इव्हेंट होरायझन टेलिस्कोपने १० एप्रिल २०१९ रोजी कृष्णविवराची पहिली प्रतिमा आणि १२ मे २०२२ रोजी आपल्या दीर्घिकेतील कृष्णविवराची प्रतिमा प्रसिद्ध केली, अणुघड्याळांनी समक्रमित केलेल्या आठ रेडिओ वेधशाळा वापरून

१० एप्रिल २०१९ रोजी इव्हेंट होरायझन टेलिस्कोप सहकार्य संघाने कृष्णविवराची पहिली प्रतिमा प्रसिद्ध केली: मेसिए ८७ दीर्घिकेच्या केंद्रात, गडद मध्यभागाभोवती रेडिओ प्रकाशाची एका बाजूला झुकलेली कडी. ईएसओच्या प्रसिद्धिपत्रकानुसार ते कृष्णविवर ५५ दशलक्ष प्रकाशवर्षे दूर आहे आणि त्याचे वस्तुमान सूर्याच्या ६.५ अब्ज पट आहे. तीन वर्षांनी, १२ मे २०२२ रोजी, त्याच संघाने आपल्या स्वतःच्या दीर्घिकेच्या केंद्रातील कृष्णविवर, धनु A*, दाखवले, जे सुमारे २७,००० प्रकाशवर्षे दूर असून वस्तुमानात साधारण चार दशलक्ष सूर्यांएवढे आहे.

यांपैकी कोणतीही प्रतिमा रोजच्या अर्थाने छायाचित्र नाही. दोन्ही चिलीपासून अंटार्क्टिकापर्यंतच्या वेधशाळांमध्ये नोंदवलेल्या रेडिओ संकेतांतून जोडल्या गेल्या, आणि ती नोंदणी कुरिअरने प्रवास करत आली.

पहिली प्रतिमा काय दाखवते

सहकार्य संघाच्या द अ‍ॅस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्समधील पहिल्या शोधनिबंधानुसार २०१९ च्या प्रतिमेतील कडीचा व्यास ४२ मायक्रोआर्कसेकंद आहे, ३ कमी-जास्त. मायक्रोआर्कसेकंद म्हणजे आर्कसेकंदाचा दशलक्षावा भाग, आणि आर्कसेकंद म्हणजे अंशाचा १/३,६००. कडी एका अधिक गडद भागाला वेढते, आणि कडी आणि मध्यभाग यांच्या तेजस्वितेचे गुणोत्तर सुमारे १० ते १ आहे.

हायनो फाल्के यांनी ईएसओच्या प्रसिद्धिपत्रकात मागचे तर्कशास्त्र समजावले: “कृष्णविवर सावलीसारखा गडद भाग तयार करेल अशी आमची अपेक्षा आहे.” शोधनिबंध गुरुत्वाकर्षणाने प्रकाश वाकवला जाऊन घटना क्षितिजावर पकडला जातो आणि त्यातून गडद सावली तयार होते असे वर्णन करतो. कडी एका बाजूला अधिक तेजस्वी आहे, आणि त्याचे कारण शोधनिबंध प्रकाशाच्या वेगाच्या जवळ फिरणाऱ्या प्लाझ्मामुळे होणाऱ्या सापेक्षतावादी बीमिंगला देतो.

फिरत्या कृष्णविवरात पडणाऱ्या वायूच्या संगणकी सिम्युलेशनशी कडीची तुलना करून वस्तुमान काढले गेले. निकाल ६.५ अब्ज सूर्य, ०.७ अब्ज कमी-जास्त, असा आला. प्रतिमा स्वतः ११ एप्रिल २०१७ च्या डेटावरून बनली, जो चार निरीक्षण रात्रींपैकी एक होता. ईएसओच्या प्रसिद्धिपत्रकात शेपर्ड डोएलेमन म्हणाले: “आम्ही कृष्णविवराचे पहिले चित्र घेतले आहे.”

