கருந்துளைகள் என்றால் என்ன

கருந்துளைகள் என்றால் என்ன

பிரபஞ்சம் (Universe) என்பது எண்ணற்ற மனிதக் கற்பனைகளுக்கும் அப்பாற்பட்ட அதிசயங்களையும் மர்மங்களையும் உள்ளடக்கிய ஒரு மாபெரும் வெளி ஆகும். விண்மீன்கள், கோள்கள், விண்மீன் திரள்கள் (Galaxies) எனப் பல விண்வெளிப் பொருட்கள் நம்மை வியப்பில் ஆழ்த்தினாலும், இயற்பியல் வல்லுநர்களையும் வானியலாளர்களையும் மிகவும் அச்சுறுத்தக்கூடிய அதே வேளையில் கவர்ந்திழுக்கக்கூடிய ஒரு பொருள் உண்டென்றால் அது ‘கருந்துளைகள்’ (Black Holes) மட்டுமே.

கருந்துளை என்பது விண்வெளியில் மிகக் குறைந்த பரப்பளவில் அசாத்தியமான நிறையும் (Mass), கட்டுக்கடங்காத ஈர்ப்பு விசையும் (Gravitational Force) கொண்ட ஒரு பகுதியாகும். இதன் ஈர்ப்பு விசை எந்தளவுக்கு வலிமையானது என்றால், பிரபஞ்சத்திலேயே மிக வேகமாகப் பயணிக்கக்கூடிய ஒளியால் (Light) கூட இதன் பிடியிலிருந்து தப்பித்து வெளியேற முடியாது. ஒளியைக்கூடத் தன்வயப்படுத்தி உட்கொள்வதால், இது எந்தவொரு ஒளியையும் பிரதிபலிப்பதில்லை; இதனால் மனிதக் கண்களுக்கு இது முற்றிலும் ‘கருப்பாக’க் காட்சியளிக்கிறது.

இந்த விரிவான கட்டுரை, கருந்துளைகள் எவ்வாறு உருவாகின்றன, அவற்றின் உள் கட்டமைப்பு, வகைகள், நேரத்தையும் இயற்பியலையும் அவை எவ்வாறு மாற்றியமைக்கின்றன மற்றும் கருந்துளைகள் பற்றிய சமீபத்திய அறிவியல் கண்டுபிடிப்புகள் குறித்து ஆழமாக ஆராய்கிறது.

1. கருந்துளை என்றால் என்ன? (உருவாக்கமும் கோட்பாடும்)

கருந்துளை என்பது ஏதோ விண்வெளியில் உள்ள துளை அல்லது வெற்றிடம் அல்ல. உண்மையில், அது மிக அதிக அளவிலான பருப்பொருட்கள் (Matter) மிகச்சிறிய இடத்தில் இறுக்கமாக அடைக்கப்பட்டுள்ள ஒரு அடர்த்தியான பகுதியாகும்.

உதாரணத்திற்கு, நமது பூமி முழுவதையும் அழுத்தி ஒரு சிறிய பட்டாணி அளவிற்குக் சுருக்கினால், அது ஒரு கருந்துளையாக மாறும்! அந்த அளவிற்கு அதன் அடர்த்தி (Density) கற்பனை செய்ய முடியாத அளவிற்கு அதிகமாக இருக்கும்.

அ. ஆல்பெர்ட் ஐன்ஸ்டீனின் பொதுச் சார்பியல் கோட்பாடு:

1915-இல் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் தனது பொதுச் சார்பியல் கோட்பாட்டை (General Theory of Relativity) வெளியிட்டார். அதில், வெளி-காலம் (Space-Time) என்பது ஒரு துணி போன்ற நெகிழ்வுத்தன்மை கொண்டது என்றும், அதிக நிறையுள்ள பொருட்கள் அந்த வெளியில் வளைவை (Curvature) ஏற்படுத்துகின்றன என்றும் விளக்கினார்.

இந்தக் கோட்பாட்டின்படி, ஒரு புள்ளியில் அளவில்லா நிறை குவிந்தால், அங்கு வெளி-காலத்தின் வளைவு எல்லையற்றுப் போகும். இதுவே கருந்துளை என்ற கருத்தாக்கத்திற்கு வித்திட்டது. பின்னர் 1916-இல் கார்ல் சுவார்ஸ்சைல்டு (Karl Schwarzschild) என்ற இயற்பியலாளர் ஐன்ஸ்டீனின் சமன்பாடுகளைப் பயன்படுத்தி கருந்துளையின் கணிதப் புள்ளியை முதன்முதலில் நிரூபித்தார்.

