) ஒவ்வொரு அணுக்கரு இணைவு நடக்கும் . அதனுடைய மையத்தில் மிக அதிக கனமான தனிமத்தின் அணுக்கரு நிகழ்வும் அதற்கடுத்து அதைவிட  லேசான தனிமத்தின் அணுக்களின் நிகழ்வும் அதற்கடுத்து அதை விட லேசான தனிமம் என்று கடைசியில் அதன் வெளிப்புறத்தில் ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் இணைந்து ஹீலியம் உருவாகும். ஒரு நட்சத்திரத்தின் மையத்தில் எப்பொழுதுமே மிக கனமான தனிமத்தின் அணுக்கரு நிகழ்வு நடக்கக் காரணம் எப்பொழுதுமே மைய்யத்தில்தான் நட்சத்திரத்திலேயே மிக கனமான தனிமம் உருவாகி இருக்கும் மேலும் கனமான தனிமங்களின் அணுக்கரு நிகழ்வு நடக்கத் தேவையான அளவு அதிக வெப்பமும், அழுத்தமும் இருக்கும்.

இப்படியாக ஒரு நட்சத்திரத்தில் இரும்பு வரை கடினமான தனிமங்கள் உருவாகும். இப்படியாக கடைசியாக உருவான இரும்பில் கடைசியாக அணுக்கரு இணைந்து தங்கம், பாதரசம் , டைட்டானியம் , யுரேனியம் போன்ற கனமான தனிமங்கள் உருவாகும். இந்த நிலையில் அந்த நட்சத்திரம் சூப்பர்நோவாவாக வெடித்து அண்ட வெளியில் தனிமங்களை இரைக்கும் . கடைசியாக எஞ்சி இருக்கும் அந்த மையம் நியூட்ரான் நட்சத்திரம் என்று அழைக்கப்படும் . இந்த நியூட்ரான் நட்ச்சத்திரங்கள் மிகச் சிறியதாக இருந்தாலும் இவை மிக அதிக நிறை கொண்டிருக்கும். அந்த நிறையே அதற்கு மிக அதிக ஈர்ப்பு சக்தியைக் கொடுக்கும். இத்துடன் கிட்டத்தட்ட நட்சத்திரம் என்ற நிலை முடிந்து விடும்.

இத்தகைய மிக அதிக ஈர்ப்பு சக்தி கொண்ட இரண்டு நியூட்ரான் நட்ச்சத்திரங்கள் நெருங்கும் பொழுது அவை ஒன்றை ஒன்று ஈர்த்து ஒன்றை ஒன்று சுற்றி சுழல ஆரம்பிக்கும். இப்படி சுழலும் பொழுது அவற்றின் சுழற்சி வேகம் அதிகரிக்கும் மற்றும் அவற்றிற்கிடையேயான தூரம் குறைய ஆரம்பிக்கும். அவற்றின் சுழற்சி வேகம் கிட்டத்தட்ட 67 மில்லியன் mph ஐ அடையும் . அத்தகைய தருணத்தில் அவை ஒன்றுடன் ஒன்று மோதி உருக்குழையும். இப்பொழுது அவற்றின் இரண்டின் நிறையும் இணைந்து மிக அதிகப்படியான நிறை உருவாகும் . இப்படி உருவான நிறை மிகப் பிரமாண்ட அளவிலான ஈர்ப்பு விசையைக் கொண்டிருக்கும் . அது எத்தகைய அளவிலான ஈர்ப்பு விசை என்றால் அதன் ஈர்ப்பிலிருந்து ஒளி கூட தப்பிக்க முடியாது . ஆம் அதுதான் Black Hole .

