ব্ল্যাকহোলের কবলে আলো

ব্ল্যাকহোলের সাথে আমরা সবাই কম বেশি পরিচিত। এর নিকটবর্তী সব বস্তুর উপর এর রয়েছে রাক্ষুসে প্রভাব। এ জন্যে অনেকেই একে কসমিক ভ্যাকুয়াম ক্লিনারও বলে থাকেন। অবশ্য এই উপাধিটি পুরোপুরি সঠিক নয়। অন্য দিকে, আলো হচ্ছে এমন এজিনিস যার বেগ মহাবিশ্বের সব কিছুর চেয়ে বেশি, এমনকি তা যে কোন প্রসঙ্গ কাঠামোতেই। অথচ আলোর মতো এমন গতিশীল জিনিসও কিন্তু ব্ল্যাকহোলের খপ্পরে আটকা পড়ে যায়। আমাদের চোখে ধরা পড়ার জন্যে সে ব্ল্যাকহোল থেকে বেরিয়েই আসতে পারে না। এজন্যেই ব্ল্যাকহোল ‘ব্ল্যাক’ এবং একে আমরা দেখতে পাই না। আলো কিভাবে ব্ল্যাকহোলের কাছে হেরে যায়, আজকে আমরা তাই দেখার চেষ্টা করবো।

তার আগে ব্ল্যাকহোল সম্পর্কে আরো কিছু তথ্য জেনে নিলে মন্দ হয় না। জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের দৃঢ় বিশ্বাস,  প্রত্যেকটি গ্যালাক্সির কেন্দ্রে রয়েছে বিশাল বিশাল  ভরের (Supermassive) ব্ল্যাকহোল। যেমন, আমাদের মিল্কিওয়ে গ্যলাক্সির কেন্দ্রেই রয়েছে স্যাজাইটেরিয়াস এ স্টার (Sagittarius A*) নামক একটি  বিশাল ব্ল্যাকহোল। প্রথম আবিষ্কৃত ব্ল্যাকহোলের নাম সিগনাস এক্স ওয়ান যার অবস্থান আকাশের ৮৮টি তারামণ্ডলীর (Constellation) বকমণ্ডলীতে (Cygnus)। ১৭৮৩ সালে বিজ্ঞানী জন মিচেল সর্বপ্রথম ব্ল্যাকহোলের কথা ভাবেন। অবশ্য তিনি একে ডার্ক স্টার  নামে ডাকতেন। পরবর্তীতে ১৯৬৭ সালে জন হুইলার  এক বক্তৃতায় একে বর্তমান নামে সিক্ত করেন।

ব্ল্যাকহোলের ধারনা সহজে বোঝার জন্যে আমরা একটি উদাহরণ কল্পনা করতে পারি। পৃথিবীতেও আমরা যদি কোন বস্তুকে উপরের দিকে ছুড়ে মারি, তাহলে সেটি একটু পরেই নিচে নেমে আসে। এটা যেন অভিকর্ষ সম্পর্কে সেই চিরন্তন সত্যেরই (!) প্রতিধ্বনি যে, What goes up, must come down। অর্থ্যাৎ উপরে যে উঠবে, নিচেও তাকে নামতেই হবে। বস্তুটিকে আরেকটু জোরে মারলে কী হতো? তাও নিচে নামতো, তবে একটু পরে। আরেকটু জোরে মারলে? আরেকটু পরে। এভাবেইকি চলতে থাকবে? না। একটা পর্যায়ে গিয়ে নির্দিষ্ট একটি বেগের ক্ষেত্রে, নিক্ষিপ্ত বস্তুটি আর নিচে নেমে আসবে না। বরং অভিকর্ষ সম্পর্কে তথাকথিত সেই চিরন্তন সত্য বাক্যটিকে বৃদ্ধাঙ্গুলি দেখিয়ে সেটি হারিয়ে যাবে মহাশুন্যে। এই বেগটিই হচ্ছে মুক্তিবেগ (Escape Velocity)। পৃথিবী থেকে মহাকাশযান প্রেরণের সময় এই মুক্তিবেগের কথা মাথায় রাখতে হয়। পৃথিবীর ক্ষেত্রে খাড়া উপরে নিক্ষিপ্ত বস্তুর জন্যে মুক্তিবেগ হচ্ছে প্রতি সেকেন্ডে ১১ দশমিক ২ কিলোমিটার।