2. நட்சத்திரங்களின் மரணமும் கருந்துளையின் தோற்றமும்

கருந்துளைகள் எவ்வாறு உருவாகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்ள, ஒரு விண்மீனின் (Star) வாழ்நாளைப் பற்றித் தெரிந்துகொள்வது அவசியமாகும்.

    [ விண்மீனின் மரணமும் கருந்துளையும் ]
                                     │
                        ▼                          ▼
               [ பெரிய நட்சத்திரம் ]        [ அணுக்கரு இணைவு ]
             (சூரியனை விட 20x பெரியது)    (Nuclear Fusion Process)
                        │                          │
                        └────────────┬─────────────┘
                                     ▼
                        [ எரிபொருள் தீர்ந்துபோதல் ]
                       (சூப்பர்நோவா வெடிப்பு - Supernova)
                                     │
                                     ▼
                         [ சுய ஈர்ப்பால் சுருங்குதல் ]
                        (Gravitational Collapse)
                                     │
                                     ▼
                             [ கருந்துளை தோற்றம் ]

1. எரிபொருள் சமநிலை: ஒரு நட்சத்திரம் தன் வாழ்நாளில் மையப்பகுதியில் உள்ள ஹைட்ரஜன் அணுக்களை ஹீலியமாக மாற்றும் அணுக்கரு இணைவு (Nuclear Fusion) மூலம் வெளிப்புறத்தை நோக்கி ஆற்றலை உந்துகிறது. அதே வேளையில், அதன் சொந்த ஈர்ப்பு விசை அதை உட்புறமாகச் சுருக்குகிறது. இந்த இரண்டு விசைகளும் சமநிலையில் இருக்கும் வரை நட்சத்திரம் பிரகாசமாக எரிகிறது.
2. சூப்பர்நோவா வெடிப்பு: நமது சூரியனை விட 20 முதல் 30 மடங்கு அதிக நிறையுள்ள மாபெரும் நட்சத்திரங்களின் எரிபொருள் தீரும் போது, வெளிப்புறத்தை நோக்கிய உந்து விசை நின்றுவிடும். இதனால், நட்சத்திரத்தின் சொந்த ஈர்ப்பு விசை அதன் மையப்பகுதியை நொடிப் பொழுதில் உள்நோக்கி இழுத்து மிகப்பெரிய ‘சூப்பர்நோவா’ (Supernova) வெடிப்பை ஏற்படுத்துகிறது.
3. கருந்துளையாக மாறுதல்: வெடிப்பிற்குப் பிறகு எஞ்சியிருக்கும் நட்சத்திரத்தின் மையப்பகுதி ஈர்ப்பு விசையைத் தாங்க முடியாமல் தொடர்ந்து சுருங்கி, அளவில்லா அடர்த்தி கொண்ட ஒரு புள்ளியாக – அதாவது ஒரு கருந்துளையாக மாறுகிறது.

3. கருந்துளையின் உடற்கூறியல் (Structure of a Black Hole)

அறிவியல் ரீதியாகக் கருந்துளையை நான்கு பிரதான பகுதிகளாகப் பிரிக்கலாம்:

📊 கருந்துளையின் முக்கிய பாகங்கள்

பகுதி (Part)	விளக்கம் (Description)	இயற்பியல் அம்சம் (Physics Feature)
நிகழ்வு எல்லை (Event Horizon)	கருந்துளையின் திரும்ப முடியாத எல்லைக் கோடு (Point of no return).	இந்த எல்லையைக் கடந்து உள்ளே செல்லும் எதுவுமே (ஒளி உட்பட) மீண்டும் வெளியேற முடியாது.
ஒற்றைப்புள்ளி (Singularity)	கருந்துளையின் மையப்புள்ளி.	இங்குப் பொருளின் கனஅளவு (Volume) பூஜ்யமாகவும், அடர்த்தி எல்லையற்றதாகவும் (Infinite) இருக்கும்.
ஈர்ப்புச் சேர் தட்டு (Accretion Disk)	கருந்துளையைச் சுற்றி மிக வேகமாகச் சுழலும் வாயுக்கள் மற்றும் விண்வெளித் தூசிகளின் தட்டு.	உராய்வு காரணமாக இது கோடிக்கணக்கான டிகிரி வெப்பமடைந்து பிரகாசமான எக்ஸ்-ரே கதிர்களை உமிழும்.
ஒளிக்கோளம் (Photon Sphere)	நிகழ்வு எல்லைக்கு சற்று வெளியே அமைந்த பகுதி.	இங்கு ஈர்ப்பு விசை அதிகமாக இருப்பதால் ஒளியின் துகள்கள் (Photons) கருந்துளையைச் சுற்றி வட்டப்பாதையில் சுழலத் தொடங்கும்.

