ফ্লুইড ডায়নামিক্স ও টার্বুলেন্স (পর্ব ২০): আপেক্ষিক হাইড্রোডায়নামিক্স ও অ্যাক্রিশন ডিস্কের পদার্থবিজ্ঞান

মহাবিশ্বের সবচেয়ে চরম অঞ্চলে—যেমন সুপারম্যাসিভ ব্ল্যাক হোলের চারপাশের অ্যাক্রিশন ডিস্ক, গামা-রে বিস্ফোরণ এবং নিউট্রন তারার সংঘর্ষে—পদার্থ আলোর কাছাকাছি বেগে ((u sim c)) ধাবিত হয় এবং স্থান-কাল চরমভাবে বেঁকে যায়। এই মহাজাগতিক সীমান্তে সাধারণ ফ্লুইড মেকানিক্স একীভূত হয় আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতার সাথে, যাকে আপেক্ষিক হাইড্রোডায়নামিক্স বলে।

১. আপেক্ষিক এনার্জি-মোমেন্টাম টেনসর

আপেক্ষিকতায় ভর, শক্তি ও চাপের মধ্যে কোনো বিভেদ থাকে না। তরলের সম্পূর্ণ গতিশীল অবস্থা এনার্জি-মোমেন্টাম টেনসর (T^{mu
u}) দ্বারা সংজ্ঞায়িত হয়:

[
T^{mu
u} = (e + p) u^mu u^
u + p g^{mu
u}
]

এখানে (e =
ho c^2 + psilon) হলো মোট শক্তি ঘনত্ব, (p) হলো থার্মোডায়নামিক চাপ এবং (u^mu) হলো ফোর-ভেলোসিটি। স্থান-কালে শক্তির সংরক্ষণ সূত্র দাঁড়ায়: (
abla_mu T^{mu
u} = 0)। লক্ষণীয় যে তরলের কার্যকর জড়তা ভর ঘনত্ব কেবল ভর (
ho) নয়, বরং এনথালপি ((e+p)/c^2)। অর্থাৎ চরম তাপে তরলের চাপ নিজেই অতিরিক্ত মহাকর্ষীয় ভর হিসেবে কাজ করে!

২. ব্ল্যাক হোল অ্যাক্রিশন ডিস্ক ও শাকুর-সুনিয়ায়েভ মডেল

একটি ঘূর্ণায়মান ব্ল্যাক হোলে গ্যাস সরাসরি পড়ে যেতে পারে না; কৌণিক ভরবেগের কারণে এটি একটি ঘূর্ণায়মান ডিস্ক তৈরি করে। ১৯৭৩ সালে রাশিদ শাকুর ও রাশিদ সুনিয়ায়েভ বিখ্যাত পাতলা আলফা-ডিস্ক ((alpha)-Disk) মডেল তৈরি করেন:

[

u_{ ext{turb}} = alpha c_s H, quad (alpha le 1)
]

ডিস্কের ভেতরের স্তর বাইরের স্তরের চেয়ে দ্রুত গতিতে ঘোরার কারণে ঘর্ষণে গ্যাস প্রচণ্ড উত্তপ্ত হয় এবং এক্স-রে বিকিরণ করে ভেতরের দিকে নামতে থাকে।

৩. ম্যাগনেটো-রোটেশনাল অস্থিরতা (MRI)

সাধারণ সান্দ্রতা দিয়ে ব্ল্যাক হোলের গ্যাসের কৌণিক ভরবেগ দূর করা অসম্ভব ছিল। ১৯৯১ সালে স্টিভেন বালবাস এবং জন হউলি আবিষ্কার করেন ম্যাগনেটো-রোটেশনাল অস্থিরতা (MRI)। একটি অতি দুর্বল চৌম্বক ক্ষেত্রও স্প্রিং-এর মতো কাজ করে ভেতরের গ্যাস থেকে কৌণিক ভরবেগ কেড়ে নিয়ে বাইরে পাঠিয়ে দেয়। এই চৌম্বক অস্থিরতাই মহাবিশ্বের সমস্ত অ্যাক্রিশন ডিস্কের মূল ইঞ্জিন।

৪. ব্ল্যান্ডফোর্ড-জনাক মেকানিজম ও আপেক্ষিক জেট

ঘূর্ণায়মান কার ব্ল্যাক হোলের স্পেস-টাইম ড্র্যাগিং চৌম্বক বলরেখাকে পেঁচিয়ে একটি বিশাল চৌম্বক কুণ্ডলী তৈরি করে। ব্ল্যান্ডফোর্ড-জনাক প্রক্রিয়ায় ব্ল্যাক হোলের নিজস্ব ঘূর্ণন শক্তি সরাসরি শোষণ করে আলোর প্রায় ৯৯.৯% বেগে কোটি কোটি আলোকবর্ষ দূরে প্লাজমা জেট ছুঁড়ে দেওয়া হয়, যা মহাবিশ্বের বৃহত্তম কসমিক শক্তির উৎস।

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।