 সৌরজগতের গ্রহগুলোর মধ্যে স্বাভাবিকভাবেই ক্ষুদ্রতম এবং সূর্যের নিকটতম গ্রহ বুধের মুক্তিবেগ সবচেয়ে কম- প্রতি সেকেন্ডে মাত্র ৪.৩ কি.মি। আর বৃহত্তম গ্রহ বৃহস্পতির মুক্তিবেগ সবচেয়ে বেশি- ৫৯.৬ কি.মি/সেকেন্ড। আর আমাদের সূর্যের মুক্তিবেগ প্রতি সেকেন্ডে প্রায় ৬১৮ কিলোমিটার। অবশ্য সমগ্র সৌরজগতের মুক্তিবেগ আরো খানিকটা বেশি। কিন্তু এই বিশাল মুক্তিবেগ মানুষ করায়ত্ব করে ফেলেছে। ইতোমধ্যেই নাসার ভয়েজার স্পেশশিপ দুটি সৌরজগতের চৌহদ্দি পাড়ি দিয়ে আন্তঃনাক্ষত্রিক জগতে (Interstellar Space)বিচরণ করে বেড়াচ্ছে।

মূল আলোচনায় ফিরে আসা যাক। আমাদের সূর্যের মুক্তিবেগ অনেক বেশি মনে হলেও আসলে আলোর বেগের কাছে এই বেগখানি অতি নগণ্য! ফলে আলোর উপর সূর্যের প্রভাব লক্ষ্যণীয় নয়। কারণ সূর্য হচ্ছে একটি খুবই সাধারণ ভরের নক্ষত্র। কিন্তু যেসব নক্ষত্রের ভর সূর্যের অন্তত ১৫ থেকে ২০ গুণ হয়, তাদের ক্ষেত্রে মুক্তিবেগের পরিমাণ এতটা বেশি হয় যে তা আলোর বেগকেও ছাড়িয়ে যায়। মুক্তিবেগ অর্জন না করে যেহেতু কোন বস্তু থেকে বের হয়ে আসা সম্ভব নয়, তাই এসব বস্তু থেকে আলোও বেরিয়ে আসতে পারে না। আর বিজ্ঞানী ইবনে হাইসামের আবিষ্কার অনুযায়ী কোন বস্তু থেকে আলো আমাদের চোখে পৌঁছলেই কেবল আমরা বস্তুটি দেখতে পারি। ফলে, এসব বস্তুর আলো আমাদের চোখে এসে পৌঁছায় না বলে এদেরকে আমরা দেখি না। এদেরকেই এখন আমরা ব্ল্যাক হোল বলে ডাকি।

আবার আমরা জানি, কোন বস্তুর কেন্দ্র থেকে যত দূরে যাওয়া হবে, এর অভিকর্ষ ততই দুর্বল হতে থাকবে। ব্ল্যাকহোলের ক্ষেত্রেও এটা সত্য। ব্ল্যাকহোলের ক্ষেত্রে যে দূরত্বে এর মুক্তিবেগ আলোর বেগের সমান সেই বিন্দুতেই এর ঘটনা দিগন্ত উপস্থিত। এই বিন্দুকে ঘটনা দিগন্ত (Event Horizon) বলা হচ্ছে কেন?

আমরা জানি, পৃথিবীর পৃষ্ঠের বক্রতার কারণে একটি নির্দিষ্ট দূরত্বের পরের কোন বস্তু আমরা দেখি না। এ কারণের নদী বা সমুদ্রপথে জাহাজ আসার সময় প্রথমে এর উপরের অংশ তথা মাস্তুল ও পরে নিচের বডি চোখে পড়ে। অর্থ্যাৎ, দিগন্ত আসলে সেই সীমা যেখানে দৃষ্টিরা আড়াল হয়ে যায়। তাই, এই নামটিই ব্ল্যাক হোলের ক্ষেত্রেও ব্যবহার করা হয়েছে। ব্ল্যাক হোলের ঘটপ্না দিগন্তের উপরস্থ কোন ঘটনা আমরা দেখবো না, দেখবো না তার ভেতরের কোন বস্তুও। তবে এর বাইরের ঘটনা কিন্তু আমাদের চোখে পড়বে।  