आठ ताटल्या एका दुर्बिणीसारख्या कशा चालतात

पृथ्वीएवढी रुंद ताटली अशक्य आहे, म्हणून संघाने त्याखालोखालचा उपाय केला. या पद्धतीला अतिदीर्घ आधाररेषा व्यतिकरणमिती म्हणतात. एकमेकांपासून दूर असलेल्या दुर्बिणी आकाशाचा तोच भाग एकाच क्षणी नोंदवतात, आणि संगणक नंतर त्या नोंदी जोडीजोडीने एकत्र करतो. कोणत्याही दोन ताटल्यांमधील सर्वात मोठे अंतर ठरवते की एकत्रित उपकरण किती सूक्ष्म तपशील वेगळे ओळखू शकते.

एप्रिल २०१७ मध्ये मांडणीत सहा ठिकाणी आठ केंद्रे होती: चिलीतील ALMA आणि APEX, मेक्सिकोतील लार्ज मिलिमीटर टेलिस्कोप, स्पेनमधील IRAM ३०-मीटर दुर्बीण, अ‍ॅरिझोनातील सबमिलिमीटर टेलिस्कोप, हवाईतील जेम्स क्लार्क मॅक्सवेल टेलिस्कोप आणि सबमिलिमीटर अ‍ॅरे, आणि साउथ पोल टेलिस्कोप. आधाररेषा १६० मीटरपासून १०,७०० किलोमीटरपर्यंत होत्या, आणि शोधनिबंध म्हणतो की त्यातून पृथ्वीच्या जवळजवळ पूर्ण व्यासाएवढी आभासी दुर्बीण तयार होते. एनएसएफचे प्रसिद्धिपत्रक १.३ मिलिमीटर तरंगलांबीवर कोनीय विभेदन २० मायक्रोआर्कसेकंद असल्याचे सांगते.

अवघड भाग आहे वेळ. प्रत्येक केंद्रात एक हायड्रोजन मेझर, म्हणजे अणुघड्याळ, आहे, आणि ईएसओचे प्रसिद्धिपत्रक म्हणते की त्यामुळे दुर्बिणी आपल्या नोंदी समक्रमित करू शकतात. जीपीएसने नोंदी काही दहा नॅनोसेकंदांच्या आत जुळवल्या, असे शोधनिबंध सांगतो, आणि वातावरणीय परिस्थितीने दिलेल्या सुमारे १० सेकंदांमध्ये मेझर संकेत एकसंध ठेवतात. २०१९ च्या संघाने M87 चे निरीक्षण तीन ते सात मिनिटांच्या स्कॅनमध्ये केले, आणि मापनासाठी 3C 279 या तेजस्वी क्वेसारकडे आलटून पालटून वळले.

प्रत्येक दुर्बिणीमागे एक पेटाबाइट, कुरिअरने पाठवलेला

पहिल्या शोधनिबंधानुसार प्रत्येक केंद्राने दोन वारंवारता पट्ट्यांत एकत्रित ३२ गिगाबिट प्रति सेकंद दराने नोंद केली. एमआयटी न्यूजने कळवले की मोहिमेत प्रत्येक दुर्बिणीने सुमारे एक पेटाबाइट डेटा घेतला, आणि प्रत्येक फेरीनंतर प्रत्येक केंद्रावरील संशोधकांनी हार्ड ड्राइव्ह विमानाने मॅसेच्युसेट्समधील एमआयटी हेस्टॅक वेधशाळेत आणि बॉनमधील मॅक्स प्लँक रेडिओ खगोलशास्त्र संस्थेत पाठवल्या. “डेटा इलेक्ट्रॉनिक पद्धतीने पाठवण्यापेक्षा हवाई वाहतूक खूपच जलद होती,” असे एमआयटीच्या लेखात म्हटले आहे.

त्या दोन ठिकाणी कोरिलेटर नावाच्या विशेष महासंगणकाने दुर्बिणींच्या प्रत्येक शक्य जोडीची तुलना केली. टेकटार्गेटच्या एका वृत्तानुसार अंतिम प्रतिमेमागचा डेटा सुमारे ३.५ पेटाबाइट होता, जो एमआयटीच्या प्रति दुर्बीण आकड्यापेक्षा वेगळा एकूण आकडा आहे, आणि साउथ पोलचे केंद्र फेब्रुवारी ते नोव्हेंबर या काळात विमानांसाठी बंद असते असेही त्यात नोंदवले होते. संकेत स्वच्छ करण्यासाठी तीन स्वतंत्र सॉफ्टवेअर पाइपलाइन असल्याचे मापनविषयक शोधनिबंध सांगतो. निरीक्षणाच्या रात्रींनंतर दोन वर्षांनी प्रसिद्धी झाली.

