மனிதனும் நட்சத்திரப் பயணங்களும்-அறிவியல் - பாகம் 15- கருந்துளைகள் 01 - 04.

கருந்துளைகள் 01 – முரண்படும் இயற்கை விதிகள்

பூமியில் இருந்து ஒரு விண்கலம் பூமியின் ஈர்ப்பு விசையை விட்டு விண்வெளியை அடையவேண்டுமெனில் அது ஒரு செக்கனுக்கு 11.2 கிலோமீட்டர் வேகத்தில் பயணிக்கவேண்டும். அவ்வாறானா வேகத்தில் பயணித்தே நமது விண்கலங்கள் விண்வெளியை அடைகின்றது.

ஒரு கல்லை எடுத்து, வான்நோக்கி வீசி எறிந்தால், அக்கல் சிறிது தூரம் மேலெழும்பி, மீண்டும் கேழே விழுந்துவிடும். நாம் எறியும் வேகத்தைப் பொறுத்து அது மேலெழும்பும் தூரம் வேறுபடும். ஆக நீங்கள் எறியும் கல் மீண்டும் திரும்பி விழாமல் இருக்க வேண்டும் என்றால் நீங்கள் அதை ஒரு செக்கனுக்கு 11.2 கிலோமீட்டர் வேகத்தில் பயணிக்குமாறு எறியவேண்டும். இவ் வேகமானது விடுபடு திசைவேகம் (escape velocity) என அழைக்கப்படும்.

கோள்களின் திணிவுக்கு ஏற்ப அவற்றின் விடுபடு திசைவேகம் மாறுபடும், உதாரணமாக நமது சந்திரனின் விடுபடு திசை வேகம் செக்கனுக்கு 2.4 கிலோமீட்டர் ஆகும். இதையே சூரியனது விடுபடு திசைவேகத்தோடு ஒப்பிட்டுப்பார்த்தல், அதன் விடுபடு திசைவேகமானது ஒரு செக்கனுக்கு 617.5 கிலோமீட்டர் ஆகும்.

ஜான் மிச்சல் என்ற ஆசாமி 1783 இல் ஹென்றி காவன்டிஷ் என்ற ராயல் சொசைட்டி பௌதீகவியலாலருக்கு ஒரு கடிதம் எழுதினார். அதில் அவர் ஒரு நட்சத்திரத்தினது விடுபடு திசைவேகம் ஒளியின் வேகத்தை விட அதிகமாக, அதாவது, ஒரு செக்கனுக்கு 300000 கிலோமீட்டரை விட அதிகமாக இருந்தால், அந்த நட்சத்திரத்தால் வெளிவிடப்படும் ஒளியானது மீண்டும் அதே நட்சத்திரத்தால் இழுத்து உள்வாங்கப்பட்டுவிடுமா என்பது போன்ற ஒரு கேள்வியை கேடிருந்தார்.

கருந்துளை (படம் இணையம்)

இது ஒரு இக்கட்டான நிலையை உருவாக்கிவிட்டது, 1800களில் ஒளியைப் பற்றி நாம் தெரிந்திருந்தது சொற்பமே, அதிலும் ஒளியானது அலைவடிவமாக கருதப்பட்டதனால், ஈர்ப்புவிசை எவ்வாறு ஒளியில் தாக்கம் செலுத்தும் என்பது ஒரு புரியாத புதிராகேவே இருந்தது எனலாம். இதனாலோ என்னவோ, இந்த புரியாத கருப்பு நட்சத்திரங்கள் பற்றி பெரிதாக அவர்கள் சிந்திக்கவில்லை.

இருபதாம் நூற்றாண்டின் தலைசிறந்த பௌதீகவியலாலரான அல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன், தனது பொதுச்சார்புக்கோட்பாடு மூலம் பெரும் விஞ்ஞானப் புரட்சியையே நிகழ்த்தினார். இக்கோட்பாடுகளில் ஒளியின் தன்மை பற்றிய புதிய கோட்பாடுகள், ஈர்ப்பு விசை எவ்வாறு ஒளியின் தன்மையில் செல்வாக்கு செலுத்தும் என்பது போன்ற கருத்துக்களும் அடங்கும்.

