بلیک ہولز اور ایونٹ ہورائزنز

Linas Juozenas

وہ حد جس کے پار معلومات فرار نہیں ہو سکتیں، اور ہاکنگ ریڈی ایشن جیسے مظاہر

بلیک ہولز کی تعریف

ایک بلیک ہول خلاء-وقت کا وہ علاقہ ہے جہاں گریویٹی اتنی شدید ہوتی ہے کہ کچھ بھی—یہاں تک کہ روشنی بھی—ایک اہم حد جسے ایونٹ ہورائزن کہا جاتا ہے، عبور کرنے کے بعد باہر نہیں نکل سکتی۔ اگرچہ ابتدا میں اسے نظریاتی تجسس کے طور پر تصور کیا گیا تھا (18ویں صدی میں "ڈارک اسٹار" کا تصور)، بلیک ہولز فلکیات کے مرکز میں آ چکے ہیں، جن کی مشاہداتی تصدیقات ایکس رے بائنریز (Cygnus X-1) سے لے کر کہکشائی مراکز میں سپرمیسیو بلیک ہولز (جیسے کہ Milky Way میں Sgr A*) تک ہیں۔ آئن سٹائن کا جنرل ریلیٹیویٹی فریم ورک فراہم کرتا ہے، جو دکھاتا ہے کہ اگر کافی ماس ایک چھوٹے رداس میں مرتکز ہو جائے تو خلاء-وقت کا خم اس علاقے کو بیرونی کائنات سے مؤثر طریقے سے "بند" کر دیتا ہے۔

بلیک ہولز مختلف سائز اور اقسام میں آتے ہیں:

سٹیلر-ماس بلیک ہولز: تقریباً 3 سے دسوں شمسی ماس، جو بڑے ستاروں کے انہدام سے بنتے ہیں۔
انٹرمیڈیٹ-ماس بلیک ہولز: سیکڑوں سے ہزاروں شمسی ماس (کم مستند)۔
سپرمیسیو بلیک ہولز: لاکھوں سے اربوں شمسی ماس، جو زیادہ تر کہکشاؤں کے مراکز میں موجود ہوتے ہیں۔

اہم خصوصیات میں ایونٹ ہورائزن شامل ہے—"واپسی کا نقطہ"—اور عام طور پر کلاسیکی نظریہ میں ایک سنگولیریٹی، حالانکہ کوانٹم گریویٹی اس تصور کو انتہائی چھوٹے پیمانوں پر تبدیل کر سکتی ہے۔ اضافی طور پر، ہاکنگ ریڈی ایشن سے ظاہر ہوتا ہے کہ بلیک ہولز وقت کے ساتھ آہستہ آہستہ ماس کھو دیتے ہیں، جو کوانٹم میکینکس، تھرموڈائنامکس، اور گریویٹیشن کے درمیان گہری تعامل کی نشاندہی کرتا ہے۔

2. تشکیل: کششی سکڑاؤ

2.1 ستاروں کا سکڑاؤ

stellar-mass black hole بنانے کا سب سے عام راستہ یہ ہے کہ جب ایک massive star (>~20 سولر ماس) اپنے مرکز میں نیوکلیئر ایندھن ختم کر دیتا ہے۔ فیوژن کے بغیر جو کشش ثقل کے کھینچاؤ کا مقابلہ کرے، مرکز سکڑ جاتا ہے، اور مادے کو انتہائی کثافت تک دبا دیتا ہے۔ اگر مرکز کا ماس Tolman–Oppenheimer–Volkoff (TOV) حد (~2–3 سولر ماس نیوٹران اسٹار کی تشکیل کے لیے) سے زیادہ ہو، تو نیوٹران ڈیجینرسی پریشر بھی سکڑاؤ کو روک نہیں سکتا، جس سے بلیک ہول بنتا ہے۔ بیرونی پرتیں supernova میں خارج ہو سکتی ہیں۔

2.2 سپرمیسیو بلیک ہولز

Supermassive black holes (SMBHs) کہکشانی مراکز میں پائے جاتے ہیں، جیسے کہ Milky Way کے مرکز میں تقریباً 4 ملین سولر ماس کا بلیک ہول (Sgr A*)۔ ان کی تشکیل کم سیدھی ہوتی ہے—ممکنہ طور پر ابتدائی براہ راست دیو ہیکل گیس کے بادلوں کا انہدام، چھوٹے بلیک ہولز کے تیز رفتار انضمام، یا پروٹو-کہکشاؤں میں ایکریشن کے ذریعے بیج بلیک ہولز کی نشوونما کا امتزاج۔ اعلی ریڈ شفٹ (z >6) پر کوئزرز کے مشاہدات سے پتہ چلتا ہے کہ SMBHs کائناتی تاریخ میں بہت جلد بنتے ہیں، جو تیز نشوونما کے میکانزم پر جاری تحقیق کی رہنمائی کرتے ہیں۔