आकाशगंगेची पाळी

धनु A* हे M87* पेक्षा खूपच जवळ आहे आणि त्याची प्रतिमा घेणे कठीण. १२ मे २०२२ चे ईएसओचे प्रसिद्धिपत्रक म्हणते की ते आकाशात चंद्रावरच्या डोनटएवढे दिसते. एनएसएफचे स्पष्टीकरण म्हणते की त्याच्याभोवती वेगाने फिरणारा वायू आहे, त्यामुळे दुर्बिणी पाहत असताना दृश्य सतत बदलत राहते. ची-क्वान चान यांनी याला “आपली शेपटी पकडायला धावणाऱ्या पिल्लाचे स्पष्ट छायाचित्र पटकन घेण्यासारखे” म्हटले.

संघाने २०१७ मधील अनेक रात्रींची निरीक्षणे वापरली, तुलनेसाठी सिम्युलेट केलेल्या कृष्णविवरांचे ग्रंथालय तयार केले, आणि अनेक संभाव्य प्रतिमांची सरासरी काढून अंतिम प्रतिमा बनवली. सहकार्य संघाच्या शोधनिबंधानुसार कडीचा आकार ५१.८ मायक्रोआर्कसेकंद आहे, २.३ कमी-जास्त, आणि वस्तुमान सुमारे चार दशलक्ष सूर्यांएवढे आहे. ईएसओ म्हणते की या कामाला पाच वर्षे लागली आणि ८० संस्थांमधील ३०० हून अधिक संशोधक त्यात सहभागी होते. जेफ्री बॉवर म्हणाले की “कडीचा आकार आइन्स्टाइनच्या सामान्य सापेक्षता सिद्धांताच्या भाकितांशी किती चांगला जुळला याने” संघ थक्क झाला.

अंतर सगळीकडे सारखेच दिलेले नाही. ईएसओचे प्रसिद्धिपत्रक सुमारे २७,००० प्रकाशवर्षे म्हणते, आणि एनएसएफचे स्पष्टीकरण सुमारे २५,६४०. त्या वस्तूचे वस्तुमान प्रथम तिच्याभोवती फिरणाऱ्या ताऱ्यांवरून ठरवले गेले, ते काम आमच्या २०१६ ते २०२६ च्या नोबेल पारितोषिकांवरच्या लेखात आले आहे, जिथे त्या मागोव्यासाठी राइनहार्ड गेन्झेल आणि आंद्रिया गेझ यांचा उल्लेख येतो.

श्रेयनामावलीत भारत कुठे दिसतो

ईएसओचे २०१९ चे प्रसिद्धिपत्रक म्हणते की प्रकल्पातील ईस्ट एशियन ऑब्झर्व्हेटरी हा भागीदार आशियाच्या अनेक प्रदेशांचे प्रतिनिधित्व करतो, आणि त्याच्या यादीत भारताचा समावेश आहे. भारताची भूमिका काय होती ते प्रसिद्धिपत्रक सांगत नाही.

आम्ही पहिल्या M87 शोधनिबंधाच्या आणि पहिल्या धनु A* शोधनिबंधाच्या संपूर्ण संलग्नता यादीतही भारतीय संस्था शोधल्या. आम्हाला एकही आढळली नाही. टाटा इन्स्टिट्यूट ऑफ फंडामेंटल रिसर्च, इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ अ‍ॅस्ट्रोफिजिक्स, नैनितालमधील एरीज आणि रामन रिसर्च इन्स्टिट्यूट दोन्हीपैकी कोणत्याही शोधनिबंधात दिसत नाहीत. सहकार्य संघाचे स्वतःचे सदस्यत्वाचे पान आम्हाला उघडता आले नाही, आणि आम्ही नंतरचे शोधनिबंध तपासले नाहीत, त्यामुळे नवी भारतीय संलग्नता असण्याची शक्यता आहे.

