4.10 প্রমাণ প্রকৌশল: কীভাবে যাচাই করব, কোন “ফিঙ্গারপ্রিন্ট” দেখব, এবং আমরা কী পূর্বাভাস দিচ্ছি

সূচিপত্র ／ অধ্যায় 4: কৃষ্ণগহ্বর

এই অংশটি 4.1–4.9 অনুচ্ছেদে গঠিত ব্ল্যাক হোলের “পদার্থস্তর” ধারণাকে কার্যকর প্রমাণে নামিয়ে আনে। প্রথম ভাগে যাচাইকরণমুখী পরীক্ষার নকশা, দ্বিতীয় ভাগে স্পষ্টভাবে খণ্ডনযোগ্য পূর্বাভাস। পড়া শেষে আপনি জানবেন: কোন তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে অগ্রাধিকার দেবেন, কোন পদ্ধতি নেবেন, এবং কোন পরিমিতি দেখলে “গতিশীল সংকট-বেল্ট, উত্তরণ-বেল্ট, এবং তিনটি পালাবার পথ” একের পর এক প্রতিষ্ঠিত—অথবা এই কাঠামো বাতিল—করা যাবে।

I. যাচাইকরণের মানচিত্র: তিনটি মূল ধারা ও দুটি সহায়ক ধারা

• ইমেজ-প্লেন ধারা: মিলিমিটার ও সাব-মিলিমিটার ব্যান্ডে অতিদীর্ঘ বেসলাইন ইন্টারফেরোমেট্রি (VLBI) চিত্রায়ন। প্রধান রিং, উপ-রিং, দীর্ঘস্থায়ী উজ্জ্বল সেক্টর—এগুলোর জ্যামিতিক স্থিতি ও ক্ষুদ্র “শ্বাস” নজরে রাখা।
• ধ্রুবণ ধারা: একই পিক্সেলে সময়ের সাথে সাথে ধ্রুবণ ভগ্নাংশ ও ধ্রুবণ-কোণ; রিং বরাবর মসৃণ পাকানো রেখা এবং উজ্জ্বলতার জ্যামিতির সঙ্গে সহস্থানীয় সরু উল্টোদিকি-ব্যান্ড খোঁজা।
• টাইমিং ধারা: ব্যান্ড-পারাপার আলোক-বক্ররেখাকে বিক্ষেপমুক্ত (de-dispersed) করে “সাধারণ সোপান” ও “প্রতিধ্বনি-খোল” শনাক্ত করা, এবং তা ইমেজ-প্লেন/ধ্রুবণের একই জানালায় পড়ে কি না মিলিয়ে দেখা।
• সহায়ক ধারা ক (স্পেকট্রা ও গতিবিদ্যা): কঠিন-নরম উপাদানের পালাবদল, প্রতিফলন ও শোষণের শক্তি, উজ্জ্বল গাঁটের বাইরে সরে যাওয়া, এবং কোর ফ্রিকোয়েন্সি শিফট।
• সহায়ক ধারা খ (মাল্টি-মেসেঞ্জার): উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনো ও সম্ভাব্য কসমিক-রে ঘটনার স্থান–কালের সহসম্পর্ক; সংযোজন-উৎপন্ন মহাকর্ষীয় তরঙ্গের শক্তি-হিসাবের সামঞ্জস্য।

রায় নির্ধারণ সমবায়-পরামিতি দিয়ে: একক ধারা যথেষ্ট নয়। একই ইভেন্ট-উইন্ডোতে অন্তত তিনটি ধারা একসাথে মিললেই “উত্তীর্ণ” ধরা হবে।

II. পরীক্ষা ১: গতিশীল সংকট-বেল্ট সত্যিই আছে কি?

যা দেখতে হবে:

• রিং-এর ব্যাস প্রায় অপরিবর্তিত, কিন্তু আজিমুথ বরাবর রিং-পুরুত্ব ওঠানামা করে।
• উপ-রিং পরিবারের অস্তিত্ব: প্রধান রিং-এর ভেতরে আরও সরু ও ম্লান দ্বিতীয়িক রিং, যা ভিন্ন রাতে পুনরাবৃত্ত হয়।
• “শ্বাস” প্রভাব: প্রবল ইভেন্ট-উইন্ডোতে রিং-প্রস্থ ও উজ্জ্বলতার সামান্য কিন্তু পদ্ধতিগত ও সমসাময়িক পরিবর্তন।

কেন এটি খণ্ডন করতে পারে:

• যদি দীর্ঘ পর্যবেক্ষণে রিংটি নিখুঁত জ্যামিতিক রেখার মতো থাকে—দ্বিতীয়িক গঠন জমা হয় না, ইভেন্ট-সংশ্লিষ্ট হালকা আগানো–পিছোনোও দেখা যায় না—তবে “পুরু ও ‘শ্বাস-প্রশ্বাস’ নেওয়া” সংকট-বেল্ট কল্পনা। উল্টোভাবে, স্থিতিশীল প্রধান রিং, পুনরাবৃত্ত উপ-রিং, আর ক্ষুদ্র-এমপ্লিচিউড “শ্বাস”—এই তিনে প্রমাণ হয় “চর্ম-স্তর” মসৃণ পৃষ্ঠ নয়।

ন্যূনতম বিন্যাস:

• উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সির VLBI—যেমন একই জানালায় 230 ও 345 গিগাহার্টজ (GHz)—দিয়ে গতিশীল চিত্র।
• প্রধান রিং-এর মডেল বিয়োগ করে অবশিষ্টাংশে স্থিতিশীল উপ-রিং আছে কি না পরীক্ষা।
• প্রবল ইভেন্টের আগে–পরে রিং-পুরুত্ব ও উজ্জ্বলতার সহ-পরিবর্তন পরিসংখ্যানগতভাবে যাচাই।

III. পরীক্ষা ২: উত্তরণ-বেল্ট কি “পিস্টন-স্তর”?

যা দেখতে হবে:

• প্রবল ইভেন্টের পর সাধারণ সোপান: বিক্ষেপমুক্ত ব্যান্ড-পারাপার আলোক-বক্ররেখা প্রায় একই সঙ্গে লাফিয়ে ওঠে।
• পরের প্রতিধ্বনি-খোল: গৌণ শিখর ক্রমশ ক্ষীণ হয়, শিখর-শিখর ব্যবধান বাড়ে।
• একই জানালায় ইমেজ-প্লেন/ধ্রুবণের সঙ্গত ক্রিয়া: উজ্জ্বল সেক্টর তীব্রতর হয়, সরু উল্টোদিকি-ব্যান্ড আরও সক্রিয়।

কেন এটি খণ্ডন করতে পারে:

• যদি সোপান কড়াভাবে বিক্ষেপ-নিয়ম মেনে আলাদা হয়, বা প্রতিধ্বনির প্রশস্ততা–ব্যবধান সঙ্গত ধারায় বদলায় না—এবং ইমেজ/ধ্রুবণ একই জানালায় সাড়া দেয় না—তবে তা দূরবর্তী মাধ্যম বা যন্ত্রগত প্রভাবের দিকেই ইশারা করে। এখানে দরকার জ্যামিতিগতভাবে সিঙ্কে থ্রেশহোল্ড চাপা পড়া এবং পিস্টনসুলভ ধাপে-ধাপে মুক্তি—দুটোই মিলতে হবে।

ন্যূনতম বিন্যাস:

• রেডিও থেকে এক্স-রে (X-ray) পর্যন্ত উচ্চ-স্যাম্পলিং ফোটোমেট্রি, একই বিক্ষেপমুক্ত সময়-অক্ষে।
• ইমেজ-প্লেন ও ধ্রুবণের জানালা-কাটা তুলনা করে ত্রয়ী-সংযোগ পরীক্ষা: সোপান—উজ্জ্বল সেক্টর—উল্টোদিকি-ব্যান্ড।