3. ایونٹ ہورائزن: واپسی کا نقطہ

3.1 Schwarzschild رداس

سب سے آسان جامد، غیر گھومتا ہوا بلیک ہول حل جنرل ریلیٹیویٹی میں Schwarzschild metric سے بیان کیا جاتا ہے۔ رداس

r_s = 2GM / c²

Schwarzschild radius کو نشان زد کرتا ہے؛ اس کرہ (ایونٹ ہورائزن) کے اندر، فرار کی رفتار روشنی کی رفتار سے زیادہ ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، ایک 1-سولر-ماس بلیک ہول کا r_s ≈ 3 کلومیٹر ہے۔ بڑے ماسز رداس کے ساتھ خطی طور پر بڑھتے ہیں، لہٰذا 10-سولر-ماس بلیک ہول کا ہورائزن رداس تقریباً 30 کلومیٹر ہے۔ یہ حد مؤثر طور پر ایک null surface ہے—روشنی کی کرنیں جو اس سے باہر نکلنے کی کوشش کرتی ہیں وہ ایسے راستے اختیار کرتی ہیں جو اس پر یا اس کے اندر رہتی ہیں۔

3.2 باہر کوئی مواصلت نہیں

ایونٹ ہورائزن کے اندر، اسپیس ٹائم اتنا مڑا ہوا ہوتا ہے کہ تمام timelike اور lightlike جیودیسکس اندر کی طرف singularity کی طرف لے جاتے ہیں (کلاسیکی نظریہ)۔ اس لیے، باہر کے ناظرین کچھ بھی جو ہورائزن کو عبور کرتا ہے دیکھ یا بازیافت نہیں کر سکتے۔ یہی وجہ ہے کہ بلیک ہولز سیاہ ہوتے ہیں: اندر سے کوئی تابکاری باہر نہیں نکل سکتی، حالانکہ ہورائزن کے قریب لیکن باہر توانائی والے عمل قابل مشاہدہ سگنلز پیدا کر سکتے ہیں (مثلاً، ایکریشن ڈسکس، ریلویٹیسٹک جیٹس)۔

3.3 گھومتے اور چارج شدہ ہورائزنز

حقیقی فلکیاتی بلیک ہول اکثر گھومتے ہیں، جنہیں Kerr metric کے ذریعے بیان کیا جاتا ہے۔ اس صورت میں ایونٹ ہورائزن کا رداس اسپن پیرامیٹر a پر منحصر ہوتا ہے۔ اسی طرح، ایک چارج شدہ (Reissner–Nordström) یا گھومنے/چارج شدہ (Kerr–Newman) بلیک ہول ہورائزن کی جیومیٹری کو تبدیل کرتا ہے۔ لیکن تصوری حد وہی رہتی ہے: ہورائزن کو عبور کرنا (گھومتے ہوئے بلیک ہولز کے لیے بیرونی ہورائزن) باہر نکلنے کی اجازت نہیں دیتا۔ ہورائزن کے قریب، فریم ڈریگنگ یا ایرگوسفیئر گھومتے ہوئے بلیک ہولز میں گردش کی توانائی نکالنے کی اجازت دے سکتے ہیں (Penrose عمل)۔

4. ہاکنگ ریڈی ایشن: بلیک ہول کا بخارات بننا

4.1 ہورائزن پر کوانٹم اثرات

1974 میں، Stephen Hawking نے بلیک ہول کے ہورائزن کے قریب خمیدہ خلاء میں کوانٹم فیلڈ تھیوری کا اطلاق کیا، نتیجہ اخذ کیا کہ بلیک ہولز حرارتی تابکاری خارج کرتے ہیں جس کا درجہ حرارت ہے:

T_H = (ħ c³) / (8 π G M k_B)

جہاں M بلیک ہول کی کمیت ہے، k_B بولٹزمن کا مستقل ہے، اور ħ کم شدہ پلانک مستقل ہے۔ چھوٹے بلیک ہولز کی ہاکنگ درجہ حرارت زیادہ ہوتی ہے، اس لیے وہ تیزی سے بخارات بن جاتے ہیں۔ بڑے ستاروں یا سپرمیسیو بلیک ہولز کی درجہ حرارت انتہائی کم ہوتی ہے، جس کی وجہ سے ان کے بخارات بننے کا وقت فلکیاتی ہوتا ہے (جو کائنات کی موجودہ عمر سے بہت زیادہ ہے) [1,2]۔

