ব্লাকহোল (Black Hole) বা কৃষ্ণগহ্বর-শতাব্দীর সবচেয়ে বিস্ময়কর আবিষ্কার!

ব্ল্যাকহোল বা কৃষ্ণগহ্বর সম্পর্কে প্রথম ধারনা প্রদান করেন কেমব্রিজ বিশ্ববিদ্যালয়ের ডন জন মিশেল। তিনি একটি বৈজ্ঞানিক প্রবন্ধে বলেন যে,একটি যথেষ্ট ভারী ও ঘনবিন্যস্ত নক্ষত্রের মহাকর্ষিয় ক্ষেত্র এতটাই শক্তিশালী হতে পারে যে সেখান থেকে আলোও বেরিয়ে আসতে পারবে না । এইরকম নক্ষত্রের নাম তিনি দেন Dark Star.

তবে ব্ল্যাকহোল সম্পর্কে প্রথম বৈজ্ঞানিক ধারনা দেন বিজ্ঞানী Karl Schwarzschild ( কার্ল শোয়ার্জশিল্ড )।তিনি আইনস্টাইন এর ফিল্ড ইকুয়েশন থেকে এই ব্ল্যাকহোল এর ভবিষ্যৎবাণী করেন । তাঁর মতে,সূর্যের চেয়ে অনেক ভারী নক্ষত্রের মৃত্যুর সময় নক্ষত্রটির ভিতরের পদার্থগুলোর মধ্যে অতিমাত্রায় মহাকর্ষিয় আকর্ষণ তৈরি হয় । ফলে পদার্থগুলো পরস্পরের আরো কাছে আসতে থাকে এবং দূরত্ব কমার ফলে এদের মধ্যবর্তী আকর্ষণ বলও বৃদ্ধি পেতে থাকে । এভাবে একসময় পদার্থগুলো এতো কাছে চলে আসে যে সম্পুর্ন নক্ষত্রটি একটি ছোট গোলকে পরিনত হয় ।তারপর ধীরে ধীরে এটি এতো ছোট হয়ে যায় যে একে একটি আয়তনহীন বিন্দু হিসেবে বিবেচনা করা যায় !এইসব আয়তনহীন বিন্দু ব্ল্যাকহোল এর সিঙ্গুলারিটি( Singularity) নামে পরিচিত । আয়তনশুন্য বিন্দুতে পরিনত হলেও এর মহাকর্ষ ক্ষেত্র থাকে বহুদুর পর্যন্ত । যেখানে ব্ল্যাকহোলের আকর্ষণসীমা শেষ হয় সেই প্রান্ত রেখাকে বলা হয় ঘটনা দিগন্ত ( Event Horizon). এই ঘটনা দিগন্তের ভেতর মহাকর্ষ ক্ষেত্র এতোটাই শক্তিশালী যে এর ভেতর থেকে আলোও বের হয়ে আসতে পারে না।

Black Hole Event Horizon. Image Credit: Space.Com

ব্লাকহোলের গ্রাভিটিক্যাল ফোর্স এতো বেশি যে এর চারপাশের একটি নিদিষ্ট রেঞ্জে যদি কোনোভাবে কোনো বস্তু এমনকি আলো আসলেও তা এই এরিয়া থেকে আর বের হতে পারে না। এই নিদিষ্ট রেঞ্জকে যা ছবিতে দেখতে অনেকটা শনির বলয়ের মতো , ঘটনা দিগন্ত বলে। ব্লাক হোল দেখা যায় না কারণ এখান থেকে আলো পর্যন্ত বের হতে পারে না। কিন্তু ঘটনা দিগন্ত থেকে আলো বিচ্ছুরত হতে পারে বলে এটা দেখতে শনির বলয়ে মতো দেখায়।সমীকরণের ভাষায় ঘটনা দীগন্ত-
R = 2GM / c^2

