XRISM ने पाया कि गर्म आंतरिक प्रवाह ब्लैक होल के शक्तिशाली जेट को ऊर्जा दे सकता है

तेजी से पदार्थ निगलता ब्लैक होल एक अहम आंतरिक सीमा का संकेत देता है

लगभग 42 करोड़ प्रकाश-वर्ष दूर स्थित एक महाविशाल ब्लैक होल का शक्तिशाली जेट, संभवतः उसकी ओर गिरते पदार्थ के आकार और तापमान में बदलाव के कारण बनता है। आकाशगंगा 3C 120 के अवलोकनों से पता चलता है कि उसकी अपेक्षाकृत ठंडी, चपटी डिस्क ब्लैक होल से कुछ दूरी पर समाप्त हो जाती है। इससे भीतर का क्षेत्र कहीं अधिक गर्म प्लाज़्मा से भरा रहता है, जहां मजबूत चुंबकीय क्षेत्र जमा हो सकते हैं।

तोहोकू विश्वविद्यालय के एसोसिएट प्रोफेसर हिरोफुमी नोदा और नागोया सिटी विश्वविद्यालय के एसोसिएट प्रोफेसर काज़ुहिरो हादा के नेतृत्व में एक दल ने जापान के एक्स-रे इमेजिंग एंड स्पेक्ट्रोस्कोपी मिशन, जिसे XRISM के नाम से जाना जाता है, के अवलोकनों को तीन अंतरराष्ट्रीय रेडियो दूरबीन नेटवर्क के मापों के साथ जोड़ा। इन उपकरणों ने मिलकर ब्लैक होल की ओर आ रहे पदार्थ की संरचना को उसके पास से निकलने वाले संकरे जेट से जोड़ा।

19 अक्टूबर, 2026 को The Astrophysical Journal Letters में प्रकाशित निष्कर्ष एक पहेली का जवाब तलाशते हैं: ब्लैक होल तेजी से पदार्थ निगलते हुए लगभग प्रकाश की गति से प्लाज़्मा की शक्तिशाली धारा कैसे छोड़ सकता है? माना जाता रहा है कि तेजी से पदार्थ निगलने के दौरान बनने वाली डिस्क, इस प्रक्रिया के लिए जरूरी चुंबकीय क्षेत्र जुटाने के लिहाज से बहुत अनुकूल नहीं होती।

तोहोकू विश्वविद्यालय की ओर से 20 अक्टूबर को जारी शोध घोषणा में एक संभावित जवाब दिया गया है। ठंडी बाहरी डिस्क भीतर की ओर बढ़ते हुए गर्म प्रवाह में बदल जाती है। इससे ऐसी परिस्थितियां बनती हैं, जिनमें चुंबकीय क्षेत्र ब्लैक होल के घूर्णन से ऊर्जा खींचकर उसे जेट में भेज सकते हैं।

3C 120 एक पहेली क्यों है

3C 120 वृषभ तारामंडल की दिशा में स्थित है। इसके केंद्र में मौजूद ब्लैक होल का द्रव्यमान लगभग 6 करोड़ सूर्य के बराबर है। यह आसपास के पदार्थ को तेजी से निगलने के साथ-साथ एक शक्तिशाली जेट भी पैदा कर रहा है। यह मेल इसे इस बात की जांच के लिए उपयोगी लक्ष्य बनाता है कि पदार्थ का ब्लैक होल में गिरना और जेट का बनना आपस में कैसे जुड़े हैं।

ब्लैक होल के पास आने वाले पदार्थ में आमतौर पर कुछ बगल की गति होती है, इसलिए वह सीधे नीचे गिरने के बजाय भीतर की ओर चक्कर लगाता है। वह एक अभिवृद्धि डिस्क में जमा होता है, जहां घर्षण और अन्य प्रक्रियाएं पदार्थ को गर्म करती हैं और वह प्रकाश तथा दूसरे प्रकार के विकिरण छोड़ता है। खगोलविद उस क्षेत्र को समझने के लिए इस विकिरण का अध्ययन करते हैं, जिसे वे सीधे देख नहीं सकते।

आमतौर पर माना जाता है कि तेजी से पदार्थ निगलने पर अपेक्षाकृत ठंडी और ज्यामितीय रूप से पतली डिस्क बनती है, जो ब्लैक होल के काफी करीब तक फैली होती है। यहां ‘ठंडी’ का अर्थ केंद्र के पास मौजूद कहीं अधिक गर्म प्लाज़्मा की तुलना में है। पतली डिस्क की ऊर्ध्वाधर मोटाई उसकी चौड़ाई के मुकाबले कम होती है, कुछ चपटी चादर जैसी।