एक दुवा संस्थात्मक नसून ऐतिहासिक आहे. अमेरिकेच्या नॅशनल रेडिओ अ‍ॅस्ट्रोनॉमी ऑब्झर्व्हेटरीचे डी. टी. एमर्सन नोंदवतात की जे. सी. बोस यांनी १८९० च्या दशकात कलकत्त्यात ५ मिलिमीटरपर्यंत लहान तरंगलांबींवर काम केले. दुर्बिणीची १.३ मिलिमीटर तरंगलांबी त्याहून लहान आहे, आणि आम्ही उघडलेल्या कोणत्याही स्रोतात इव्हेंट होरायझन टेलिस्कोपने त्यांच्या कामाचा आधार घेतला असा दावा नाही. भारताचे स्वतःचे बांधकामाधीन कृष्णविवर-उपकरण हे गुरुत्वीय लहरी शोधक आहे, ज्याबद्दल आमच्या हिंगोलीतील लिगो-इंडिया या लेखात लिहिले आहे. असे शोधक आतापर्यंत काय नोंदवत आले आहेत ते आता आपण कृष्णविवरांची टक्कर ऐकू शकतो मध्ये आहे.

त्याच कृष्णविवरांनी तेव्हापासून काय दाखवले

२४ मार्च २०२१ रोजी संघाने M87* ची ध्रुवित प्रकाशातील प्रतिमा प्रसिद्ध केली, जी चुंबकीय क्षेत्रांचा नकाशा देते. ईएसओचे प्रसिद्धिपत्रक म्हणते की फक्त तीव्र चुंबकीकृत वायू असलेली प्रारूपेच या डेटाशी जुळतात. प्रसिद्धिपत्रक अकरा सुविधांची नावे देते, त्यात ग्रीनलँड टेलिस्कोप, फ्रान्समधील NOEMA आणि अ‍ॅरिझोनातील किट पीक यांचा समावेश आहे.

१८ जानेवारी २०२४ रोजी सहकार्य संघाने २०१८ चा डेटा प्रसिद्ध केला. कडी २०१७ इतकीच मोठी होती, जे सामान्य सापेक्षता सिद्धांत भाकीत करतो, तर सर्वात तेजस्वी भाग सुमारे ३० अंश सरकून साधारण ५ वाजेच्या स्थितीकडे गेला होता, असे मॅक्स प्लँक संस्थेचे प्रसिद्धिपत्रक सांगते. २७ मार्च २०२४ रोजी त्याने धनु A* ची ध्रुवित प्रकाशातील प्रतिमा प्रसिद्ध केली, ज्यात संघटित, पिळलेली चुंबकीय क्षेत्रे दिसतात, आणि ईएसओच्या मते हा नमुना M87* च्या नमुन्यासारखा आहे.

१६ सप्टेंबर २०२५ रोजी संघाला अपेक्षित नसलेला निष्कर्ष आला. २०१७, २०१८ आणि २०२१ च्या निरीक्षणांमध्ये M87* भोवतीच्या चुंबकीय नमुन्याची दिशा उलटली. लेखक म्हणतात की त्याचे कारण कृष्णविवराची स्वतःची चुंबकीय रचना असू शकते, दृष्टिरेषेतील पदार्थाने ध्रुवीकरण पिळले जाणे असू शकते, किंवा दोन्ही. त्याच शोधनिबंधाने इव्हेंट होरायझन टेलिस्कोपच्या डेटात प्रथमच क्षीण जेट उत्सर्जनाची नोंद केली, आणि मॅक्स प्लँक संस्थेचे प्रसिद्धिपत्रक म्हणते की सहकार्य संघात ४०० हून अधिक संशोधक आहेत.

२८ जानेवारी २०२६ रोजी एनआरएओने २०२१ च्या डेटात M87* च्या कृष्णविवरापासून सुमारे ०.०९ प्रकाशवर्षे अंतरावर, त्याच्या जेटच्या पायाच्या अपेक्षित जागी, एक संहत स्रोत सापडल्याचे कळवले.