IV. পরীক্ষা ৩: তিনটি পালাবার পথ, তিন রকম “ফিঙ্গারপ্রিন্ট”

1. তাৎক্ষণিক সূক্ষ্ম-ছিদ্র (ধীর লিক)
   • ইমেজ-প্লেন: প্রধান রিং-এ স্থানীয় বা সামগ্রিক মৃদু উজ্জ্বলতা; ভেতরের সরু রিং ক্ষণিক স্পষ্ট।
   • ধ্রুবণ: উজ্জ্বল অংশে ধ্রুবণ-ভগ্নাংশ সামান্য কমে; ধ্রুবণ-কোণ মসৃণ পাক ধরে।
   • সময়: ছোট সাধারণ সোপান ও দুর্বল, ধীর প্রতিধ্বনি।
   • স্পেকট্রা: নরম–পুরু উপাদান বাড়ে; “কঠিন শিখর” নেই।
   • মাল্টি-মেসেঞ্জার: নিউট্রিনো প্রত্যাশিত নয়।
   • রায়: চার ধারা একই জানালায় ⇒ সূক্ষ্ম-ছিদ্র প্রাধান্য।
2. অক্ষীয় ছিদ্রকরণ (জেট)
   • ইমেজ-প্লেন: কোলিমেটেড জেট, উজ্জ্বল গাঁট বাইরে সরে; বিপরীত জেট দুর্বল।
   • ধ্রুবণ: উচ্চ ধ্রুবণ-ভগ্নাংশ; ধ্রুবণ-কোণ খণ্ডে খণ্ডে স্থির; জেটের আড়াআড়ি ফ্যারাডে গ্রেডিয়েন্ট।
   • সময়: দ্রুত, “কঠিন” উচ্ছ্বাস; ছোট সোপান জেট বরাবর বাইরে ছড়ায়।
   • স্পেকট্রা: অ-তাপীয় পাওয়ার-ল’ টেল; উচ্চ-শক্তি প্রান্ত প্রবল।
   • মাল্টি-মেসেঞ্জার: নিউট্রিনোর সাথে সহ-জানালা হতে পারে।
   • রায়: পাঁচ ধারার বহুমত একই জানালায় ⇒ ছিদ্রকরণ প্রাধান্য।
3. প্রান্ত-বরাবর ব্যান্ডসদৃশ ডি-ক্রিটিক্যালাইজেশন (প্রশস্ত আউটফ্লো ও রি-প্রসেসিং)
   • ইমেজ-প্লেন: রিং-এর প্রান্তে ব্যান্ডসদৃশ উজ্জ্বলতা; বিস্তৃত-কোণ আউটফ্লো ও ছিটানো আলো।
   • ধ্রুবণ: মধ্যম ধ্রুবণ; ব্যান্ডের ভিতরে খণ্ডিত পরিবর্তন; উল্টোদিকি-ব্যান্ড পাশে পাশে।
   • সময়: ধীরে ওঠা–ধীরে নামা; রঙ-নির্ভর ল্যাগ স্পষ্ট।
   • স্পেকট্রা: প্রতিফলন ও নীল-সরনের শোষণ বাড়ে; ইনফ্রারেড (IR) ও সাব-মিলিমিটারে অপটিক্যাল-থিক স্পেকট্রা উঁচুতে ওঠে।
   • মাল্টি-মেসেঞ্জার: প্রধানত তড়িৎচুম্বকীয় প্রমাণ।
   • রায়: চার ধারা একই জানালায় ⇒ প্রান্ত-ব্যান্ড প্রাধান্য।

V. স্কেল-ক্রস চেক: “ছোট অস্থির, বড় স্থিত” কি সর্বত্র খাটে?

যা দেখতে হবে:

• ছোট-মাত্রার উৎস মিনিট–ঘণ্টা স্কেলে ঘন ঘন ফ্লাকচুয়েট করে; জেট ছিদ্রকরণ বেশি ঘটে।
• বড়-মাত্রার উৎস দিনে–মাসে ধীর পরিবর্তনে প্রাধান্য; প্রান্ত-ব্যান্ড দীর্ঘস্থায়ী।

কীভাবে করবেন:

• একই পদ্ধতি মাইক্রোকোয়াসার ও অতিভারী ব্ল্যাক হোলে প্রয়োগ করুন। যদি সময়স্কেল ও প্রাধান্যশীল পথের “শেয়ার” ভর/স্কেলের সাথে নিয়মতান্ত্রিকভাবে সরে, তবে পদার্থস্তরের পরামিতি কার্যকর প্রমাণিত।

VI. খণ্ডনের তালিকা: নিচের যেকোনো একটি সত্য হলে কাঠামোর মূল অংশ অকার্যকর

• দীর্ঘমেয়াদি উচ্চমানের চিত্রায়নে প্রধান রিং নিখুঁত জ্যামিতিক রেখার মতো থাকে—উপ-রিং নেই, “শ্বাস” নেই।
• বিক্ষেপমুক্ত করার পরও ব্যান্ড-পারাপার সোপান একই জানালায় পড়ে না, এবং ইমেজ/ধ্রুবণ পরিবর্তনের সাথে সম্পর্কিত নয়।
• প্রবল, কঠিন জেট-উচ্ছ্বাসের সময়, নিউক্লিয়াস-সংলগ্ন রিং বা উজ্জ্বল সেক্টরে দীর্ঘস্থায়ী সিঙ্ক্রোনাইজড ক্রিয়া নেই, এবং অক্ষীয় ধ্রুবণের স্বাক্ষর কখনো দেখা যায় না।
• স্পষ্ট প্রান্ত-ব্যান্ড উজ্জ্বলতার সাথে প্রতিফলন বৃদ্ধির বা ডিস্ক-উইন্ডের স্বাক্ষর কখনো সহবাসী নয়।
• ছোট ও বড় উৎস সময়স্কেল ও প্রাধান্যশীল পথের মিশ্রণে কোনো পদ্ধতিগত পার্থক্য দেখায় না।