000000000000000000000000000

கருந்துளைகள் 02 – கருந்துளை அறிவியலின் ஆரம்பம்

ஐன்ஸ்டீன் 1915இல் பொதுச்சார்புக்கொள்கையை வெளியிட்டு சிலமாதங்களில், கணிதவியலாளரான கார்ல் சுவார்சைல்ட், ஐன்ஸ்டீனின் சார்புக்கோட்பாடுகளின் சமன்பாடுகளை தீர்க்கும்போது, “கருப்பு நட்சத்திரம்” போன்றதொன்றின் பண்புகளைக்கொண்ட ஒரு பொருள் இருக்கவேண்டு மென பொதுச்சார்புக்கொள்கை வெளிப்படுத்தியதை கண்டறிந்தார். ஆனால் 1930 கள் வரை விஞ்ஞானிகள் கருந்துளைகள் பற்றி பெரிய ஈடுபாடு காட்டவில்லை.

1930களின் பின்னர், ஓபன்ஹைமர், சினைடர் மற்றும் வோல்கொப் போன்ற இயற்பியலாளர்கள் கருந்துளைகளின் ஆக்கம் பற்றியும், மற்றும் அவை பிரபஞ்சத்தில் இருப்பதற்கான சாத்தியக்கூறுகள் பற்றியும் தீவிரமாக ஆய்வு நடத்தினர். இவர்களின் ஆய்வுப்படி போதுமான அளவு திணிவு கொண்ட நட்சத்திரம் ஒன்று தனது வாழ்நாளை முடித்துக்கொள்ளும் தருவாய் வரும்போது (எரிபொருள் தீர்ந்து!) தனது சொந்த ஈர்ப்பு விசையை எதிர்கொள்ள முடியாமல் சுருங்கி, கருந்துளையாகும். சாதாரணமாக ஒன்று தனது சொந்த ஈர்ப்பு விசையால் சுருங்கிவிடாமல் தடுப்பது, அதனுள் நடக்கும் அணுக்கரு இணைவு (fusion) மூலம் உருவாகும் அழுத்தமாகும். அணுக்கரு இணைவுச்செயற்பாடு நின்றுபோகும் தருவாயில், நட்சத்திரத்தின் திணிவினால் ஏற்படும் ஈர்புவிசையை அந்த நட்சதிரதினால் தடுக்க முடிவதில்லை, ஆதலால் சுருங்கி கருந்துளையாகிவிடும்.

எல்லா நட்சத்திரங்களும் இவ்வாறு கருந்துளையாகுமா என்றால், இல்லை. உதாரணமாக நமது சூரியன் இன்னும் 5 பில்லியன் வருடங்கள் வரை வாழும், அத்தோடு அதன் எரிபொருள் முடிய, அது கருந்துளையாகது. காரணம், சூரியனது திணிவு, கருந்துளையாக மாற தேவைப்படும் ஈர்ப்புசக்தியை வழங்க போதுமானதல்ல. இவ்வாறு கருந்துளையாவதட்கு குறைந்தது சூரியனைப்போல மூன்றுமடங்கு திணிவுள்ள நட்சத்திரம் வேண்டும்!

1940களின் பின்னர், கருந்துளைககள் பற்றிய ஆய்வு தீவிரமடைந்தது, பல்வேறுபட்ட இயற்பியலாளர்கள், ஐன்ஸ்டினின் பொதுச்சார்புக் கொள்கையின் விதிகளைப் பயன்படுத்தி கருந்துளைகளுக்கு பல்வேறு விதமான தீர்வுகளை கண்டறிந்தனர். 1963இல் ராய் கேர் என்ற கணிதவியலாளர் பொ.சா.கொ வை பயன்படுத்தி சுற்றும் கருந்துளைகளுக்கான சமன்பாட்டை தீர்த்தார். 1965இல் எஸ்ரா நியூமண் சுழலும் அதேவேளை மின்னேற்றமுள்ள கருந்துளைக்கான சமன்பாட்டை பூர்த்தி செய்தார்.

