জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা বিস্ফোরিত হতে ব্যর্থ নক্ষত্রের প্রমাণ খুঁজে পান

যখন মহাবিশ্বের সবচেয়ে বড় তারা মারা যায়, তারা প্রায়শই জ্বলন্ত সুপারনোভাতে বিস্ফোরণ ঘটায়, নাটকীয়ভাবে তাদের বেশিরভাগ পদার্থকে মহাকাশে বিস্ফোরিত করে। অবশিষ্ট নাক্ষত্রিক কোরগুলি নিউট্রন তারা এবং কখনও কখনও ব্ল্যাক হোলে ভেঙে পড়ে। যাইহোক, তত্ত্বগুলি ইঙ্গিত দেয় যে কিছু বৃহদাকার নক্ষত্র বিস্ফোরণ ছাড়াই মারা যেতে পারে, পরিবর্তে সরাসরি নিউট্রন তারা বা ব্ল্যাক হোলে পরিণত হতে ভিতরের দিকে ভেঙে পড়তে পারে।

এখন, মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ মানমন্দিরের LIGO-Virgo-KAGRA নেটওয়ার্ক থেকে ডেটা ব্যবহার করে একটি নতুন ক্যালটেক-নেতৃত্বাধীন গবেষণায় ব্ল্যাক হোলের একটি স্বতন্ত্র জনসংখ্যার ইঙ্গিত পাওয়া যায় যা এই ধরনের ব্যর্থ সুপারনোভা থেকে গঠিত হতে পারে। যদিও গবেষণাটি ব্যর্থ সুপারনোভার জন্য সরাসরি প্রমাণ খুঁজে পায়নি, এটি দেখায় যে পূর্ববর্তী মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ পর্যবেক্ষণগুলি এই ধরনের জনসংখ্যার জন্য তাত্ত্বিকরা যা ভবিষ্যদ্বাণী করেছিল তার সাথে মেলে।

LIGO, ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন (NSF)-এর অর্থায়নে পরিচালিত লেজার ইন্টারফেরোমিটার গ্র্যাভিটেশনাল-ওয়েভ অবজারভেটরি, যা লুইসিয়ানা এবং ওয়াশিংটনের ডিটেক্টর নিয়ে গঠিত, 2015 সালে এক জোড়া সংঘর্ষকারী ব্ল্যাক গহ্বর থেকে মহাকর্ষীয় তরঙ্গ বা স্থান-কালের তরঙ্গগুলির প্রথম সরাসরি সনাক্তকরণের মাধ্যমে ইতিহাস তৈরি করে। তারপর থেকে, ইতালিতে কন্যার ডিটেক্টর এবং জাপানের কামিওকা গ্র্যাভিটেশনাল-ওয়েভ ডিটেক্টর (কাগরা), একটি নেটওয়ার্কে একসাথে যোগ দিয়েছে যা 300 টিরও বেশি ব্ল্যাক হোলের সংঘর্ষ দেখেছে।

“মহাবিশ্বের একত্রিত ব্ল্যাক হোলগুলির একটি বিশাল সংখ্যাগরিষ্ঠ অংশ আমাদের সূর্যের ভরের প্রায় 10 গুণ,” বলেছেন LIGO দলের সদস্য ক্যাটেরিনা চ্যাটজিওনউ, ক্যালটেকের পদার্থবিজ্ঞানের অধ্যাপক এবং উইলিয়াম এইচ হার্ট স্কলার৷ “আমাদের ডেটা দেখায় যে ব্ল্যাক হোলের এই গোষ্ঠীর একটি সাধারণ উত্স থাকতে পারে – তারা একটি স্বতন্ত্র উপ-জনসংখ্যা হতে পারে যা সুপারনোভা যেতে ব্যর্থ হয়েছে৷ এই ফলাফলগুলি মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ ডেটা এবং অন্তর্নিহিত জ্যোতির্পদার্থবিদ্যার মধ্যে একটি সংযোগকে উপস্থাপন করে যা আমরা বের করার চেষ্টা করছি।”

Chatziioannou নতুন গবেষণার নেতৃত্ব দিয়েছেন, যা ফিজিক্যাল রিভিউ ডি জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে। প্রধান লেখক হলেন আইজ্যাক লেগ্রেড (পিএইচডি ’25), ইলিনয় ইউনিভার্সিটির পোস্টডক আরবানা-চ্যাম্পেইন যিনি ক্যালটেকে থাকাকালীন গবেষণাটি করেছিলেন। প্রাক্তন Chatziioannou ল্যাব সদস্য জ্যাকব গোলম্ব (PhD ’25), বর্তমানে Asari AI-তে, এছাড়াও একজন লেখক।