இதே போன்று மிகப் பெரிய நட்சத்திரங்களில் எரிபொருள் தீர்ந்து போகும்போது , அந்த நட்சத்திரத்தின் உள்நோக்கிய மைய ஈர்ப்பு விசையை ஈடு செய்யக்கூடிய அளவிற்கு அதன் வெளி நோக்கிச் செல்லும்  அணுக்கரு இணைவால் உருவாகக் கூடிய ஆற்றல் இருக்காது . இதனால் அந்த நட்சத்திரத்தின் மைய ஈர்ப்புவிசையால் அந்த நட்ச்சத்திரமே ஈர்க்கப்பட்டு , அதன் நிறையானது மிகக் குறைந்த இடத்தில் மிக அதிக நிறை குறுக்கப்படும். அது மேலும் மிக அதிக ஈர்ப்பு விசையை உருவாக்கும் அது மேலும் மிக அதிக நிறையை ஈர்த்து மிகக் குறைந்த இடத்தில் மிக அதிக நிறையைக் குவிக்கும் . Black Hole இன் மிக அடிப்படையே அதனின் மிகப் பிரமாண்டமான ஈர்ப்பு விசையாகும். அந்த பிரமாண்ட ஈர்ப்பு விசையானது மிகக் குறைந்த இடத்தில் மிக அதிக நிறையைக் குவிப்பதால் உருவாகிறது. எடுத்துக்காட்டாக பூமியின் நிறை கொண்ட ஒரு Black Hole 9mm அளவிலேயே இருக்கும் . அதாவது 5.9736×10²⁴ kg நிறையானது 9mm இடத்தில் குவிக்கப்பட்டிருக்கும்!. இன்னும் விரிவாகச் சொன்னால் 12,742 km விட்டம் (diameter) கொண்ட பூமியின் நிறையானது 9mm இடத்தில் குவிக்கப்பட்டால் அது ஒரு Black Hole!. இப்படி மிகப் பெரிய நட்சத்திரங்கள் தமது வாழ்நாளின் முடிவில் Black Hole ஆக உருமாறும்.

இப்படி உருவான Black Hole தன்னைச் சுற்றிலும் உள்ள பொருட்களை ( மற்ற நட்சத்திரங்கள் உட்பட !) ஈர்த்து விழுங்க ஆரம்பிக்கும். இப்படி மற்ற பொருட்களை ஈர்ப்பதால் அதனுடைய நிறை அதிகரிக்க ஆரம்பிக்கும் . இதனால் அதனுடைய ஈர்ப்பு விசை மேலும் அதிகரிக்க ஆரம்பிக்கும் . அது மேலும் பொருட்களை ஈர்க்க ஆரம்பிக்கும். இப்படி Black Hole பெரிதாக ஆரம்பிக்கும் . மேலும் இரண்டு Black Hole ஒன்றை ஒன்று ஈர்த்து இணையும் பொழுது அது மேலும் மிகப் பெரிய Black Hole ஆக உருமாறும்.

இப்பேரண்டமானது தன்னகத்தே மிகப் பிரமாண்ட அளவிலான Black Hole களைக் கொண்டிருக்கிறது. இப்பேரண்டத்திலுள்ள பெரும்பாலான galaxy களும் தன்னுடைய மையத்தில் மிகப் பிரம்மாண்டமான Black Hole களைக் கொண்டிருக்கிறது. நம்முடைய சூரியன் அமைந்திருக்கும் பால் வெளி மண்டலமும் (Milkyway Galaxy) தன்னுடைய மையத்தில் மிகப் பெரிய Black Hole யைக் கொண்டிருக்கிறது. இந்த Black Hole கள் அதனுடைய நிறையைக் கொண்டு வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக சூரியனின் நிறையை ப் போன்று 1,00,000 மடங்கு முதல் ஆயிரம் கோடி வரை நிறை கொண்ட Black Hole கள் Supermassive Black Hole கள் என்றழைக்கப்படுகின்றன . இவை இவ்வளவு நிறை கொண்டிருந்தாலும் இவற்றின் அளவு சில மில்லி AU லிருந்து 400 AU வரைதான் இருக்கும் ( AU - Austronomical Unit என்பது சூரியனுக்கும் பூமிக்கும் இடையே உள்ள தூரம் ஆகும் . அதாவது 149,597,870.700  km ஆகும் ) . இவ்வளவு பெரிய Black Hole களுடன் மிகச் சிறிய Black Hole களும் உள்ளன. நமது நிலாவின் அளவிற்கு நிறை கொண்ட Black Hole கள் Micro Black Hole கள் என்றழைக்கப்படுகின்றன. அவற்றின் அளவு 0.1 mm ஆகும்!.