এখানেই আমাদের আজকের আলোচ্য প্রশ্নের অবস্থান। আমরা জানি, অভিকর্ষ বল বস্তুর ভরের সাথে সম্পৃক্ত। চার প্রকার মৌলিক বলের মধ্যে একটু ভিন্ন ‘বল’ অভিকর্ষ আকর্ষণ করে শুধু ভরযুক্ত বস্তুকে।

কিন্তু আলোরতো কোনো ভরই নেই। তাহলে ব্ল্যাকহোল থেকে আলো আসতে পারবে না কেন? আলো কিভাবে ব্ল্যাকহোলের কবলে আটকা পড়ে?

মূলত, ১৭৮৩ সালে জন মিচেল ও কাছাকাছি সময় ল্যাপ্লাস সর্বপ্রথম যখন ব্ল্যাকহোলের সম্ভাবনা নিয়ে ভাবেন তখন আলোকে কণা মনে করা হতো। তাই, কোন কণার পক্ষে অভিকর্ষের কবলে আটকে পড়াকে সম্ভব মনে করা হতো। কিন্তু মিচেওলসন ও মোরলের এক্সপেরিমেন্ট থেকে আমরা জানি আলো নিছক কোন কণা নয়। এর মূল পরিচয়, এটি তড়িচ্চৌম্বক তরঙ্গ। তাহলে তরঙ্গ কিভাবে অভিকর্ষের খপ্পরে ধরা পড়ে?

এই প্রশ্নের জবাব খুঁড়তে হলে আমাদেরকে একটু ঘুরে আসতে হবে অভিকর্ষের ইতিহাস ও বিকাশ থেকে। ১৬৬৫ সালে সালে বিজ্ঞানী আইজ্যাক নিউটন দিয়েছিলেন অভিকর্ষের ধারণা। বলা হয়েছিল, মহাবিশ্বের প্রতিটি বস্তু একে অপরকে নিজ দিকে আকর্ষণ করে। বস্তুর ভর যত বেশি হবে, তার অভিকর্ষ ততোই শক্তিশালী হবে। নিউটনের এই সূত্র দিয়ে সূর্যের চারদিকে গ্রহদের গতিপথ ব্যাখ্যা করা সম্ভব হলেও কয়েকটি বিষয়ের নিখুঁত ব্যখ্যা পাওয়া সম্ভব হয়নি। এর অন্যতম উদাহরণ ছিল সূর্যের নিকটতম গ্রহ বুধের কক্ষপথের স্থানচ্যুতি।

এরকম আরো কিছু বিষয়ের নিখুঁৎ ব্যাখ্যা দিতে ব্যার্থ হয় নিউটোনিয়ান অভিকর্ষ। দূর্ভাগ্যক্রমে, আমাদের দেশে আজো স্কুল কলেজ পর্যায়ে অভিকর্ষ বলতে নিউটনীয় অভিকর্ষই পড়ানো হয়।

অথচ আধুনিক পদার্থবিদ্যার অন্য অনেক কিছুর মতোই অভিকর্ষের আধুনিক ধারনাও আইন্সটাইনের কাছে ঋণী। ১৯০৫ সালে তিনি প্রদান করেন আপেক্ষিকতার বিশেষ তত্ত্ব (Special Theory of Relativity)। এর ১০ বছর পর, ১৯১৫ সালে প্রকাশ করেন আপেক্ষিকতার সাধারণ  তত্ত্ব (General Theory of Relativity)। এখানে তিনি অভিকর্ষকে তুলে ধরলেন ভিন্ন আঙ্গিকে। অভিকর্ষ কোন ‘বল’ নয়। এটি হচ্ছে স্থান-কালের (Space-Time) বক্রতা। স্থান এবং কাল আলাদা আলাদা কিছু নয়। স্থানের তিনটি স্থানাঙ্কের সাথে চতুর্থ স্থানাঙ্ক  ‘সময়’ মিলিত হয়ে কোনো একটি ঘটনাকে পূর্ণাংগভাবে ব্যাখ্যা করে।