4.2 ذرات-اینٹی ذرات کے جوڑے

ایک تخمینی وضاحت میں ہورائزن کے قریب "ورچوئل" ذرات-اینٹی ذرات کے جوڑے دیکھے جاتے ہیں۔ ایک اندر گر جاتا ہے، دوسرا بچ نکلتا ہے، توانائی لے کر۔ بلیک ہول کی کمیت مؤثر طور پر کل توانائی کے تحفظ کے لیے کم ہو جاتی ہے۔ اگرچہ یہ سادہ ہے، یہ بنیادی عمل کو ظاہر کرتا ہے: کوانٹم اتار چڑھاؤ اور ہورائزن پر سرحدی شرائط نیٹ تابکاری کو باہر کی طرف لے جاتی ہیں۔

4.3 بلیک ہول تھرموڈائنامکس

ہاکنگ کی بصیرت نے ثابت کیا کہ بلیک ہولز تھرموڈائنامک جیسے قوانین کی پیروی کرتے ہیں۔ ایونٹ ہورائزن کا رقبہ اینٹروپی کی طرح کام کرتا ہے (S ∝ A / l_P²)، اور سطحی کشش ثقل درجہ حرارت کے مترادف ہے۔ اس ہم آہنگی نے کوانٹم کشش ثقل کی گہری تلاش کو جنم دیا، کیونکہ بلیک ہول تھرموڈائنامکس کو یونٹریٹی اور معلوماتی تضادات کے ساتھ ہم آہنگ کرنا نظریاتی طبیعیات میں ایک بڑا چیلنج ہے۔

5. بلیک ہولز کے مشاہداتی شواہد

5.1 ایکس رے بائنریز

بہت سے ستاروں کی کمیت والے بلیک ہولز دوہری نظاموں میں عام ستاروں کے ساتھ دریافت کیے جاتے ہیں۔ ساتھی ستارے سے مواد بلیک ہول پر ایککریشن ڈسک کے ذریعے جمع ہوتا ہے، جو ایکس رے توانائیوں تک گرم ہوتا ہے۔ کمپیکٹ آبجیکٹ کی کمیت کے تخمینے >3 M_⊙ اور سطحی مظاہر کی کمی بلیک ہولز کی نشاندہی کرتی ہے (مثلاً Cygnus X-1)۔

5.2 کہکشانی مراکز میں سپرمیسیو بلیک ہولز

ستاروں کی حرکتوں کے مشاہدات جو Milky Way کے مرکز کے گرد ہیں، ایک تقریباً 4 ملین M_⊙ بلیک ہول (Sgr A*) ظاہر کرتے ہیں جن کے مدار کیپلر کے قوانین سے اچھی طرح وضاحت کیے گئے ہیں۔ اسی طرح، فعال کہکشانی نیوکلئی (quasars) جو SMBHs سے چلتے ہیں جن کی کمیت اربوں شمسی کمیتوں تک ہوتی ہے۔ Event Horizon Telescope نے M87* (2019) اور Sgr A* (2022) کی پہلی براہ راست ہورائزن-اسکیل تصاویر تیار کیں، جو نظریاتی پیش گوئیوں کے مطابق سائے/انگوٹھی کی ساخت کی تصدیق کرتی ہیں۔

5.3 کشش ثقل کی لہریں

2015 میں، LIGO نے تقریباً 1.3 ارب نوری سال دور بلیک ہولز کے انضمام سے کشش ثقل کی لہریں دریافت کیں۔ بعد کے تجربات میں متعدد بلیک ہول–بلیک ہول انضمام ملے، جس سے فطرت میں بائنری بلیک ہولز کے وجود کی تصدیق ہوئی۔ لہروں کے نمونے ریلیٹوسٹک انضمام کی نقلوں سے میل کھاتے تھے، جو بلیک ہولز، ایونٹ ہورائزنز، اور رنگ ڈاؤنز کی براہ راست مضبوط میدان کی تصدیق فراہم کرتے ہیں۔