இப்படி பல்வேறு வகையான கருந்துளைகளை கோட்பாட்டு ரீதியாக பல்வேறு பட்ட இயற்பியலாளர்கள் முன்வைத்தாலும், நேரடியாக கருந்துளை ஒன்றை அவதானிப்பது தற்போதுவரை முடியாத காரியம். அனால் மறைமுகமாக, அவதானிக்க முடியும்.

நேரடியாக அவதானிக்க முடியாமல் இருப்பதால் என்னவோ, சில இயற்பியலாளர்கள் கருந்துளைகள் இயற்கையாகவே இல்லை என வாதிடுகின்றனர்.

00000000000000000000000000

கருந்துளைகள் 03 – கருந்துளைகள் என்றால் என்ன?

1967இல் முதன் முதலாக ஜான் வீலர் என்ற இயற்பியலாளர் கருந்துளை என்ற பதத்தினை பயன்படுத்தினர். அதாவது பெரிய நட்சத்திரம் ஒன்று தனது வாழ்நாளை முடித்துக்கொண்டு சூப்பர்நோவா என்ற பெருவெடிப்பின் மூலம் இறக்கும் போது, மிக அடர்த்தியான சிறிய மையப்பகுதியை விட்டுச் செல்லும். இந்த சிறிய மையக்கோளத்தின் அடர்த்தியானது நமது சூரியனது அடர்த்தியை விட மூன்று மடங்குக்கு அதிகமாக இருப்பின், அது கருந்துளையாக மாறிவிடும் என்று ஐன்ஸ்டீனின் பொ.சா.கோ நமக்கு சொல்கிறது.

இந்த சிறிய மையக்கோளத்தின் அடர்த்தி மிக அதிகமாக இருப்பதனால் மற்றைய சக்திகளை விட, ஈர்ப்பு சக்தியின் ஆற்றல் அதிகரித்துவிடும். இந்த அதிகூடிய ஈர்ப்புவிசையால் அதனிலிருந்து எந்தவொரு மின்காந்த அலைகளும், வேறு விதமான துணிக்கைகளும் வெளிவரமுடியாமல் போவதால் இதை கருந்துளை எனலாம் என ஜான் வீலர் கருதினார்.

மிஸ்டர் கருந்துளையை நேரடியாக அவதானிக்க முடியாதது ஏன் என்பது பற்றி பாப்போம். கருந்துளைகள் எந்தவொரு மின்காந்த அலைகளையும் வெளிவிடுவதில்லை, ஆகவே நமது ஒளியியல் தொலைகாட்டிகளோ, அல்லது எக்ஸ்ரே, அகச்சிவப்புத் தொலைகாட்டிகளோ கருந்துளை விடயத்தில் நேரடியாக பயனற்றவை. ஆனால் கருந்துளையின் மிகப்பெரிய பலமே அதனது ஈர்புவிசையாயாகும், அதுவே அதனை காட்டிக்கொடுக்கக்கூடிய சமாச்சாரமும் ஆகும். நாம் நேரடியாக கருந்துளைகளை காணாவிடினும், அது, தன்னைச்சுற்றியுள்ள பிரபஞ்சப்பொருட்களின் மீது செலுத்தும் ஈர்ப்புவிசையால் கருந்துளைகளை நாம் கண்டுகொள்ளலாம்.

கருந்துளை ஒன்று மீனிடைத்தூசு அல்லது மீனிடைமுகில்கள் (interstellar dust / gas clouds) அருகில் வரும்போது, கருந்துளையானது, அத்தூசுகளை தன்பால் ஈர்த்து, தன்னைச் சுற்றி ஒரு திரள் வளர்ச்சியை (accretion) உருவாகிக்கொள்ளும். இதே போல ஒரு நட்சத்திரமும், கருந்துளையின் பாதையில் குறுக்கிட்டால், கோகொகோலவை ஸ்ட்ரோ போட்டு உறுஞ்சுவதைபோல நட்சத்திரத்தையும் உருஞ்சிவிடும் இந்த கருந்துளை. இவ்வாறு உறுஞ்சப்பட்ட நட்சத்திரமோ, மீனிடைத்தூசுகளோ சேர்ந்து உருவாகிய திரள் வளர்ச்சியானது, வேகமாக இந்த கருந்துளையை சுற்றும்போது, அவை வெப்பமடைந்து எக்ஸ் கதிர்கள் (x-ray) வெளிவருகின்றது. இவ் எக்ஸ் கதிர்களை எம்மால் அவதானிக்க முடியும்.