আপেক্ষিকতার এই নীতি অনুযায়ী প্রত্যেকটি ভরযুক্ত বস্তুই তার চারপাশের স্থান-কালকে বাঁকিয়ে দেয়।

নিউটোনীয় অভিকর্ষের মতোই অবশ্য ক্ষুদ্র ভরবিশিষ্ট বস্তুর ক্ষেত্রে এই বক্রতা হবে সামান্যই। অবশ্য এই নীতি আবার আমরা যখন পরমাণুর গহীণে অতি-পারমাণবিক কণিকার জগতে নিয়ে যাবো, তখন এটি একেবারেই খাটবে না। সেখানে আবার রাজত্ব করে বেড়ায় কোয়ান্টাম তত্ত্ব। মহাবিশ্বের ম্যাক্রো ও মাইক্রো- এই দুই জগতের শাসনভার যথাক্রমে তাই এই দুইটি আলাদা তত্ত্বের হাতে।

যাই হোক, বিশাল ভরের বস্তু কতৃক স্থান-কাল লক্ষ্যণীয়ভাবে বেঁকে যায় বলেই নক্ষত্রদের চারদিকে গ্রহদের আর গ্রহদের চারপাশে উপগ্রহের কক্ষপথ তৈরি হয়।

কিন্তু কোনো বস্তু স্থান এবং কালকে বাঁকিয়ে দেয়- এটা বললেই কি মানতে হবে? এর সপক্ষে প্রমাণওতো থাকতে হবে। বলাই বাহুল্য, প্রাচীন কালে প্রদত্ত বিভিন্ন বৈজ্ঞানিক (বা অবৈজ্ঞানিক) তত্ত্বের তুলনায় আপেক্ষিকতাকে অনেক বেশিই পরীক্ষা দিতে হয়েছিল।

সাধারণ আপেক্ষিকতার ভাষ্য মতে, ভর যেহেতু স্থান কালকে বাঁকিয়ে দেয়, সেহেতু বড় বড় ভরের বস্তুদের লেন্সের মতো আচরণ করা উচিৎ।

অর্থ্যাৎ, ধরুন, আমরা কোনো নক্ষত্রের পেছনে অবস্থিত অন্য কোন বস্তু দেখতে চাই। কিন্তু সাধারণ অবস্থায় সেই বস্তুকে দেখা না গেলেও মাঝখানের বস্তুটি যেহেতু স্থানকে বাঁকিয়ে দেবে, তাই অপর পাশের বস্তু থেকে আসা আলো সেই বক্রপথ অনুসরণ করে দর্শকের চোখে ধরা পড়বে। প্রমাণিত হবার পর এখন এই ঘটনাকে বলা হয় গ্র্যাভিটেশনাল লেন্সিং।

১৯১৯ সালের সূর্যগ্রহণের সময় সাধারণ আপেক্ষিকতা প্রমাণিত হয়ে গেল। সূর্যের আলোর কারণে সাধারণ অবস্থায় দৃশ্যমান না হলেও সূর্যগ্রহণের সময়ের অন্ধকারে সূর্যের পেছনে অবস্থিত দেখা গেল হায়াডিজ তারাস্তবককে (Hyades Star Cluster)। প্রমাণিত হল আপেক্ষিকতার বিশেষ তত্ত্ব। এই পরীক্ষণটি পরিচালনা করেছিলেন স্যার আর্থার এডিংটন।  

উল্লেখ্য, সূর্যগ্রহণের সময়ের এই ঘটনা ও বুধের কক্ষপথের নিখুঁৎ বর্ণনাসহ আরো কিছু বিষয়ে সাধারণ আপেক্ষিকতার পূর্বানুমানের সাথে বাস্তব ঘটনা মিলে গেল অবিকলভাবে যেখানে তা নিউটোনিয়ান তত্ত্বের সাথে পুরোপুরি সঙ্গতিপূর্ন ছিল না।  

