கருந்துளைகள் எவ்வாறு உருவாகின்றன? ஒளியை கூட உள்ளிழுத்துக் கொள்ளும் மர்மம் என்ன?

கருந்துளை. விண்வெளியின் மிகவும் விசித்திரமான, மர்மமான வான்பொருள்களில் ஒன்று. கருந்துளையின் இருப்பு மனிதர்களால் எப்போது கண்டுபிடிக்கப்பட்டது, எப்படி கண்டுபிடிக்கப்பட்டது?

விரிவாக இந்தக் கட்டுரையில் காணலாம்...

கருந்துளையைப் பற்றித் தெரிந்துகொள்வதற்கு முன்பாக, நாம் விடுபடு திசைவேகம் பற்றிக் கொஞ்சம் புரிந்துகொள்ள வேண்டியது அவசியம். அதை ஓர் எடுத்துக்காட்டோடு புரிந்துகொள்ள முயல்வோம்.

உங்கள் கையில் சிறிய கல் ஒன்றை வைத்திருப்பதாகக் கற்பனை செய்துகொள்வோம். அந்தக் கல்லை மேல்நோக்கி வீசுகிறீர்கள். அப்படி மேலே வீசப்படும் கல் என்னவாகும்?

வழக்கமாக, மேல் நோக்கிச் சென்ற கல் கீழ்நோக்கி விழத்தானே செய்யும். அதுதானே இயல்பு. மேலே செல்லும் எதுவும் கீழ்நோக்கி வரவே செய்யும் என்றொரு சொலவடை உண்டு.

ஆனால், இயற்பியலின்படி மேல்நோக்கிச் செல்லும் அனைத்துமே கீழே விழுகாது.

பூமியின் தளையிலிருந்து விடுபட வைக்கும் 'விடுபடு திசைவேகம்'

ஒருவேளை நீங்கள் அந்தக் கல்லை விநாடிக்கு 11.2கி.மீ வேகத்தில் மேல்நோக்கி வீசினீர்கள் என்றால், அதில் உராய்வு விசை போன்றவை ஏதும் இல்லையென்றால், அது பூமியின் புவியீர்ப்பு விசைத் தளையிலிருந்து விடுபட்டு மேல் நோக்கி விண்வெளியில் சென்றுகொண்டே இருக்கும்.

அப்படி பூமியின் தளையிலிருந்து ஒரு பொருளை விடுபட வைக்கும் அளவுக்கான வேகம், விடுபடு திசைவேகம் (Escape velocity) எனப்படும்.

பூமியின் தரைப்பரப்பில் விடுபடு திசைவேகம் , 11.2 கி.மீ. பூமியின் தரைப்பரப்பில் விடுபடு திசைவேகம் 11.2கி.மீ. ஆனால், அதிலிருந்து 500 கி.மீ உயரத்திற்குச் சென்றால் விடுபடு திசைவேகம் விநாடிக்கு 7.62 கி.மீ மட்டுமே இருக்கும்.

பூமியின் நிறையில் ஆறில் ஒரு பகுதி நிறை மட்டுமே உடைய நிலவின் விடுபடு திசைவேகம், 2.4 கி.மீ மட்டுமே. அதுவே பூமியைவிட 318 மடங்கு அதிக நிறை கொண்ட வியாழன் கோளின் விடுபடு வேகம் 60.2 கி.மீ.

சூரியன், பூமியைவிட 3,33,000 மடங்கு அதிக நிறை கொண்டது. அதன் விடுபடு திசைவேகம் 615 கி.மீ. இருப்பதிலேயே மிகச் சிறிய கோளாக, ‘குள்ளக் கோளாக’ கருதப்படும் செரிஸ் எனப்படும் கோளின் விடுபடு திசைவேகம் 0.64கி.மீ மட்டுமே.

அதேநேரம், சூரியனை போல் இருபது மடங்கு நிறை மற்றும் 1,200 மடங்கு பருமனைக் கொண்ட திருவாதிரை விண்மீனின் விடுபடு திசைவேகம் நொடிக்கு 79.75 கி.மீ மட்டுமே.