मुश्किल चुंबकीय क्षेत्र को लेकर है। शक्तिशाली जेट की एक प्रमुख व्याख्या के अनुसार, घूमते हुए ब्लैक होल के पास मजबूत चुंबकीय क्षेत्र जरूरी हैं। माना जाता है कि पतली डिस्क के लिए जरूरी चुंबकीय संरचना बनाए रखना कठिन होता है। अधिक गर्म और मोटा आंतरिक प्रवाह इसके लिए अनुकूल परिस्थितियां देता है। इसलिए डिस्क किस स्थान पर अपना रूप बदलती है, यह इस जांच का अहम विषय है।

XRISM ने लोहे के जरिए डिस्क को पढ़ा

जापान एयरोस्पेस एक्सप्लोरेशन एजेंसी के मिशन XRISM ने 3C 120 के ब्लैक होल के आसपास के पदार्थ में मौजूद लोहे से निकलने वाली एक्स-रे का पता लगाया। लोहा विशिष्ट ऊर्जाओं पर विकिरण छोड़ता है, जिससे एक्स-रे स्पेक्ट्रम में उत्सर्जन रेखा नाम की पहचान योग्य विशेषता बनती है। स्पेक्ट्रम विकिरण को उसकी ऊर्जा के अनुसार अलग-अलग दिखाता है।

ब्लैक होल के पास लोहे की रेखा का आकार बदल जाता है। पर्यवेक्षक की ओर या उससे दूर जा रहा पदार्थ, उसे मिलने वाले विकिरण की ऊर्जा को बदल देता है। ब्लैक होल के पास का प्रबल गुरुत्वाकर्षण भी बाहर निकलने वाली एक्स-रे की ऊर्जा में बदलाव करता है। दोनों प्रभाव मिलकर रेखा को फैलाते और विकृत करते हैं।

शोधकर्ताओं ने इस विकृति के आधार पर अनुमान लगाया कि अपेक्षाकृत ठंडी डिस्क भीतर की ओर कितनी दूर तक फैली है। विश्वविद्यालय के मुताबिक, इसका भीतरी किनारा ब्लैक होल की त्रिज्या से लगभग 20 गुना दूरी पर है। वैज्ञानिक विवरण में इस सीमा को लगभग 20 गुरुत्वीय त्रिज्याओं के रूप में बताया गया है। यह दूरी का पैमाना ब्लैक होल के द्रव्यमान पर आधारित है।

दल का अनुमान है कि इस सीमा के भीतर पदार्थ गर्म और ज्यामितीय रूप से मोटे प्रवाह में बदल जाता है। माना जाता है कि वहां प्लाज़्मा का तापमान करोड़ों डिग्री तक पहुंचता है। प्लाज़्मा ऐसी गैस है जिसमें इलेक्ट्रॉन परमाणुओं से अलग हो चुके होते हैं, जिससे पदार्थ चुंबकीय क्षेत्रों के साथ प्रबल रूप से प्रतिक्रिया कर सकता है।

रेडियो दूरबीनों ने जेट को भीतर तक देखा

लगभग उसी समय किए गए रेडियो अवलोकनों से तस्वीर का दूसरा हिस्सा मिला। दल ने ग्लोबल मिलीमीटर VLBI ऐरे, वेरी लॉन्ग बेसलाइन ऐरे और ईस्ट एशियन VLBI नेटवर्क का इस्तेमाल करके जेट को ब्लैक होल की ओर संकरा होते हुए देखा।

ये नेटवर्क बहुत लंबी आधार-रेखा इंटरफेरोमेट्री, या VLBI, के जरिए दूर-दूर स्थित दूरबीनों के मापों को जोड़ते हैं। इस विधि से खगोलविद एक अकेली रेडियो दूरबीन की क्षमता से कहीं अधिक बारीक विवरण पहचान सकते हैं। इस अध्ययन में इससे उन्हें जेट को उसके उद्गम की ओर ट्रैक करने में मदद मिली।

जेट के आकार से शोधकर्ताओं ने अनुमान लगाया कि उसके आधार की त्रिज्या ब्लैक होल की लगभग 10 त्रिज्याओं से अधिक नहीं है। उनके संयुक्त विश्लेषण के अनुसार, जेट का उद्गम एक्स-रे मापों से पहचाने गए गर्म आंतरिक प्रवाह के भीतर, ब्लैक होल के करीब है।

शोध का सह-नेतृत्व करने वाले तोहोकू विश्वविद्यालय के एसोसिएट प्रोफेसर नोदा ने बताया कि अवलोकनों को जोड़ना क्यों अहम था:

अत्याधुनिक एक्स-रे और रेडियो दूरबीनों से एक ही ब्लैक होल को देखकर हम उसके चारों ओर के गर्म प्लाज़्मा और उससे निकलते जेट, दोनों को देख पाए। इससे ब्लैक होल के पास के चरम वातावरण को जेट के बनने की प्रक्रिया से सीधे जोड़ना संभव हुआ।

घूर्णन जेट को ऊर्जा कैसे दे सकता है

दल की प्रस्तावित व्याख्या तीन चीजों को जोड़ती है: घूमता हुआ ब्लैक होल, भीतर आ रहे प्लाज़्मा का गर्म प्रवाह और मजबूत चुंबकीय क्षेत्र। ठंडी बाहरी डिस्क पदार्थ की आपूर्ति करती है। ब्लैक होल के करीब गर्म और मोटा प्रवाह ऐसा क्षेत्र देता है जहां चुंबकीय क्षेत्र अधिक आसानी से जमा हो सकते हैं।

इसके बाद ये क्षेत्र ब्लैक होल की घूर्णन ऊर्जा का कुछ हिस्सा निकालकर उसे प्लाज़्मा की संकरी धारा में भेज सकते हैं। इस प्रक्रिया की प्रमुख सैद्धांतिक व्याख्या को ब्लैंडफोर्ड-ज़्नाजेक तंत्र कहा जाता है। सरल शब्दों में, चुंबकीय क्षेत्र ब्लैक होल के पास के घूमते वातावरण को उस पदार्थ से जोड़ते हैं जो बाहर की ओर गति पकड़ता है।

इस तरह जेट को ऊर्जा ब्लैक होल के पास मिलती है, जबकि दूसरा पदार्थ भीतर गिरता रहता है। इससे तंत्र में दो जुड़ी हुई गतियां बनती हैं: भीतर की ओर पदार्थ की आपूर्ति और बाहर की ओर ऊर्जा लेकर आसपास की आकाशगंगा में जाती धारा।

3C 120 के मामले में शोधकर्ताओं का प्रस्ताव है कि पतली बाहरी डिस्क से मोटे आंतरिक प्रवाह में बदलाव इन दोनों गतियों को एक साथ संभव बनाता है। चुंबकीय क्षेत्र की सटीक संरचना और घूर्णन ऊर्जा जेट में किस तरह पहुंचती है, यह आगे के अध्ययन का विषय है।

संरचना में बदलाव मापों को जोड़ता है

शोधपत्र का शीर्षक, "Disk truncation triggers relativistic jet launching of a highly accreting supermassive black hole," इस प्रस्तावित संबंध को दर्शाता है। डिस्क का कटाव होने का अर्थ है कि डिस्क का ठंडा, पतला हिस्सा ब्लैक होल तक पहुंचने से पहले समाप्त हो जाता है। ‘सापेक्षतावादी’ उस गति को बताता है, जिसे समझने के लिए आइंस्टीन का सापेक्षता सिद्धांत जरूरी हो जाता है।

एक्स-रे माप उस ठंडी डिस्क की भीतरी सीमा का पता लगाते हैं। रेडियो माप जेट को इस सीमा के भीतर मौजूद क्षेत्र तक ट्रैक करते हैं। दोनों को साथ देखने पर शोधकर्ताओं को स्थान के आधार पर यह समझाने का तरीका मिलता है कि तेजी से पदार्थ निगलने वाले तंत्र में शक्तिशाली जेट के अनुकूल परिस्थितियां कैसे बनी रह सकती हैं।

यह एक ही पिंड के आसपास डिस्क और जेट पाए जाने से कहीं अधिक विशिष्ट निष्कर्ष है। अध्ययन डिस्क की बदलती संरचना को उस स्थान से जोड़ता है जहां जेट शुरू होता है, जिससे भीतर आ रहे और बाहर जा रहे पदार्थ एक ही भौतिक तस्वीर में दिखाई देते हैं।

3C 120 खास तौर पर उपयोगी है क्योंकि यह अपेक्षाकृत तेजी से पदार्थ निगलता है। शोध में इसकी तुलना M87 जैसी कम सक्रिय आकाशगंगाओं से की गई है, जहां गर्म और मोटे प्रवाह पहले ही जेट बनने की चुंबकीय व्याख्या को समर्थन दे चुके हैं। नया नतीजा इस जांच को पदार्थ की आपूर्ति के एक अलग माहौल तक ले जाता है।

एक आकाशगंगा से परे इस नतीजे का महत्व

जेट महाविशाल ब्लैक होल के आसपास से ऊर्जा दूर ले जाते हैं। आकाशगंगाओं के भीतर और आसपास की गैस से उनकी अंतःक्रिया तारों के बनने की परिस्थितियों को बदल सकती है। इसलिए ब्लैक होल के पास मौजूद ऊर्जा-स्रोत को समझने से शोधकर्ताओं को कहीं बड़े पैमाने पर हो रहे बदलावों का अध्ययन करने में मदद मिलती है।