অতএব, বলা যাচ্ছে, অভিকর্ষ তার চারপাশের স্থানকে বাঁকিয়ে দিয়ে ঐ স্থানগামী যেকোনো কিছুকে সেই বক্রপথ অনুসরণ করতে বাধ্য করবে। বস্তুর ভর যত বেশি হবে বক্রতার পরিমাণও হবে ততো বেশি।

এবার চিন্তা করা যাক ব্ল্যাকহোলদের মতো দানবদের কথা। এদের ভর এতই বেশি যে এরা এদের আশপাশের স্থানকালকে নির্দয়ভাবে এমনভাবে বাঁকাবে যে বক্রতা হবে শুধুই অন্তর্মুখী। অর্থ্যাৎ, এই বক্রতায় প্রবেশের দরজা থাকবে কিন্তু বেরুবার দরজা থাকবে না। গ্রামে বর্ষা মৌসুমে পুকুরে মাছ ঢোকানোর জন্যে দুটি বেড়া এমনভাবে মুখোমুখি লাগানো থাকে যে পুকুরে প্রবেশের সময় মাছ ঐ বেড়ার ফাঁক গলে চলে যেতে পারবে কিন্তু পুকুর থেকে বেরোতে পারবে না। ব্ল্যাকহোলের কাজও অনেকটাই এরকম।

এ কারণেই আলোর কোনো ভর না থাকলেও এটি ব্ল্যাকহোলের ফাঁদে পড়ে যায়। দূর থেকে আসা আলো ব্ল্যাকহোলের ঘটনা দিগন্তের ভেতরে চলে গেলে আর বের হবার রাস্তা পাবে না। ফলে ঘটনা দিগন্তের ভেতরের কোন কিছু আমরা দেখতে পাবো না।

এ তো গেল ব্ল্যাকহোলের ভেতরের অবস্থা। ঘটনা দিগন্তের একটু বাইরে এমন একটি অঞ্চল থাকা সম্ভব যেখানে বক্রতা ভেতরের দিকে অসীম না হয়ে একটি বৃত্তপথ তৈরি করবে। এই বৃত্তের বাইরের অঞ্চলগামী আলো অল্পের জন্যে রক্ষা পেয়ে বেরিয়ে যাবে। কিন্তু এই বৃত্তাঞ্চলের আলোর কী হবে? এই আলোককণিকাটি ব্ল্যাকহোলের চারদিকে ঘুরে মরবে। অবিরত ব্ল্যাকহোলকে প্রদক্ষিণ করবে।

ধরুন, কোন ব্যক্তি এই বৃত্তাঞ্চলে দাঁড়িয়ে কক্ষপথ বরাবর আলো ফেলল। একটু পরই এই আলো এসে তার ঘাড়ের পেছনে পড়বে। তার মানে, আলো হচ্ছে এখানে উপগ্রহ। অবশ্য ব্ল্যাকহোল যেহেতু তারকাদের জীবনের একটি অন্তিম দশা আপনি চাইলে উপগ্রহের বদলে গ্রহই বলতে পারেন। কিন্তু প্রদক্ষিণরত বস্তুকে আমরা সাধারণত উপগ্রহ মনে করি বলেই এমনটি বললাম। নচেৎ, উপগ্রহতো থাকে গ্রহদের। কিন্তু ভরহীন আলোকেও আবার গ্রহও বলা চলে না। আপত্তি করে বসবে আন্তর্জাতিক জ্যোতির্বিজ্ঞান সমিতি (International Astronomical Union)। তাহলে কী বলা যায় আপনিই ভাবুন না!

তথ্যসূত্রঃ

১।  https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole
২। http://www.hawking.org.uk/into-a-black-hole.html
৩। http://imagine.gsfc.nasa.gov/ask_astro/black_holes.html
৪। http://hubblesite.org/explore_astronomy/black_holes/home.html
৫। http://cosmology.berkeley.edu/Education/BHfaq.html
৬। https://en.wikipedia.org/wiki/Escape_velocity
কমেন্ট করুন
শিক্ষার্থী | পরিসংখ্যান বিভাগ, ঢাকা বিশ্ববিদ্যালয়

শিক্ষাবর্ষঃ ২০১০-১১

আব্দুল্যাহ আদিল মাহমুদ

শিক্ষাবর্ষঃ ২০১০-১১

0