ব্লাক হোল এর গ্রাভিটি অনেক বেশি।এটি স্থান কালকে অসীম মাত্রায় বাকিয়ে দেয়।ব্লাক হোল এর ইভেন্ট হরাইজোন অঞ্চলে আসলে আলো নিজে নিজে সেখানে বেকে যায়। সেজন্য আলো সেখান থেকে বের হতে পারে না।আর ব্লাক হোল এর মুক্তিবেগ আলোর বেগের চেয়ে বেশি।এর আগে সুপার কম্পিউটারের সাহায্যে ব্ল্যাকহোলকে (অর্থাৎ হরাইজনকে ঘিরে রাখা আলোর অঞ্চল ও মাঝখানের ‘শ্যাডো’কে) কেমন দেখায় তা সিমুলেশন করা হয়েছে। এর মধ্যে একটি অনেকেরই পরিচিতঃ ‘ইন্টারস্টেলার’ মুভির সেই ব্ল্যাকহোল। ক্যালটেক এর নোবেলজয়ী পদার্থবিদ কিপ থর্ন-এর নেতৃত্বে ওই গ্রাফিক্সটি তৈরির জন্য প্রয়োজনীয় ফিজিক্স রিসার্চ করা হয়েছিল। সিনেমায় ব্যবহৃত ভার্সনটি অবশ্য সব দর্শকদের বোঝার সুবিধার্থে কিছুটা সরলীকৃত (যেমন- ঘূর্ণনগতির জন্য ডপলার অভিক্রিয়া ও মহাকর্ষীয় ডপলার অভিক্রিয়াকে বাদ দেওয়া হয়েছে) এবং সিনেমার প্রয়োজনে কিছুটা অতিরঞ্জিত দেখানো হয়।

সিনেমার ব্ল্যাকহোলের সাথে এটি অনেকটাই মিলে যাচ্ছে,তবে মাঝের আড়াআড়ি ডিস্কটি অনুপস্থিত। এর একটি ব্যাখ্যা হতে পারে যে ব্ল্যাকহোলটি পৃথিবীর সাথে একদম সোজাসুজি অবস্থায় নেই বরং কিছুটা বেঁকে আছে যাতে তার মেরু অঞ্চলটা কিছুটা আমাদের দিকে হেলে আছে ফলে নিরক্ষীয় ডিস্কটি নীচে নেমে গিয়ে সেখানকার অ্যাক্রেশন ডিস্ক ও ফোটন স্ফিয়ারের সাথে মিশে গেছে- ফলে ওপরের থেকে নীচের অংশটি বেশী উজ্জ্বলও।

Black Hole, Image Credit: LiveScience.Com

বিশাল দূরত্ব ও অত্যন্ত ক্ষীণতার কারণে ব্লাকহোলটি বেশ অস্পষ্ট,কিন্তু তার গঠনটি বেশ ভালভাবেই বোঝা যায়। চারদিকের আলোর রিংটি অ্যাক্রেশন ডিস্ক ও ফোটন স্ফিয়ার। মাঝের কালো ‘শ্যাডো’ অংশটি ব্ল্যাকহোল (বা তার ইভেন্ট হরাইজন) এর উপস্থিতি বোঝায়। ডিস্ক বা ফোটন স্ফিয়ার ছাড়া একে আলাদাভাবে দেখা যেত না।

ইভেন্ট হরাইজন. Image Credit: Wikipedia.org

আমরা যে কোনো অবজেক্ট দেখতে পাই যখন আলো ওই অবজেক্ট এর উপর রিফ্লেকসন হয়ে আমাদের চোখে প্রবেশ করে।প্রত্যেক অবজেক্ট আলো রিফ্লেকসন এবং এবসর্পশন দুটো প্রপার্টি দেখায়।যখন আমরা বই পড়ি তখন সূর্যের আলো বই এর পাতা যে রিফ্লেক্টসন হয়ে আমাদের চোখে পড়ে।সেই কারণে আমরা দেখতে পাই।যদি বই এর পাতা তা সব আলো এবসর্প করে নিত তাহলে কোনো আলো আমাদের চোখে পড়তো না এবং আমরা দেখতে পেতাম না।