4. கருந்துளையின் வகைகள் (Types of Black Holes)

வானியலாளர்கள் கருந்துளைகளை அவற்றின் நிறை மற்றும் அளவின் அடிப்படையில் நான்கு முக்கிய வகைகளாகப் பிரிக்கின்றனர்:

1. நட்சத்திரக் கருந்துளைகள் (Stellar Black Holes):

நமது சூரியனை விட 5 முதல் பல பத்து மடங்கு அதிக நிறையுடைய நட்சத்திரங்கள் வெடித்துச் சிதறும்போது உருவாகின்றன. நமது பால்வெளி அண்டத்தில் (Milky Way Galaxy) மட்டும் நூற்றுக்கணக்கான மில்லியன் நட்சத்திரக் கருந்துளைகள் இருக்கலாம் என மதிப்பிடப்பட்டுள்ளது.

2. மாபெரும் கருந்துளைகள் (Supermassive Black Holes):

இவை சூரியனைப் போல மில்லியன் முதல் பில்லியன் மடங்கு (கோடிக்கணக்கான) அதிக நிறையுடையவை. ஒவ்வொரு பேரண்டத்தின் (Galaxy) மையப்பகுதியிலும் இத்தகைய மாபெரும் கருந்துளைகள் அமைந்திருக்கின்றன. நமது பால்வெளி அண்டத்தின் மையத்தில் அமைந்திருக்கும் கருந்துளைக்கு ‘சகிட்டாரியஸ் ஏ’ (Sagittarius A) என்று பெயர்.

3. இடைநிலைக்காலக் கருந்துளைகள் (Intermediate Black Holes):

நட்சத்திரக் கருந்துளைகளுக்கும் மாபெரும் கருந்துளைகளுக்கும் இடைப்பட்ட நிறை கொண்டவை (சூரியனைப் போல் 100 முதல் 100,000 மடங்கு நிறை). பல நட்சத்திரக் கருந்துளைகள் ஒன்றிணைவதன் மூலம் இவை உருவாகின்றன.

4. நுண்ணிய அல்லது ஆதி கருந்துளைகள் (Micro / Primordial Black Holes):

பிரபஞ்சம் தோ தோன்றிய பெருவெடிப்பின் (Big Bang) போது உருவானதாகக் கருதப்படும் மிகச்சிறிய கருந்துளைகள். இவை ஒரு அணுவின் அளவே இருந்தாலும், ஒரு மாபெரும் மலையின் நிறையைத் தங்களுக்குள் கொண்டிருக்கும்.

5. நேர விரிவாக்கமும் ஸ்பேகெட்டிஃபிகேஷனும் (Time Dilation & Spaghettification)

கருந்துளைகளின் தீவிர ஈர்ப்பு விசை, இயற்பியலின் வழக்கமான விதிகளைத் தலைகீழாக மாற்றுகிறது.

அ. நேர விரிவாக்கம் (Gravitational Time Dilation):

ஐன்ஸ்டீனின் சார்பியல் கோட்பாட்டின் படி, ஈர்ப்பு விசை அதிகமாக இருக்கும் இடத்தில் காலம் மிக மெதுவாக நகரும்.

• நீங்கள் ஒரு கருந்துளையின் நிகழ்வு எல்லைக்கு அருகில் சென்று சில நிமிடங்கள் இருந்துவிட்டு பூமிக்குத் திரும்பினால், பூமியில் பல ஆண்டுகள் அல்லது பல நூற்றாண்டுகள் கடந்திருக்கும்!
• கருந்துளையின் உள்ளே செல்லும் ஒருவரை வெளியே இருந்து பார்ப்பவருக்கு, அவர் நிகழ்வு எல்லையை அடையும் போது அவரது இயக்கம் உறைந்துபோய் (Frozen) நிற்பது போல் தோன்றும்.