கருந்துளையை சுற்றியுள்ள திரள் வளர்ச்சியும், ஒரு நட்சத்திரத்தை கருந்துளை உறுஞ்சும் விதமும்

ஆக ஒரு நட்சதிரத்தின் இறப்பில் கருந்துளை ஒன்று பிறக்கின்றது. எல்லா கருந்துளைகளும் நட்சத்திரங்களின் வாழ்வின் முடிவில் நிகழும் சூப்பர்நோவா எனும் மீயொளிர் விண்மீன் வெடிப்பினால் உருவாவதில்லை, அனால் பெரும்பாலான கருந்துளைகள் இவ்வாறே உருவாகுகின்றன.

கருந்துளைகளிலும் பல்வேறு வித்தியாசமான கருந்துளைகள் உண்டு. அதேபோல ஒரு தமிழ் இயற்பியலாளரின் பங்களிப்பும் மிக முக்கியம், அவர்தான் சுப்பிரமணியன் சந்திரசேகர்.

00000000000000000000000000000

கருந்துளைகள் 04 – நட்சத்திரத்தின் பிறப்பு

முதலில் நட்சத்திரங்களைப்பற்றி பாப்போம், கருந்துளைகளில் பெரும்பாலானவை நட்சத்திரங்களின் வாழ்வின் முடிவில்தான் பிறக்கிறது என்று முன்னர் பார்த்தோம். ஆகவே நட்சத்திரங்களின் வாழ்கையைப்பற்றி கொஞ்சம் அலசுவோம்.

நமது பிரபஞ்சத்தில் மிகல அதிகமாக காணப்படும் ஒரு மூலகம், ஹைட்ரோஜன் அல்லது ஐதரசன் மற்றும் ஹீலியம். நாம் இரவு வானில் பார்க்கும் ஒவ்வொரு புள்ளியும் நட்சத்திரங்களே, நமது சூரியனைப் போல அளவுள்ளவை, சில சூரியனை விட சிறியவை, பல சூரியனை விட பல்லாயிரக்கணக்கான மடங்கு பெரியவை.

நட்சத்திரங்கள் எப்படி உருவாகிறது என்று பார்க்கலாம்.

இந்தப் பாரிய பரந்து விரிந்த பிரபஞ்சத்தில் எண்ணிலடங்கா விண்மீன் பேரடைகள் அல்லது விண்மீன் திரள்கள் உண்டு. நமது சூரியன் இருக்கும் விண்மீன் திரளானது பால்வீதி என்று அழைக்கப்படுகிறது. இவ்வாறான விண்மீன் திரள்களில் அதிகளவான வின்மீனிடை முகில்கள் (interstellar clouds) காணப்படுகின்றன. இவை பெரும்பாலும் ஐதரசனாலும் (கிட்டத்தட்ட 70%) மற்றும் ஹீலியத்தினாலும் (கிட்டத்தட்ட 20%) ஆக்கப்பட்டவை. அவற்றுள் மிகச்சொற்ப அளவு ஏனைய மூலகங்களும் காணப்படலாம். அவற்றில் அடர்த்தியாக உள்ளை வின்மீனிடை முகில்கள், பூமியில் இருந்து தொலைக்காட்டியால் பார்க்கும் பொது மிக அழகான தோற்றங்களில் தென்படும் இவற்றைத்தான் நெபுலா என வானியலாளர்கள் அழைக்கின்றனர்.