Black Hole- এই অবজেক্ট টা সব আলো এবসর্প করে ।কোনো আলোর রিফ্লেকসন Black Hole এ হয় না।এই জন্য আমরা Black Hole দেখতে পাই না।কৃষ্ণগহ্বর এর সহজ সংজ্ঞা দিতে গেলে বলতে হবে, একটি তারা বা নক্ষত্র যখন মারা যায় তখন সৃষ্টি হয় একটি কৃষ্ণগহ্বর।

যেসব জ্যোতিষ্ক এর নিজস্ব আলো আছে তাদের তারা বা নক্ষত্র বলে জানি আমরা। এই আলো উৎপন্ন হয় কিভাবে?

আমরা লণ্ঠন জ্বালিয়ে আলো করতে তো জ্বালানি জোগান দিতে হয়। তাহলে নক্ষত্রেরও জ্বালানি দরকার। নক্ষত্রের জ্বালানি হল হইড্রোজেন এর সংযোজন বিক্রিয়া ও তার থেকে উদ্ভূত আলো ও শক্তি।এই নিয়মিত হইড্রোজেন সংযোজিত হওয়ার ফলে তার তুলনায় ভারী মৌলের উদ্ভব হয়। বহু লক্ষ বছর পর যখন জ্বালানি শেষ হয় তখন নক্ষত্রটির কেন্দ্রে ভারী মৌলের উপস্থিত এর জন্য মাধ্যাকর্ষণ শক্তির প্রভাবে এই ধরনের কৃষ্ণগহ্বর এর সৃষ্টি হয়। পাশাপাশি অর্থাৎ ওর মাধ্যাকর্ষণ বলয়ের বৃত্তে যা যা আসে তাকেই ওই গহ্বর গ্রাস করে,এমনকি আলো ঢুকলে তাও পেরিয়ে যেতে পারেনা, আলো কেও শোষণ করে নেয়। নক্ষত্রের আকার যত বড় হয় সেই অনুপাতে সেই নক্ষত্র থেকে সৃষ্ট কৃষ্ণগহবর এর আকার ও শক্তি বেশি হয়।

আসুন এখন আমরা জেনে নিই,একটি ঘূর্ণনশীল কৃষ্ণগহ্বর-এর গঠনঃ

• অ্যাক্রেশন ডিস্কঃ ব্ল্যাকহোল তার আশেপাশে থাকা গ্যাস ও অন্যান্য পদার্থকে দুর্দান্ত মহাকর্ষের দ্বারা গ্রাস করতে থাকে। ওই বস্তুগুলি ব্ল্যাকহোলকে কেন্দ্র করে চরকির মত ঘুরতে ঘুরতে ব্ল্যাকহোলে পড়ে যেতে থাকে। প্রচণ্ডবেগে গতিশীল এই বস্তুদের নিজেদের মধ্যে ঘর্ষণে এরা হয়ে ওঠে অকল্পনীয় উত্তপ্ত। এভাবে দারুণ গরম আর উজ্জ্বল যে ডিস্কের মত গঠন ব্ল্যাক হোলের চারদিকে সৃষ্টি হয় সেটাই হল ‘অ্যাক্রেশন ডিস্ক’।
• এরগোস্ফিয়ারঃ একটি ঘূর্ণনশীল ব্ল্যাকহোল যে শুধু স্থানকালকে চূড়ান্তভাবে দুমড়ে-মুচড়ে দেয় তা নয়, ব্ল্যাকহোলের ঘূর্ণনের কারণে তার চারদিকের স্থানকালও ঘুরতে থাকে (একে ‘Frame dragging’ বলে)। স্থানকালের এই অঞ্চলে একবার প্রবেশ করলে আর কেউই (বাইরের কোন পর্যবেক্ষকের সাপেক্ষে) স্থির অবস্থায় থাকতে পারেনা। এই অঞ্চলকে বলে ‘এরগোস্ফিয়ার’। অ্যাক্রেশন ডিস্ক সৃষ্টির পেছনে অনেকটা দায়ী এই এরগোস্ফিয়ার।
• রিলেটিভিসটিক জেটঃ ব্ল্যাকহোলের কাছাকাছি থাকা গ্যাস ও পদার্থকে যখন সে গোগ্রাসে গিলতে থাকে তখন সবটাই সে গিলে ফেলতে পারেনা। বিশেষ প্রক্রিয়ায় কিছু পদার্থ প্রচণ্ডভাবে ত্বরিত হয় ও ব্ল্যাকহোল তার দুই মেরু অঞ্চল থেকে দারুণ শক্তিতে সেইসব পদার্থকে ছুঁড়ে দেয় মহাশুন্যে। এভাবে সৃষ্টি হয় যে মহাজাগতিক জেট তার দৈর্ঘ্য হাজার হাজার থেকে কোটি কোটি আলোকবর্ষ হতে পারে। ছুঁড়ে দেওয়া পদার্থগুলি আলোর কাছাকাছি বেগে ছুটতে থাকে বলে এদের ‘রিলেটিভিসটিক জেট’ বলে। তবে সব ব্ল্যাক হোলের এই জেট থাকে না।