6. اندرونی کام: سنگولیریٹی اور کوسمک سینسرشپ

6.1 کلاسیکی سنگولیریٹی

سادہ کلاسیکی تصویر میں، مادہ بلیک ہول کے مرکز میں سنگولیریٹی پر لامتناہی کثافت تک زوال پاتا ہے۔ وقت و مکان کا خماؤ بڑھ جاتا ہے، جنرل ریلیٹیویٹی ناکام ہو جاتی ہے۔ وسیع پیمانے پر توقع کی جاتی ہے کہ کوانٹم کشش ثقل یا پلانک اسکیل فزکس حقیقی سنگولیریٹی کو روکتی ہے، لیکن درست طریقہ کار معلوم نہیں۔

6.2 کوسمک سینسرشپ مفروضہ

راجر پینروز کی تجویز کردہ کوسمک سینسرشپ مفروضہ کہتا ہے کہ کششی زوال سے بننے والی سنگولیریٹیز ایونٹ ہورائزنز کے اندر چھپی ہوتی ہیں (“کوئی ننگی سنگولیریٹیز نہیں”)۔ تمام معروف حقیقت پسندانہ حل اس کی پیروی کرتے ہیں، لیکن یہ تھیورم ثابت نہیں ہوا۔ غیر معمولی حالات (جیسے مخصوص رفتاروں پر گھومتے ہوئے بلیک ہولز) اصولی طور پر اسے توڑ سکتے ہیں، لیکن کوئی مستحکم خلاف ورزی معلوم نہیں۔

6.3 معلومات کا متضاد مسئلہ

کوانٹم تھیوری میں یونٹریٹی (معلومات کبھی ضائع نہیں ہوتیں) اور بلیک ہول کے بخارات (ہاکنگ ریڈی ایشن جو حرارتی معلوم ہوتی ہے اور ابتدائی حالتوں کی کوئی یادداشت نہیں رکھتی) کے درمیان کشمکش پیدا ہوتی ہے۔ اگر بلیک ہول مکمل طور پر بخارات بن کر ختم ہو جائے، تو کیا معلومات غائب ہو جاتی ہے یا کسی طرح ریڈی ایشن میں کوڈ کی گئی ہوتی ہے؟ حل ہولوگرافک اصولوں (AdS/CFT)، کوانٹم کیاؤس دلائل، یا بلیک ہول کمپلیمنٹریٹی سے متعلق ہو سکتے ہیں۔ یہ کوانٹم میکینکس اور کشش ثقل کے درمیان ایک گرم تحقیقی موضوع ہے۔

7. ورم ہولز، وائٹ ہولز، اور نظریاتی توسیعات

7.1 ورم ہولز

ورم ہولز یا آئن سٹائن–روزن پل نظری طور پر وقت و مکان کے الگ الگ علاقوں کو جوڑتے ہیں۔ لیکن جیومیٹری عام طور پر غیر مستحکم ہوتی ہے جب تک کہ کوئی غیر معمولی منفی توانائی کا مادہ اسے کھلا نہ رکھے۔ اگر مستحکم ورم ہولز موجود ہوں، تو وہ تقریباً فوری سفر یا بند وقت نما منحنی خطوط کی اجازت دے سکتے ہیں، جو ممکنہ وقت کے سفر کی نشاندہی کرتے ہیں۔ فی الحال، کوئی مشاہداتی ثبوت بڑے پیمانے پر قابل سفر ورم ہولز کی حمایت نہیں کرتا۔

7.2 وائٹ ہولز

ایک وائٹ ہول بلیک ہول کا وقت کے لحاظ سے الٹا حل ہے، جو سنگولیریٹی سے مادہ خارج کرتا ہے۔ اسے عام طور پر حقیقت پسندانہ فلکیاتی عمل کے لیے غیر فزیکل سمجھا جاتا ہے، کیونکہ یہ کششی زوال سے نہیں بن سکتے۔ وائٹ ہول کچھ نظریاتی حلوں میں ظاہر ہوتے ہیں (جیسے Schwarzschild میٹرک کی زیادہ سے زیادہ تجزیاتی توسیعات)، لیکن ان کا کوئی معروف حقیقی مماثل نہیں ہے۔

8. طویل مدتی انجام اور کائناتی کردار

8.1 ہاکنگ ایواپوریشن کے اوقات

سٹیلر بلیک ہول کی عمر تقریباً 10 سال ہوتی ہے⁶⁷ ہاکنگ ریڈی ایشن کے ذریعے بخارات بننے میں سال یا اس سے زیادہ لگتے ہیں۔ سپرمیسیو بلیک ہول 10 سال تک زندہ رہ سکتے ہیں¹⁰⁰ سال یا اس سے زیادہ، آخرکار دیرینہ کائنات کی ساخت پر غالب آتے ہیں جب معمول کا مادہ تحلیل یا ضم ہو جاتا ہے۔ پھر، وہ بھی بخارات بن جاتے ہیں، ماس کو کم توانائی والے فوٹونز اور دیگر ذرات میں تبدیل کرتے ہوئے، ایک انتہائی سرد کائناتی صحرا چھوڑ جاتے ہیں۔