3C 120 के निष्कर्ष इन पैमानों के बीच एक ठोस संबंध देते हैं: भीतर आ रहे पदार्थ की संरचना यह तय करने में मदद कर सकती है कि शक्तिशाली जेट बन पाएगा या नहीं। ब्लैक होल के पास की एक सीमा इस बात को प्रभावित कर सकती है कि उससे बहुत दूर तक ऊर्जा कैसे पहुंचती है।

दल XRISM और वैश्विक रेडियो वेधशालाओं की मदद से इससे अधिक द्रव्यमान वाले एक ब्लैक होल के समन्वित अवलोकन कर रहा है। शोधकर्ता मापों की तुलना सैद्धांतिक मॉडलों और कंप्यूटर सिमुलेशन से करने की भी योजना बना रहे हैं, ताकि जांचा जा सके कि प्रस्तावित संरचना पदार्थ और चुंबकीय क्षेत्रों के व्यवहार को कितनी अच्छी तरह समझाती है।

नोदा ने अगले चरण का उद्देश्य बताया:

हमारा अगला लक्ष्य यह पूरी तस्वीर बनाना है कि इन चरम वातावरणों में पदार्थ, चुंबकीय क्षेत्र और ब्लैक होल का घूर्णन किस तरह परस्पर क्रिया करते हैं। इस प्रक्रिया को समझने से हमें यह जानने में भी मदद मिल सकती है कि महाविशाल ब्लैक होल आकाशगंगाओं और ब्रह्मांड की बड़ी संरचनाओं के विकास को कैसे प्रभावित करते हैं।

प्रकाशन और आगे के अवलोकन

इस शोध में जापान के एक एक्स-रे मिशन और कई क्षेत्रों में फैले रेडियो नेटवर्कों के मापों को साथ लाया गया है। उनकी पूरक भूमिका इस विधि का आधार है: एक्स-रे अभिवृद्धि प्रवाह की परिस्थितियां उजागर करती हैं, जबकि रेडियो अवलोकन जेट की संरचना का पता लगाते हैं।

प्रकाशन का क्रम और आगे की योजना इस प्रकार है:

• 19 अक्टूबर, 2026: The Astrophysical Journal Letters ने नोदा और हादा के नेतृत्व वाला अध्ययन प्रकाशित किया।
• 20 अक्टूबर, 2026: तोहोकू विश्वविद्यालय ने निष्कर्षों की घोषणा की और संयुक्त एक्स-रे तथा रेडियो अवलोकनों का विवरण दिया।
• अगला चरण: दल अधिक द्रव्यमान वाले ब्लैक होल के समन्वित अवलोकन कर रहा है और नतीजों की तुलना मॉडलों तथा सिमुलेशन से कर रहा है।

शोधपत्र का DOI 10.3847/2041-8213/aeaa2c है। प्रकाशन का यह विवरण अध्ययन की आधिकारिक घोषणा में भी दिया गया है। उसी अवलोकन विधि को किसी दूसरे ब्लैक होल पर लागू करने से दल यह जांच सकेगा कि 3C 120 में मिला संरचनात्मक बदलाव किसी अन्य तंत्र में भी दिखाई देता है या नहीं।

मुख्य बातें

• XRISM और तीन रेडियो दूरबीन नेटवर्कों ने लगभग 42 करोड़ प्रकाश-वर्ष दूर स्थित 3C 120 का अध्ययन किया।
• इस आकाशगंगा के ब्लैक होल का द्रव्यमान लगभग 6 करोड़ सूर्य के बराबर है। यह पदार्थ तेजी से निगलने के साथ शक्तिशाली जेट भी छोड़ता है।
• एक्स-रे मापों से संकेत मिलता है कि ठंडी, पतली डिस्क ब्लैक होल तक पहुंचने से पहले समाप्त हो जाती है और उसकी जगह कहीं अधिक गर्म आंतरिक प्रवाह ले लेता है।
• रेडियो अवलोकनों से जेट का उद्गम उसी गर्म प्रवाह वाले क्षेत्र में दिखाई देता है।
• दल का प्रस्ताव है कि वहां जमा होने वाले चुंबकीय क्षेत्र ब्लैक होल की घूर्णन ऊर्जा का इस्तेमाल करके जेट को शक्ति दे सकते हैं।
• आगे के अवलोकनों में अधिक द्रव्यमान वाले ब्लैक होल का अध्ययन होगा और सैद्धांतिक मॉडलों तथा सिमुलेशन के जरिए इस व्याख्या की जांच की जाएगी।