VII. পূর্বাভাসের তালিকা: আগামী এক–দুই প্রজন্মের পর্যবেক্ষণে দেখা উচিত এমন দশটি ঘটনা

• উপ-রিং পরিবার
  আরও উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি ও দীর্ঘতর বেসলাইনে প্রধান রিং-এর ভেতরে ২–৩টি স্থিতিশীল, সরু ও ম্লান উপ-রিং পৃথক করা যাবে। উচ্চতর ক্রমের উপ-রিং আরও সরু–অন্ধকার; প্রবল ইভেন্টের পর এগুলো সহজে “উজ্জ্বল” হয়।
• উজ্জ্বল সেক্টরের “ফিঙ্গারপ্রিন্ট-ফেজ”
  দীর্ঘস্থায়ী উজ্জ্বল সেক্টরের কৌণিক পছন্দ পরিসংখ্যানগতভাবে ধ্রুবণ উল্টোদিকি-ব্যান্ডের তুলনায় পক্ষপাত দেখাবে। প্রবল ইভেন্টের পরে এদের ফেজ-ডিফারেন্স দ্রুত পুনর্বিন্যস্ত হয়ে ধীরে ধীরে পছন্দসই মানে ফেরত যাবে।
• খাঁটি “বিক্ষেপ-মুক্ত” সোপান
  মিলিমিটার থেকে ইনফ্রারেড (IR) হয়ে এক্স-রে (X-ray) পর্যন্ত বিক্ষেপমুক্ত করার পরও সোপান প্রায় একই জানালায় উঠে, এবং রিং-প্রস্থ ও ধ্রুবণ-ব্যান্ডের সমসাময়িক পরিবর্তনের সাথে সহাবস্থান করে।
• “শ্বাস—সোপান” অনুরণন
  রিং-পুরুত্বের ক্ষুদ্র বিস্তার সাধারণ সোপানের উচ্চতার সাথে সরলরৈখিকভাবে সহ-পরিবর্তিত হবে; ইভেন্ট যত প্রবল, সহসম্পর্ক তত দৃঢ়।
• ছিদ্রকরণ ট্রিগার-ক্রম
  জেটের কঠিন ফ্ল্যাশ নিউক্লিয়াস-সংলগ্ন রিং-সেক্টরের স্বল্প-মেয়াদি উজ্জ্বলতার আগে বা সঙ্গে সঙ্গে ঘটে; তারপর উজ্জ্বল গাঁট বাইরে সরে যায় এবং মাপযোগ্য কোর শিফট দেখা যায়।
• প্রান্ত-ব্যান্ডের “ধোঁয়াটে স্পেকট্রা”
  প্রান্ত-ব্যান্ড প্রাধান্য পেলে ইনফ্রারেড (IR) ও সাব-মিলিমিটারে অপটিক্যাল-থিক স্পেকট্রা আগে বাড়ে, তার পরে শক্ত এক্স-রে (X-ray); কয়েক দিন থেকে কয়েক সপ্তাহে প্রতিফলন ও নীল-সরনের শোষণ শক্তিশালী হয়।
• “সূক্ষ্ম-ছিদ্র → ছিদ্রকরণ” রূপান্তর
  স্পিন-অক্ষের আশেপাশে একই স্থানে কয়েকটি সূক্ষ্ম-ছিদ্র ইভেন্ট কয়েক দিন–কয়েক সপ্তাহে স্থিতিশীল জেটে রূপ নেবে, এবং সমগ্র উৎসে ধ্রুবণ-ভগ্নাংশ বাড়বে।
• স্কেল সময়স্কেল নির্ধারণ করে
  মিনিট-স্কেলের “সোপান—প্রতিধ্বনি” প্যাটার্ন মাইক্রোকোয়াসারে বেশি; দিন–সপ্তাহ স্কেলের প্যাটার্ন অতিভারী ব্ল্যাক হোলে প্রভাবশালী, এবং প্রতিধ্বনি-শিখর ব্যবধান বৃদ্ধির হার সেখানে কম।
• নিউট্রিনোর সহ-জানালা
  মাঝারি-শক্তির নিউট্রিনো ঘটনা প্রবল জেট-ছিদ্রকরণ পর্যায়ে বেশি সম্ভাব্য, এবং শক্ত গামা শিখরের সাথে সহ-ফেজে থাকবে।
• “উল্টোদিকি-ব্যান্ড ↔ ডিস্ক-উইন্ড” সহঅবস্থান
  ধ্রুবণ উল্টোদিকি-ব্যান্ড যখন রিং-এর বাইরের কিনারা বরাবর সরে, এক্স-রে (X-ray) ডিস্ক-উইন্ড শোষণের গভীরতা সঙ্গতি রেখে ওঠানামা করে, এবং ধ্রুবণ-কোণ ঘূর্ণনের একটি পুনরাবৃত্ত ফেজ-সম্পর্ক দেখা যায়।

প্রতিটি পূর্বাভাস স্বাধীনভাবে পরীক্ষা করা যায়; কোনো একটিকে যদি পদ্ধতিগতভাবে বাতিল করা হয়, তবে অন্তর্নিহিত প্রক্রিয়া-স্তরে ফিরে গিয়ে সংশোধন প্রয়োজন।