இந்த நெபுலாக்கள் தான் நட்சத்திரங்களின் பெற்றோர்கள். நேபுலாகளில் ஏற்படும் அடர்த்தி வித்தியாசத்தால் ஒரு குறிப்பிட்ட இடத்தில் வாயுக்களின் அடர்த்தி அதிகரிக்க, அங்கு ஈர்ப்புவிசையும் தோன்றும். இந்த ஈர்ப்பு விசை காரணமாக மேலும் வாயுக்கள் அங்கு குவிய, ஒரு பந்தைப்போன்றதொரு திரள்ச்சியாக அது உருவெடுக்கும்.

இவ்வாறான திரள்ச்சியின் போது, வாயு மூலக்கூறுகள் (ஐதரசன்) மூலக்கூறுகள் ஒன்றுக்கொன்று மிக அருகில் வருவதால், அவற்றின் வெப்பநிலை அதிகரிக்கிறது, இவ் வெப்பநிலை தொடர்ச்சியாக அதிகரித்து, ஒரு கட்டத்தில் 10 மில்லியன் பாகை செல்சியஸ் அளவைக் கடக்கும் போது, ஒரு நட்சத்திரத்தின் உயிர் மூச்சு தொடங்குகிறது. அதாவது அணுக்கரு இணைவு (fusion) எனப்படும் ஒரு செயல்பாடு தொடங்குகிறது. இது அந்த வாயுத்திரட்சியில் உள்ள ஐதரசனை, ஹீலியமாக மாற்றுகிறது, இவ்வாறு மாற்றமடையும் போது ஏற்படும் திணிவு வேறுபாடே, நட்சத்திரத்தின் ஒளி, வெப்பம் மற்றும் இன்னும் பிற சக்திகளாக வெளிவிடப்படுகிறது. இந்த நிலையை அடைந்த நட்சத்திரங்கள், முதன்மைத் தொடர் நட்சத்திரங்கள் (main sequence star) என அழைக்கப்படுகிறது.

நெபுலா

ஒரு நட்சத்திரம், நெபுலா போன்ற வாயுத் திரட்சியில் இருந்து முதன்மைத் தொடர் நட்சத்திரமாக மாற கிட்டத்தட்ட 50 மில்லியன் வருடங்கள் எடுக்கிறது. ஒரு குறிப்பிட்ட நேபுலாவில் இருந்து பல நட்சத்திரங்கள் (சிலவேளைகளில் நூற்றுக்கனக்கான) தோன்றும். நமது சூரியத்தொகுதிக்கு மிக அருகில் உள்ள உள்ளது ஒராயன் நெபுலா, இது 1300 ஒளியாண்டுகள் தூரத்தில் உள்ளது. இங்கு பல புதிய நட்சத்திரங்கள் தற்போது உருவாவதை வானியலாளர்கள் அவதானிக்கின்றனர்.

ஒராயன் நெபுலா

இவ்வாறு முழுமையாக உருவாகிவிட்ட நட்சத்திரம், முதன்மைத்தொடர் நட்சத்திரம் எனப்படும். நமது சூரியன் ஒரு முதன்மைத்தொடர் நட்சத்திரம் ஆகும், அதே போல இந்த முதன்மைத்தொடர் பருவத்தில் கிட்டத்தட்ட 10 பில்லியன் வருடங்கள் வரை வாழும்!

நட்சத்திரங்களில், அவற்றின் மையப் பகுதியில் நடக்கும் இந்த அணுகரு இணைவே, இந்த நட்சத்திரங்கள், அவற்றின் ஈர்ப்பு விசையால் மேற்கொண்டு சுருங்கிவிடாமல் இருக்க தேவையான வெளிநோக்கிய அழுததை வழங்குகிறது.

நட்சதிரங்களின் அளவிற்கும், திணிவிற்கும் ஏற்ப அதன் வாழ்க்கைக்காலமும், அதன் முடிவும் தங்கியுள்ளது, அவற்றைப் பற்றி அடுத்ததாக பார்க்கலாம்.

நன்றி : https://parimaanam.wordpress.com