আজ অবধি, ব্যর্থ সুপারনোভাগুলির কোনও নির্দিষ্ট উদাহরণ নিশ্চিত করা যায়নি, যদিও ধারণাটি তাত্ত্বিকভাবে সমর্থিত। তাত্ত্বিকরা প্রস্তাব করেছিলেন যে একত্রিত ব্ল্যাক হোলগুলির একটি বৃহৎ জনসংখ্যা, যার প্রতিটির ভর আমাদের সূর্যের দশগুণ ভরের, এই ব্যর্থ সুপারনোভাগুলির কিছু প্রতিনিধিত্ব করতে পারে। এর মানে হল যে জোড়ার সবচেয়ে বড় ব্ল্যাক হোল, বা উভয়ই, একটি তারকা বিস্ফোরিত হওয়ার পরিবর্তে বিস্ফোরিত হওয়ার সময় উদ্ভূত হতে পারে। ক্যালটেক-নেতৃত্বাধীন দলের লক্ষ্য ছিল এই ধারণাটি মহাকর্ষীয়-তরঙ্গ ডেটার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ কিনা তা দেখা।

গবেষণায়, গবেষকরা গত 10 বছরে LIGO-Virgo-KAGRA নেটওয়ার্ক দ্বারা সনাক্ত করা 257টি ব্ল্যাক হোল একত্রিতকরণের গণবন্টনের দিকে নজর দিয়েছেন। তথ্যটি 10টি সৌর ভরে ব্ল্যাক হোলের একটি নাটকীয় শিখর প্রকাশ করেছে – একত্রিতকরণের সম্পূর্ণ নমুনার তিন-চতুর্থাংশ। এবং প্রথমবারের মতো, দলটি 12 থেকে 16 সৌর-ভরের পরিসরে ব্ল্যাক হোলের একটি স্বতন্ত্র অভাব খুঁজে পেয়েছে।

“আমরা 10টি সৌর-ভরের ব্ল্যাক হোল সব সময় একত্রিত হতে দেখি,” লেগ্রেড বলেছেন। “কিন্তু কেন, বলুন, 14টি সৌর-ভর ব্ল্যাক হোল এত বিরল? ভরের বন্টনে আমরা যে ব্যবধান দেখতে পাই তা নির্দেশ করে যে অভ্যন্তরীণ পদার্থবিদ্যার একটি বিশেষ ককটেল থাকতে পারে যা 10টি সৌর-ভরের ব্ল্যাক হোলের প্রাচুর্য তৈরি করে।”

বিজ্ঞানীরা সেই ব্ল্যাক হোলগুলি যে হারে ঘূর্ণন করে তার বণ্টনের দিকেও নজর দিয়েছিলেন (ব্ল্যাক হোলগুলি কীভাবে তৈরি হয়েছিল তার দ্বারা স্পিনগুলিও প্রভাবিত হয়)। এটি প্রকাশ করেছে যে 10টি সৌর-ভর ব্ল্যাক হোলের জনসংখ্যা ব্ল্যাক হোলের সামগ্রিক নমুনার তুলনায় স্পিন হারের একটি সংকীর্ণ পরিসরে পড়েছে। একসাথে, ফলাফলগুলি এই ধারণাটিকে সমর্থন করে যে 10টি সৌর-ভর ব্ল্যাক হোল সামগ্রিক জনসংখ্যা থেকে আলাদা, এবং এইভাবে সম্ভবত একটি সাধারণ উত্স রয়েছে – সম্ভবত বিশাল তারাগুলির শান্ত বিস্ফোরণের ফলাফল।

“আমরা আকাশের দিকে তাকাতে পারি এবং বিশাল নক্ষত্রের ঐতিহাসিক রেকর্ড অধ্যয়ন করার চেষ্টা করতে পারি যেগুলি বিস্ফোরিত হতে ব্যর্থ হয়েছে, কিন্তু এটি চ্যালেঞ্জিং কারণ তারা কেবল বিস্ফোরিত না হয়েই অদৃশ্য হয়ে যায়, আকাশের একটি অন্ধকার প্যাচ রেখে যায়,” লেগ্রেড বলেছেন। “এই গবেষণার মাধ্যমে, আমরা দেখাই যে মহাকর্ষীয়-তরঙ্গের ডেটা একটি খুব বিশেষ ধরনের ব্যর্থ সুপারনোভা থেকে তৈরি বেশিরভাগ বাইনারি ব্ল্যাক হোলগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, তবে আরও গবেষণার প্রয়োজন। ব্ল্যাক হোলগুলি মহাবিশ্বের কিছু চরম পরিবেশে জন্মায়, তাই তাদের গঠন আরও ভালভাবে বোঝার সম্ভাবনা খুবই উত্তেজনাপূর্ণ।”

ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন, ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি এবং সিমন্স ফাউন্ডেশন দ্বারা অর্থায়ন করা হয়েছে “লো-মাস ফেইল সুপারনোভা এবং একত্রিত ব্ল্যাক হোল ভর বিতরণে 10 শিখর” শীর্ষক গবেষণাটি। LIGO ক্যালটেক এবং MIT দ্বারা পরিচালিত হয়।