ஒரு Black Hole ஐப் பார்த்தால் ஒரு கருப்பு வட்டம் போன்று இருக்கும். Black Hole இன் விளிம்புப் பகுதி. Event Horizon எனப்படும் . ஒரு Black Hole ஐச் சுற்றி வாயுக்களும் , தூசு உள்ளிட்ட மற்றப் பொருட்களும் சுற்றி வரும் (Spinning around the black hole). இந்தப் பகுதி Accretion Disc எனப்படும் . வாயுக்களும் , தூசுகளும் இந்த Accretion Disc இல் இருக்கும் வரை தப்பிப்பதற்கான வாய்ப்பாவது இருக்கும். எப்பொழுது ஒரு பொருள் Event Horizon ஐ அடைகிறதோ அப்பொழுது அது மீளவே முடியாத Black Hole இல் விழுந்து விடும். அதாவது அந்தப் பொருளிலிருந்து வெளியேறும் ஒளி கூட Black Hole லிலிருந்து வெளியேற முடியாது . ஏனெனில் Black Hole இன் ஈர்ப்பு விசையானது ஒளியின் வேகத்தை விட அதிகம் . அதனால்தான் ஒளிகூட Black Hole லிலிருந்து தப்ப முடியாது. இது Event Horizon என்று அழைக்கப்படுவதற்கு காரணம் அதில் நடைபெறும் எந்த ஒரு நிகழ்வும் (Event) வெளியிளிருப்பவற்கு தெரியவே தெரிய வராது.

இப்படி ஈர்க்கப்படும் பொருளானது , Black Hole இன் மையத்தை அடையும் . இந்த மையமே Singularity எனப்படும். இந்த Singularity யிலேயே Black Hole இன் மொத்த நிறையும் குவிந்திருக்கும். இந்த Singularity அளவற்றது. அதாவது அளவே இல்லாதது , Zero Volume. ஆம் Black Hole இன் முழு நிறையும் ஒரு புள்ளியில் குவிக்கப்பட்டிருக்கும். ஆனால் அந்தப் புள்ளி அளவற்றது. இப்படி ஒரு புள்ளியில் மொத்த நிறையும் குவிக்கப்பட்டிருப்பதாலையே அது அளவற்ற ஈர்ப்பு விசையைக் கொண்டிருக்கிறது . இதுவரை நாம் கூறிய Black hole இன் அளவு ( 0.1 mm முதல் 400 AU) என்பது அந்த Event Horizon னின் (ஆரம்) அளவே ஆகும் .

Black Hole ஐப் பற்றிய ஆச்சரியப்படத்தக்க விசயங்களில் ஒன்று, Black Hole நேரத்தை வளைக்கக் கூடியது. Black Hole இன் ஒரு இடத்திலிருந்து மற்றொரு இடத்தில் நேரம் மாறக்கூடியது. அதாவது Event Horizon இல் இருக்கும் நேரத்தை விட Singularity க்கு அருகில் இருக்கும் பகுதியில் நேரம் மெதுவாக ஓடும். இது எப்படி சாத்தியம் என்றால், அதிக ஈர்ப்பு விசை இருக்கும் இடத்தில் நேரமானது குறைவான ஈர்ப்பு விசை இருக்கும் இடத்தை விட மெதுவாகச் செல்லும் . ஆகாயத்தில் விமானத்தில் வைக்கப்பட்ட கடிகாரமானது (Automic Clock), பூமியில் வைக்கப்பட்ட கடிகாரத்தை விட வேகமாகச் செல்லும். இப்பேரண்டத்தில்  ஒரு இடத்திற்கும் மற்றொரு இடத்திற்கும் இடையாயான ஈர்ப்புவிசை வித்தியாசம் அதிகம் கிடையாது. அதனால் அதை பெரிதாக உணர முடியாது. ஆனால் Black Hole இல் ஒரு இடத்தில் இருக்கும் ஈர்ப்பு விசைக்கும் மற்றொரு இடத்தில் இருக்கும் ஈர்ப்பு விசைக்கும் இடையேயான வித்தியாசம் மிக அதிகம். அது எந்த அளவிற்கு என்றால் ஒருவர் ஒரு Black Hole இல் விழுந்தால் அவரின் தலையில் உணரப்படும் ஈர்ப்பு விசையை விட காலில் உணரப்படும் ஈர்ப்பு விசை மிக அதிகமாக இருக்கும் . இத்தகைய ஈர்ப்பு விசை வேறுபாட்டால் அவர் பிய்த்து எறியப்படுவார். இப்படி மிக அதிக ஈர்ப்பு விசை வித்தியாசம் இருப்பதால் , Black Hole இன் Singularity பகுதியில் நேரமானது infinity slow ஆகும். அதாவது கிட்டத்தட்ட நேரமானது ஓடாது!.

Black Hole - size zero, infinite density, infinite temperature, and infinite space-time curvature !.

Image Courtesy:
http://resources1.news.com.au/images/2013/04/03/1226611/300617-black-holes.jpg
http://i.space.com/images/i/000/013/577/i02/sygnux-black-hole.jpg?1322519885