இதன்மூலம் நமக்கு ஒன்று தெளிவாகிறது. அதாவது, ஒரு கோளின், வான்பொருளின் திணிவை பொறுத்து அதன் விடுபடு வேகமும் இருக்கும்.

ஒளியை விழுங்கும் கருந்துளை

இதோடு, இன்னோர் அம்சத்தையும் நாம் புரிந்துகொள்ள வேண்டியுள்ளது. ஒரு பொருளின் பருமனை பொறுத்தும் விடுபடு வேகத்தில் மாற்றம் இருக்கும். அதாவது ஒரு பொருளின் நிறை மற்றும் பருமனை சார்ந்து விடுபடு திசைவேகம் அமையும் என்றால், அந்தப் பொருளின் திணிவு அதிகமாகும்போது விடுபடு வேகமும் அதிகமாகும் என்ற முடிவுக்கு வரலாம்.

இப்போது ஒரு வான்பொருளை கற்பனை செய்து பார்ப்போம். அந்த வான் பொருளின் திணிவு மிக மிகக் கூடுதல் எனக் கொள்வோம். அந்த வான்பொருளின் விடுபடு திசைவேகம் , தோராயமாக விநாடிக்கு மூன்று லட்சம் கி.மீ எனக் கொள்வோம். இவ்வளவு அதீத நிறை, அதீத விடுபடு வேகத்துடன் இருக்கும் வான்பொருள் மிகவும் விந்தையான ஒன்றாக மாறிவிடும்.

ஒளியின் வேகம் 2,99,792 கி.மீ. அதாவது அந்த வான்பொருளின் விடுபடு திசைவேகம் ஒளியின் வேகத்தைவிட அதிகம். ஆக, அந்த வான்பொருளில் இருந்து ஒளிரும் ஒளிகூட அதைவிட்டு வெளியேற முடியாது.

மேலே எறிந்த கல் கீழே விழுவதைப் போல அந்த வான் பொருளில் இருந்து வெளிப்படும் ஒளி மேல்நோக்கி உயர்ந்து, பிறகு வளைந்து, மீண்டும் அதற்குள்ளாகவே விழுந்துவிடும்.

நிலவு தானாக ஒளிர்வதில்லை என்பது நமக்குத் தெரியும். அது சூரியனின் ஒளியைப் பிரதிபலிப்பதால் ஒளிர்கிறது. ஆனால், அதுவே மூன்று லட்சத்திற்கும் அதிகமான விடுபடு வேகத்தைக் கொண்டிருக்கும் இந்த விந்தைமிக்க வான்பொருளில் அப்படி வேறு ஏதேனும் ஒன்றிலிருந்து ஒளி வந்து பட்டாலும்கூட, அந்த ஒளிக்கீற்றுகள் பிரதிபலித்து வெளியே வராது.

ஆக, மிக மிக அதிகளவு விடுபடு திசைவேகம் கொண்டிருக்கும் ஒரு வான்பொருளில் உருவாகும் ஒளியும் வெளியேற முடியாது, வேறு எதிலாவது இருந்து அதில் படும் ஒளியும் பிரதிபலித்து வெளியேற முடியாது.

அப்படி ஒளியை வெளியேறவிடாமல் இருக்கும் அந்த வான்பொருள், விண்வெளியில் ஒரு கருமையான ஓட்டையைப் போலக் காட்சி தரும். அதுதான் கருந்துளை.

கருந்துளை ஆய்வின் முதல்படி

சூரியனை போன்று திணிவும் அதைவிட ஐநூறு மடங்கு அதிக பருமனும் கொண்ட வான் பொருளின் விடுபடு திசைவேகம் ஒளியின் வேகத்தைவிடக் கூடுதலாக இருக்கும் என்ற கூற்றை முதன்முதலில் கண்டுபிடித்தவர் ஜான் மைக்கேல் என்ற ஆங்கிலேய விஞ்ஞானி.