ஆ. ஸ்பேகெட்டிஃபிகேஷன் (Spaghettification):

ஒருவர் கால்களை முதலில் வைத்துக்கொண்டு கருந்துளைக்குள் குதிப்பதாகச் கற்பனை செய்வோம். கருந்துளையின் ஈர்ப்பு விசை அவரது தலைப் பகுதியை விட அவரது கால் பகுதியில் பல கோடி மடங்கு அதிகமாக இருக்கும்.

இந்த தீவிர ஈர்ப்பு விசை வித்தியாசத்தால் (Tidal Force), அவரது உடல் ஒரு நூடுல்ஸ் அல்லது ஸ்பேகெட்டி (Spaghetti) போல நெட்டையாக இழுக்கப்பட்டுச் கிழிந்துவிடும். அறிவியலில் இந்த விசித்திர நிகழ்வை ‘ஸ்பேகெட்டிஃபிகேஷன்’ என்று அழைக்கிறார்கள்.

6. ஸ்டீபன் ஹாக்கிங் மற்றும் ‘ஹாக்கிங் கதிர்வீச்சு’ (Hawking Radiation)

1970-களில் புகழ்பெற்ற கோட்பாட்டு இயற்பியலாளர் ஸ்டீபன் ஹாக்கிங் (Stephen Hawking) கருந்துளைகள் பற்றிய புதிய குவாண்டம் இயற்பியல் உண்மையைக் கண்டறிந்தார்.

நீண்டகாலமாகப் பொருட்கள் கருந்துளைக்குள் மட்டுமே செல்ல முடியும், எதுவும் வெளியேற முடியாது என்று நம்பப்பட்டது. ஆனால் ஹாக்கிங், குவாண்டம் விளைவுகள் (Quantum Effects) காரணமாகக் கருந்துளைகளின் நிகழ்வு எல்லையிலிருந்து மிகச் சிறிய அளவில் ஆற்றல் கதிர்வீச்சாக கசிகிறது என்பதைக் கண்டறிந்தார். இதற்கு ‘ஹாக்கிங் கதிர்வீச்சு’ (Hawking Radiation) என்று பெயர்.

ஸ்டீபன் ஹாக்கிங்கின் கண்டுபிடிப்பு:

ஹாக்கிங் கதிர்வீச்சினால் கருந்துளைகள் தொடர்ந்து தங்களின் நிறையை மெதுவாக இழந்து கொண்டே இருக்கும். பில்லியன் கணக்கான ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு, ஒரு கட்டத்தில் கருந்துளைகள் முற்றிலும் ஆவியாகி (Evaporate) பிரபஞ்சத்திலிருந்து மறைந்துவிடும்!

7. கருந்துளையைப் புகைப் படம் எடுத்த சாதனை

கருந்துளைகள் ஒளியை உமிழாது என்பதால் அவற்றை நேரடியாகப் படம் பிடிப்பது சாத்தியமற்ற ஒன்றாகவே இருந்தது. ஆனால், 2019-ஆம் ஆண்டு மனிதகுல வரலாற்றில் ஒரு மாபெரும் திருப்பம் ஏற்பட்டது.

1.1. ஈவென்ட் ஹரைசன் டெலஸ்கோப் (EHT) உருவாக்கம்:2017 ஏப்ரல்.

பூமியின் பல்வேறு பகுதிகளில் அமைந்திருந்த 8 சக்திவாய்ந்த ரேடியோ தொலைநோக்கிகளை ஒன்றிணைத்து, பூமி அளவிலான ஒரு மெய்நிகர் (Virtual) தொலைநோக்கி உருவாக்கப்பட்டது.

2.2. M87* கருந்துளையைக் கண்காணித்தல்:M87 பேரண்டம்.

பூமியிலிருந்து சுமார் 5.5 கோடி ஒளி ஆண்டுகள் தொலைவில் உள்ள Messier 87 (M87) என்ற பேரண்டத்தின் மையத்தில் இருந்த மாபெரும் கருந்துளையை நோக்கித் தொலைநோக்கிகள் திருப்பப்பட்டன.

3.3. பெட்டாபைட் அளவிலான தரவுகள் சேகரிப்பு:சூப்பர் கம்ப்யூட்டர் பகுப்பாய்வு.