     Image Credit: Quora.Com

• ফোটন স্ফিয়ারঃ ব্ল্যাকহোলের খুব কাছে পৌঁছালে এমন একটি স্থান আসে যেখানে মহাকর্ষ এতই শক্তিশালী হয়ে ওঠে যে অন্যান্য সাধারণ বস্তুর মত আলোও সেখানে ব্ল্যাকহোলকে কেন্দ্র করে ঘুরতে বাধ্য হয়। এর ঠিক বাইরে থাকা আলো ব্ল্যাকহোলকে প্রদক্ষিণ না করে পালাতে পারে। এই কক্ষপথে ঢুকে পড়লে ব্ল্যাকহোলকে প্রদক্ষিণ করা ছাড়া আলোরও আর কোনও উপায় থাকেনা। এই অঞ্চলকে বলে ‘ফোটন স্পিয়ার’। তবে এই অঞ্চল থেকে আবার ফিরে আসা যায়।
• ইভেন্ট হরাইজনঃ ব্ল্যাকহোলের ঠিক উপরিতলে (Surface) তার ভয়ংকর মহাকর্ষের কারণে মুক্তিবেগ হয়ে পড়ে আলোর বেগের চেয়েও বেশী। আলোর চেয়ে জোরে ছুটতে পারেনা কেউই। তাই একবার এই উপরিতল অতিক্রম করলে আর কেউ ফিরে আসেনা; এমনকি আলোও নয়। যে একবার এই তল অতিক্রম করেছে তার সাথে বাইরের জগতের সব সম্পর্ক শেষ হয়ে যায়। তাই এই সীমান্তকে বলে ‘ঘটনা দিগন্ত’ বা ‘ইভেন্ট হরাইজন’। আলোও বেরোতে পারেনা বলে ইভেন্ট হরাইজন কৃষ্ণ (Black)।
• সিঙ্গুলারিটিঃ একবার হরাইজন অতিক্রম করলে সেই বস্তু সম্পূর্ণ বাধ্য থাকে ব্ল্যাকহোলের একেবারে কেন্দ্রবিন্দুতে পৌঁছাতে। ব্ল্যাকহোলের সমস্ত ভর নিহিত থাকে এই কেন্দ্রস্থলে (বাকী সমস্ত অঞ্চল শূন্যস্থান)। এই কেন্দ্রবিন্দুতে যে কী হয় তা এখনও অজানা। স্থানকাল যেন এখানে অসীমভাবে বক্রতা লাভ করে। পদার্থবিদ্যার সমস্ত তত্ত্ব এই বিন্দুতে অর্থহীন হয়ে পড়ে। এই বিন্দুকেই বলে ‘সিঙ্গুলারিটি’।