8.2 کہکشاؤں کی تشکیل اور ارتقا میں کردار

مشاہدات سے پتہ چلتا ہے کہ سپرمیسیو بلیک ہول کہکشائی بُلج ماس (یعنی M_BH–σ تعلق) کے ساتھ تعلق رکھتے ہیں، جو ظاہر کرتا ہے کہ بلیک ہول کہکشاؤں کی نمو پر گہرا اثر ڈالتے ہیں—طاقتور AGN فیڈبیک یا جیٹ آؤٹ فلو کے ذریعے جو ستاروں کی تشکیل کو منظم کرتے ہیں۔ کائناتی جال میں، بلیک ہول اس طرح ستاروں کے انہدام کے اختتام اور فعال کہکشائی نیوکلیائی کو توانائی فراہم کرنے والے انجن کے طور پر کام کرتے ہیں جو بڑے پیمانے پر ساخت کو شکل دیتے ہیں۔

9. نتیجہ

بلیک ہول جنرل ریلیٹیویٹی کی انتہائی پیش گوئیوں کی مثال ہیں—ایسے خلاء-وقت کے علاقے جو اتنے مڑے ہوئے ہیں کہ کوئی روشنی ایونٹ ہورائزن سے باہر نہیں نکل سکتی۔ مشاہداتی طور پر، یہ ہر جگہ پائے جاتے ہیں: سٹیلر باقیات سے جو ایکس رے بائنریز میں دریافت ہوئی ہیں، لے کر کہکشائی مراکز میں موجود دیوقامت تک۔ ہاکنگ ریڈی ایشن جیسے مظاہر کوانٹم رنگ دیتے ہیں، جو ظاہر کرتے ہیں کہ بلیک ہول بالآخر بخارات بن جاتے ہیں اور کششی تھرموڈائنامکس کو کوانٹم تھیوری سے جوڑتے ہیں۔ ایک صدی کی تحقیق کے باوجود، کھلے سوالات باقی ہیں، خاص طور پر انفارمیشن پیراڈوکس اور سنگلریٹی کی ساخت۔

یہ اجسام اس طرح فلکیات، ریلیٹیویٹی، کوانٹم فزکس، اور کوسمولوجی کے سنگم پر واقع ہیں، جو نہ صرف فطرت کی انتہاؤں کو ظاہر کرتے ہیں بلکہ کوانٹم میکینکس اور کشش ثقل کو ملانے والے ایک گہرے متحدہ فریم ورک کی ممکنہ ضرورت کو بھی ظاہر کرتے ہیں۔ پھر بھی بلیک ہول جدید فلکیات کے مرکز میں ہیں—کائنات کے کچھ روشن ترین ذرائع (کوازارز) کو توانائی فراہم کرتے ہیں، کہکشاؤں کی ارتقا کو شکل دیتے ہیں، اور کششی موجوں کے سگنلز پیدا کرتے ہیں۔ معلوم اور پراسرار کے درمیان پل باندھتے ہوئے، بلیک ہول سائنس کے سب سے دلچسپ محاذوں میں سے ہیں۔

حوالہ جات اور مزید مطالعہ

ہاکنگ، ایس۔ ڈبلیو۔ (1974). “بلیک ہول دھماکے؟” نیچر, 248, 30–31۔
پینروز، آر۔ (1965). “کششی انہدام اور خلاء-وقت کی سنگلریٹیز۔” فزیکل ریویو لیٹرز, 14, 57–59۔
ایونٹ ہورائزن ٹیلیسکوپ کولیبوریشن (2019). “پہلے M87 ایونٹ ہورائزن ٹیلیسکوپ کے نتائج۔” دی ایسٹروفزیکل جرنل لیٹرز, 875, L1–L6۔
والڈ، آر۔ ایم۔ (1984). جنرل ریلیٹیویٹی۔ یونیورسٹی آف شکاگو پریس۔
فرو لوو، وی۔ پی۔، اور نوویکوف، آئی۔ ڈی۔ (1998). بلیک ہول فزکس: بنیادی تصورات اور نئی پیش رفتیں۔ کلویئر اکیڈمک۔

← پچھلا مضمون اگلا مضمون →

اوپر واپس جائیں

بلاگ پر واپس

ملک/علاقہ

زبان