பலTB அளவிலான தரவுகள் சேகரிக்கப்பட்டு, அல்காரிதம்கள் மற்றும் சூப்பர் கம்ப்யூட்டர்கள் மூலம் பல ஆண்டுகள் தீவிரமாகப் பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டன.

4.4. வரலாற்றுச் சிறப்புமிக்க முதல் புகைப்படம்:2019 ஏப்ரல் 10.

மனித குலம் முதன்முறையாக M87* கருந்துளையின் நிகழ்வு எல்லையையும், அதைச் சுற்றிச் சுழலும் பிரகாசமான ஒளிரும் வாயு வளையத்தையும் புகைப்படமாக உலகிற்கு வெளியிட்டது.

இதைத் தொடர்ந்து, 2022-இல் நமது சொந்தப் பால்வெளி அண்டத்தின் மையத்தில் உள்ள ‘சகிட்டாரியஸ் ஏ’ (Sagittarius A) கருந்துளையின் புகைப்படத்தையும் EHT குழுவினர் வெற்றிகரமாகப் படம் பிடித்து வெளியிட்டுச் சாதனை படைத்தனர்.

8. கருந்துளைகள் பற்றிய தவறான நம்பிக்கைகள் (Myths vs Facts)

• தவறான நம்பிக்கை 1: கருந்துளைகள் விண்வெளியில் உள்ள அனைத்தையும் ராட்சஷ வக்யூம் கிளீனர் (Vacuum Cleaner) போல உறிஞ்சிவிடும்.
  • உண்மை: கருந்துளைகள் எதையும் உறிஞ்சுவதில்லை; அவற்றின் நிகழ்வு எல்லைக்கு மிக அருகில் செல்லும் பொருட்களை மட்டுமே தன்னுள் இழுத்துக் கொள்கின்றன. உதாரணத்திற்கு, நமது சூரியனுக்குப் பதிலாக அதே நிறையுடைய ஒரு கருந்துளையை வைத்தால், பூமி அதில் விழாது! மாறாகத் தற்போதைய சுற்றுப்பாதையிலேயே தொடர்ந்து சுற்றி வரும் (ஆனால் வெளிச்சமும் வெப்பமும் இருக்காது).
• தவறான நம்பிக்கை 2: கருந்துளைக்குள் சென்றால் மற்றொரு பிரபஞ்சத்திற்குச் செல்லலாம்.
  • உண்மை: இது அறிவியல் புனைகதைகளில் (Science Fiction) மட்டுமே சாத்தியம். தற்போதைய இயற்பியல் விதிகளின்படி, நிகழ்வு எல்லையைக் கடக்கும் எந்தவொரு பருப்பொருளும் சிதைந்து ஒற்றைப்புள்ளியில் ஒடுங்கிவிடும்.

9. பிரபஞ்சத்தின் பரிணாமத்தில் கருந்துளைகளின் பங்கு

கருந்துளைகள் வெறும் அழிக்கும் அரக்கர்கள் மட்டுமல்ல; அவை புதிய விண்மீன்களின் உருவாக்கத்திற்கும், பேரண்டங்களின் (Galaxies) கட்டமைப்புக்கும் மிக முக்கியப் பங்காற்றுகின்றன.

1. பேரண்டங்களின் மையம்: ஒவ்வொரு பேரண்டத்தின் மையத்திலும் உள்ள மாபெரும் கருந்துளைகளின் ஈர்ப்பு விசையே அந்தப் பேரண்டத்தில் உள்ள கோடிக்கணக்கான நட்சத்திரங்களைச் சிதறிப்போகாமல் ஒன்றிணைத்து வைத்திருக்க உதவுகிறது.
2. நட்சத்திர உருவாக்கம்: கருந்துளையின் ஈர்ப்புச் சேர் தட்டிலிருந்து வெளியாகும் சக்திவாய்ந்த காந்த ஜெட் கதிர்கள் (Relativistic Jets) விண்வெளி வாயு மேகங்களை அசைத்து, புதிய நட்சத்திரங்கள் உருவாவதைத் தூண்டுகின்றன.

மேலதிக தகவல்களுக்கு மாற்றம் செய்திகள் இணையத்தளத்தினுள் பிரவேசியுங்கள்.

மேலதிக தகவல்களை உடனுக்குடன் பெற்றுக்கொள்ள மாற்றம் செய்திகள் முகநூல் பக்கத்தை பின்தொடரவும்.