অর্থাৎ দেখা যাচ্ছে, একটি ব্ল্যাকহোলের ইভেন্ট হরাইজন হল কালো- কালো মহাশুন্যে একে দেখা সম্ভব নয়। কিন্তু ব্ল্যাকহোলের চারদিকে যে অ্যাক্রেশন ডিস্ক বা ফোটন স্ফিয়ার থাকে তাকে দেখা সম্ভব। তাদের বৈশিষ্ট্য বিশ্লেষণ করে এটাও নিশ্চিত হওয়া যায় যে স্থানকালে একটি ব্ল্যাকহোল উপস্থিত যা ওই বস্তু ও আলোকে বন্দী করতে চেষ্টা করছে।

বছরের ১০ এপ্রিল ব্ল্যাকহোলের প্রথম ছবি উন্মুক্ত করা হয়। পৃথিবী থেকে ৫ কোটি ৫০ লাখ আলোকবর্ষ দূরে মেসিয়ার ৮৭ গ্যালাক্সির কেন্দ্রের এক সুপারম্যাসিভ ব্ল্যাকহোল এর ছবি নেওয়া হয়। এই ব্ল্যাকহোলের নাম M87 .মহাকাশের অনেক যায়গায় যুগল তারা বা Binary System দেখা যায় । এটি মুলত সৌরজগতের মতোই একটি ব্যাবস্থা যেখানে ১ টি নক্ষত্রের পরিবর্তে ২ টি নক্ষত্র দেখা যায় । মহাকাশে এমন Binary system অনেক দেখা যায় । সেই তুলনায় একটি তারার system কিছুটা Rare.

যুগল তারাদ্বয়ের একটি যদি ব্ল্যাকহোলে পরিনত হয় এবং অপরটি যদি মূল ধারার নক্ষত্র হিসেবেই থাকে তাহলে রুশ বিজ্ঞানী এর ব্ল্যাকহোলের গ্যাস চুরির তত্ত (Blackhole evaporation) অনুসারে মহাকাশের মহাখাদক ব্ল্যাকহোল তাঁর সঙ্গি তারার গা থেকে গ্যাসীয় পদার্থ টেনে নেবে । তবে সেইসব পদার্থ সরাসরি ব্ল্যাকহোলের মধ্যে ঢুকে যাবে না। এটি প্রথমে ব্ল্যাকহোলের ঘটনা দিগন্তের চারপাশে ঘুরতে থাকবে তারপর ধীরে ধীরে ব্ল্যাকহোলের ভিতর প্রবেশ করবে। এই প্রক্রিয়া ক্রমাগত চলতে থাকবে । এর ফলে ঘটনা দিগন্তের চারপাশে একটি উজ্জ্বল চাকতি দেখা যাবে । এর নাম অ্যাক্রেশন ডিস্ক ।

M87 ব্ল্যাকহোলের ক্ষেত্রেও একই ব্যাপার ঘটেছে। এটি তাঁর পাশের সঙ্গি তারার গ্যাস তাঁর চারপাশে জমা হওয়ায় সেটি তখন টেলিস্কোপ এ দেখা সম্ভব হয়। ব্ল্যাকহোলের ছবি নেওয়ার জন্য Event Horizon Telescope গত ৩০ বছর ধরে সচল ছিলো ।কৃষ্ণগহ্বর টি বিশালাকৃতির একটি নমুনা মাত্র।বলা হচ্ছে যে,এটি প্রায় ৪০ বিলিয়ন কিলোমিটার বিস্তৃত। এটি আমাদের পৃথিবী থেকে ৫০০ মিলিয়ন ট্রিলিয়ন কিলোমিটার দূরে অবস্থিত।