இதை 1783இல் அவர் கண்டறிந்தபோது, இதுபோன்ற விந்தையான விண்மீன்களை ‘கருமை விண்மீன்கள்’ என்று அவர் குறிப்பிட்டார்.

பிறகு 1916ஆம் ஆண்டில் கார்ல் ஸ்வார்சைல்ட் என்ற விஞ்ஞானி, ஐன்ஸ்டீனின் பொது சார்பியல் தத்துவத்தின் அடிப்படையில், கால வெளி வளைவாக்கம் (Space time curvature) என்பதன் அடிப்படையில், குறிப்பிட்ட அளவைவிட அதிகமாக காலவெளி வளைந்துவிட்டது என்றால், அதிலிருந்து ஒளி உட்பட எதுவுமே வெளியே வர முடியாது என்பதை நிறுவினார்.

அதாவது, மிக மிகக் கூடுதலாக கால வெளி வளைந்திருக்கும் பகுதியில் மரணக் கிணறு போல மிக மிக ஆழமான ஆற்றல் குழி ஏற்பட்டு, அதிலிருந்து ஒளி உட்பட மின்காந்த அலைகள் எதுவும் வெளியேற முடியாது என்பதை அவர் நிறுவினார். இதுதான் கருந்துளை குறித்த நவீன கருத்தியலின் முதல் படியாக அமைந்தது.

கருந்துளை எப்படி கண்டுபிடிக்கப்பட்டது?

அதன் பிறகு, 1971இல் கண்களுக்குப் புலப்படாத ‘சிக்னஸ் எக்ஸ்-1’ என்ற வான்பொருளின் திணிவை கணக்கிட்டார்கள். அதைக் கணக்கிட்டுப் பார்தததன் மூலம் அது கருந்துளையாகத்தான் இருக்க முடியும் என்ற அனுமானத்திற்கு விஞ்ஞானிகள் வந்தனர். இதுதான் நமக்குத் தெரிய வந்த முதல் கருந்துளை.

சிக்னஸ் எக்ஸ்-1 கருந்துளையாக இருக்கலாம் என்பது ஓர் அனுமானம் மட்டுமே. ஆனால், நிச்சயமாக ஓரிடத்தில் கருந்துளை இருக்கிறது என்று சமீபத்தில் இரண்டு விஞ்ஞானிகள் நிரூபித்தார்கள்.

நம்முடைய பால்வழி மண்டலத்தின் நடுவே சாஜிடேரியஸ் ஸ்டார் என்ற மாபெரும் கருந்துளை உள்ளது என ரெய்ன்ஹார்ட் ஜென்செல், ஆண்ட்ரியா கெஸ் ஆகியோர் கண்டுபிடித்தனர்.

பூமிக்கும் சூரியனுக்கும் சுள்ள தொலைவு போல 130 மடங்கு பருமன் கொண்ட அளவிலான சிறு பகுதியில், சுமார் ஐந்து லட்சம் மடங்கு சூரிய நிறை கொண்ட பொருட்களின் திணிவு உள்ளதாக இந்த வான்பொருள் உள்ளது என்றும் இது கருந்துளையாகத்தான் இருக்க வேண்டும் என்றும் இவர்கள் நிறுவினார்கள்.

இந்த ஆய்வுக்காக அவர்களுக்கு 2020ஆம் ஆண்டுக்கான இயற்பியல் நோபல் பரிசு அளிக்கப்பட்டது.

இதன்மூலம் மனித சமூகத்திற்கு கருந்துளை என்பது கற்பிக்கப்பட்ட யூகம் மட்டுமில்லை, அதுவொரு விந்தையான வான்பொருள் என்று நிறுவப்பட்டது. ஆண்டாண்டு காலமாக நீடித்து வந்த விண்வெளியின் மர்மமும் இதன்மூலம் விலக்கப்பட்டது.

தயாரிப்பு: க. சுபகுணம், பிபிசி தமிழ்

சமூக ஊடகங்களில் பிபிசி தமிழ்: