अलकनंदा दीर्घिकेचा शोध एवढा महत्त्वाचा का?

Marathi translation of my post about the Alaknanda Galaxy

(This is a Marathi translation of my earlier post about the discovery of the Alaknanda Galaxy by NCRA Pune scientists. Thanks to Aditee Date for the translation. Please forward this to Marathi folks who might be interested.)

नुकतीच अनेक वृत्तसंस्थांनी पुण्याच्या NCRAमधील वैज्ञानिकांनी अलकनंदा दीर्घिकेचा शोध लावल्याची बातमी प्रसारित केली. मात्र, त्यापैकी बहुतांश वृत्तसंस्थांनी ह्या बातमीचे महत्त्व काय यावर प्रकाश टाकलेला नाही. त्यामुळे प्रस्तुत लेखात ह्या शोधाशी संबंधित विज्ञान कोणालाही सहज समजेल अशा साध्या सरळ भाषेत स्पष्ट करून सांगितले आहे.

त्यांनी शोधून काढलेल्या दीर्घिकेला अलकनंदा हे नाव दिले आहे. महाविस्फोटातून(Big Bang) प्रारंभिक दीर्घिकांची निर्मिती कशी झाली ह्याविषयीच्या विज्ञानाच्या सध्याच्या आकलनात या शोधामुळे आमूलाग्र बदल संभवतो.

पहिल्या नजरेत अलकनंदा दीर्घिका ही एक साधी दीर्घिका वाटते, मग तिचे इतके महत्त्व का?

(सूचना : या लेखातील काही परिच्छेदांतील मजकूर तुमच्या अपेक्षेपेक्षा अधिक सखोल असू शकतो. या सूचनेसारख्या तिरक्या अक्षरमुद्रांमधील परिच्छेद गाळून पुढे गेलात तरी चालेल, असे केल्यावरही लेखाचा उरलेला भाग अर्थपूर्णच असेल.)

जेम्स वेब अवकाश दुर्बिणीतून मिळवलेल्या प्रतिमेत अलकनंदा हा एक छोटासा ठिपका आहे. तो मोठा करून पाहिले असता “पातळ केंद्र व दोन भुजा असलेली एक प्राथमिक स्वरूपाची सर्पिल दीर्घिका” यापेक्षा वेगळे काही दिसत नाही. अशा अब्जावधी दीर्घिका आहेत. तसेच अलकनंदा दीर्घिकेचा आकार व आकारमान यातही काही खास बाब दिसून येत नाही.

अलकनंदा दीर्घिकेला दोन भुजा आहेत आणि तिचे वय बारा अब्ज वर्षे आहे: आणि हीच ती खास बाब आहे.

अलकनंदाला खास बनवणारी बाब म्हणजे तिची रेडशिफ्ट ४ आहे याचा अर्थ असा की अलकनंदाचा जो प्रकाश आपण आत्ता पाहात आहोत तो तिने बारा अब्ज वर्षांपूर्वी उत्सर्जित केला होता.

हे आपल्याला कसे समजते? प्रकाशाच्या बारकाईने केलेल्या अवलोकनातून किती गोष्टी सांगता येतात हे जाणून तुम्हाला आश्चर्य वाटेल. अति सोपे करून सांगितलेले हे स्पष्टीकरण पहा. समजा आपण अलकनंदा कडून आलेला प्रकाश एखाद्या वैशिष्ट्यपूर्ण लोलकातून जाऊ दिला. तेव्हा प्रकाशाचे इंद्रधनुष्यी रंगांमध्ये विभाजन (वक्रीभवन/अपवर्तन) होते असे शालेय भौतिकशास्त्रात शिकल्याचे तुम्हाला आठवेल. हा रंगपट मोठा करून पाहिला असता त्यात अनेक चमकदार उभ्या रेषा दिसतात. याचा अर्थ काही रंग दुसऱ्या रंगांपेक्षा जास्त चमकदार आहेत. ह्या रेषा म्हणजे दीर्घिकेमध्ये सर्वसाधारणपणे आढळणाऱ्या हायड्रोजन सारख्या वायूने उत्सर्जित केलेले रंग ( विशिष्ट तरंगलांबीचे प्रकाशकिरण) होत. पण आपल्याला असे दिसते की हायड्रोजनच्या चमकदार रेषांपैकी एक तिच्या अपेक्षित जागी न आढळता बरीच उजव्या बाजूला सरकलेली (जास्त तरंगलांबीच्या ठिकाणी) आढळली. ह्याला रेडशिफ्ट म्हणतात . (प्रत्यक्षात अशीच्या अशी कृती केलेली नाही. हे अति सोपे करून सांगितलेले स्पष्टीकरण आहे. NCRA ला योग्य तो वर्णपट-आलेख उपलब्ध नव्हता; परंतु त्यांनी २१ वेगवेगळ्या गाळण्या वापरून उपलब्ध माहितीची प्रगत माहिती हाताळणी तंत्राने करून हा निष्कर्ष मिळवला. परंतु संबंधित मूलभूत विज्ञानाचे तत्त्व तेच आहे.)

रेड शिफ्ट कशामुळे घडून येते? आईन्स्टाईनच्या सापेक्षतावादाच्या सिद्धांतानुसार विश्व प्रसरण पावत आहे; आणि त्यामुळे रेड शिफ्ट घडून येते. कल्पना करा की एका फुग्यावर लहानशी रेषा काढली आहे. जर फुगा आणखी फुगवला तर त्याचा कपडा ताणला जातो आणि रेषेची लांबी वाढते. प्रसरण पावणाऱ्या अवकाशातून प्रकाश जातो तेव्हा हेच घडते : तरंगलांबी ताणली जाते, म्हणजेच मोठी होते.

आपल्याला विश्व किती आणि कधीपासून प्रसरण पावत आहे ते माहित आहे, त्यामुळे अलकनंदाच्या प्रकाशात रेड शिफ्ट किती प्रमाणात झाली आहे ते अवलोकन करून आपण आकडेमोड करून काढू शकतो की त्याला विश्वामधून प्रवास करत आपल्यापर्यंत पोहोचण्यासाठी किती काळ लागला.

आणि हा काळ १२ अब्ज वर्षे आहे.

अलकनंदाचा प्रकाश आपल्यापर्यंत पोहोचायला १२ Gyr (Gyr = गिगावर्षे = अब्ज वर्षे) लागली. यांचे महत्त्व काय आहे? कारण, याचा अर्थ होतो की ही दोन भुजा असलेली सर्पिल दीर्घिका महाविस्फोटानंतर १.५ अब्ज वर्षांनी अस्तित्वात होती. हा तर “अरे बापरे—हे काय?!” असा क्षण आहे

प्रकाश आपल्यापर्यंत पोहोचायला १२ अब्ज वर्षे लागली आणि तो महाविस्फोटानंतर १.५ Gyr काळ गेला असताना निर्माण झाला यात काय संबंध आहे? आपल्याला समजले की आपल्यापर्यंत पोहोचलेला प्रकाश तेथून १२ अब्ज वर्षांपूर्वी निघाला होता. म्हणजे आपण ही दीर्घिका १२ अब्ज वर्षांपूर्वी जशी होती तशी आपल्याला दिसते आहे. (होय, आपण १२ अब्ज वर्षांपूर्वीचा भूतकाळ पाहात आहोत.)ह्याचा अर्थ असा होतो की व्यवस्थित तयार झालेली दोन भुजा असलेली अलकनंदा ही सर्पिल दीर्घिका १२ अब्ज वर्षांपूर्वी अस्तित्वात होती. आणि महाविस्फोट हा १३.५ वर्षांपूर्वी घडलेला होता. याचा अर्थ असा की ही दीर्घिका महाविस्फोटानंतर १.५ Gyr इतका काळ गेला तेव्हा पूर्णपणे तयार झालेली होती. (स्पष्टीकरणाचे स्पष्टीकरण : प्रत्यक्षात महाविस्फोट १३.८ अब्ज वर्षांपूर्वी घडला ज्याला सोपे करताना १३.५ अब्ज वर्षांपूर्वी असे म्हटले आहे. पण काळजी नको. अलकनंदा सुद्धा १२.३ अब्ज वर्षांपूर्वी तयार झालेली होती ज्याला सोपे करून १२ अब्ज वर्षांपूर्वी असे म्हटले आहे. त्यामुळे महाविस्फोटानंतर १.५ अब्ज वर्षांनी अलकनंदा तयार झाली हे विधान तरीही खरे आहे.)

अलकनंदाचे वय एवढे महत्त्वाचे का?

महाविस्फोट आणि दीर्घिका कशा तयार होतात यासंबंधी आपल्या सर्वोत्तम सिद्धांताच्या अनुसार स्पष्ट व सुनिश्चित भुजा आणि मध्यभागी चपटी तबकडी असलेली सर्पिल दीर्घिका तयार होण्यासाठी किमान ३ किंवा ४ अब्ज वर्षे लागतात. १.५ अब्ज वर्षांत तयार झालेली दीर्घिका दिसणे याचा अर्थ आपले सर्वोत्तम सिद्धांत हे अपुरे पडतात.

दीर्घिका कशा तयार होतात? महाविस्फोटामुळे खूप पदार्थ फेकले जाऊन ते विश्वात फिरू लागले. हायड्रोजनच्या अणूंनी भरलेल्या विश्वाची कल्पना करा. हळुहळू हायड्रोजन अणूंमधील गुरुत्वीय आकर्षणामुळे ते एकमेकांच्या जवळ येऊ लागतात. जसजशी ही क्रिया अधिकाधिक हायड्रोजन अणूंबरोबर घडू लागते तसतसे ते एकत्र येऊन त्यांची ढेकळे बनू लागतात. त्यांचे रूपांतर गोलाकार गोळ्यांमध्ये होऊन त्यांचे तारे बनतात.अनेक तारे एकमेकांकडे आकर्षित होऊन तारका समूह म्हणजेच दीर्घिका तयार होतात.

एक लक्षात ठेवा की हायड्रोजन अणूंना आधीच महाविस्फोटामुळे संवेग प्राप्त झालेला होता; ते आधी वेगवेगळ्या दिशांनी फिरत होते तेव्हा त्यांच्यात आकर्षण निर्माण होऊन दीर्घिका तयार झाल्या. ह्या अणूंच्या हालचालींची तपशीलवार प्रारूपे वैज्ञानिकांनी तयार केलेली आहेत. तसेच अणूंच्या प्रारंभिक संवेगाच्या तपशीलानुसार विविध आकाराच्या - गोल, लंबगोलाकार, चपटी तबकडी, फुगवटा असलेली तबकडी, भुजा असलेली तबकडी की शेवटी तिच्यापासून सर्पिलाकृती - दीर्घिका बनतील हेही दाखवता येते. या सिद्धांतांनुसार प्रारंभिक संवेगामुळे ह्या दीर्घिका स्वतःभोवती फिरत असतात आणि कालांतराने त्यांच्या सर्पिल भुजा विकसित होतात. परंतु याला काही काळ लागतो …. सुमारे ३ अब्ज वर्षे.

जेम्स वेब अवकाश दुर्बिणीपूर्वी (James Webb Space Telescope, JWST)अवकाशवैज्ञानिकांची अशी धारणा होती की नूतन विश्वातील दीर्घिका ह्या अस्ताव्यस्त आणि ओबडधोबड असतील. नूतन दीर्घिका “उष्ण” आणि “अशांत” असतील अशी अपेक्षा होती, आणि त्यांना थंड होऊन सर्पिल आकार राखू शकणाऱ्या व प्रामुख्याने चक्राकार गतीने फिरणाऱ्या व्यवस्थित तयार झालेल्या तबकडी स्वरूपात स्थिरावण्यासाठी काही काळ लागेल.

“अलकनंदा वेगळीच गोष्ट सांगते, ” योगेश वाडदेकर म्हणतात. “या दीर्घिकेला १० अब्ज सूर्यांच्या वस्तुमानाएवढे तारे एकत्र जुळवावे लागले व ते करताना सर्पिल भुजा असलेली मोठी तबकडी बनवावी लागली; आणि हे केवळ एक दशकोटी वर्षांमध्ये. अंतराळाची प्रमाणे पाहता हा जलदपणा अविश्वसनीय आहे.

थोडक्यात सांगायचे तर, चपटी मध्यवर्ती तबकडी व दोन सुनिश्चित भुजा असलेली दीर्घिका १.५ अब्ज वर्षांमध्ये तयार कशी झाली हे स्पष्ट करताना आपल्या प्रारूपांना झगडावे लागते आहे.

अलकनंदा दीर्घिकेचे अस्तित्व स्पष्ट करताना आपल्या सिद्धांतांना अडचण येत आहे. त्यामुळे दीर्घिका निर्मितीचे सिद्धांत बदलावे लागतील अशी खूप शक्यता आहे.

हे आहे पुण्याच्या NCRA ने लावलेल्या प्राथमिक स्वरूपाच्या दोन भुजांच्या सर्पिल दीर्घिकेच्या शोधाचे महत्त्व.

हा शोध कोणी व कसा लावला?

NCRA येथील संशोधक विद्यार्थिनी राशी जैन आणि तिचे सल्लागार योगेश वाडदेकर यांनी जेम्स वेब अवकाश दुर्बिणीतून मिळालेली सार्वजनिकरीत्या उपलब्ध असलेला डाटा वापरून संशोधन केले, विशेषकरून ज्यांची रेड शिफ्ट ३ किंवा अधिक आहे अशा वस्तूंचा शोध घेतला, आणि प्रदीर्घ व कष्टप्रद शोधकार्यानंतर ही दीर्घिका सापडली.

एक सॉफ्टवेअर पॅकेज वापरून त्यांनी विशिष्ट आकारमानाहून मोठ्या व ३ किंवा अधिक रेड शिफ्ट असलेल्या सर्व वस्तूंची यादी बनवली.

अशा २७०० वस्तू आढळल्या.

यानंतर राशीने स्वहस्ते सर्व वस्तूंचे तपशीलवार वर्गीकरण केले व काही चित्तवेधक सापडते का ते पाहिले.

जेव्हा तिला व्यवस्थित तयार झालेली दीर्घिका (वैज्ञानिक शब्द “ग्रँड डिझाईन स्पायरल”) दिसली तेव्हा महत्त्व ओळखून तिने लगेच ते योगेश यांच्या निदर्शनास आणून दिले.

त्यानंतर दोघांनी शोधाची शहानिशा करण्यासाठी माहिती अनेक विश्लेषण पद्धतींनी तपासली. शेवटी त्यांची खात्री पटली की त्यांना खरोखरच एक मोठी सह-विसंगती (को-ऍनॉमली)सापडली आहे.

मुक्त विज्ञान गरजेचे

NCRA ने जेम्स वेब अवकाश दुर्बिण विकसित किंवा स्थापित करण्यात कोणतीही भूमिका बजावलेली नाही.

परंतु, ही माहिती सार्वजनिकरीत्या उपलब्ध असल्याने NCRA च्या संशोधकांना तिचा अभ्यास करून हा शोध लावता आला.

विज्ञान खुलेपणाने केल्यावर काय शक्य आहे याचे हे ढळढळीत उदाहरण आहे.

“अलकनंदा” का?

आपल्या आकाशगंगेचे भारतीय नाव मंदाकिनी आहे आणि हिमालयात उगम पावणाऱ्या एका नदीचेही हे नाव आहे. नवीन शोधलेली दीर्घिका आकाशगंगेच्याच प्रकारची आहे, आणि अलकनंदा नदी मंदाकिनी नदीसारखी आहे, त्यामुळे संशोधकांनी हे नाव निवडले.

अधिक तपशील

शोधाच्या अधिक तपशीलासाठी पहा official press release (मराठी व हिंदी मध्ये ही उपलब्ध). यात बरीच उपयुक्त माहिती आहे, उदाहरणार्थ - हा शोध जेम्स वेब अवकाश दुर्बिणीविना का शक्य नव्हता, गुरुत्वीय भिंगाशिवाय तो का शक्य नव्हता, इन्फ्रारेड टेलिस्कोपीशिवाय तो का शक्य नव्हता, आणि हा शोध महत्त्वाचा कसा आहे - कारण अलकनंदा ही उष्ण दीर्घिका नसून थंड दीर्घिका आहे.

याहूनही अधिक तपशीलांसाठी मूळ शोधनिबंध पहा - हे संशोधन पुढील नियतकालिकामध्ये प्रकाशित झाले आहे Euro journal, Astronomy & Astrophysics, जे या क्षेत्रातील सर्वोच्च नियतकालिकांपैकी एक आहे.

किंवा तुम्ही लेखकांशी संपर्क साधू शकता rjain@ncra.tifr.res.in,

योगेश वाडदेकर ट्विटरवर सक्रीय आहेत @YWadadekar आणि @NCRA_Outreach हे NCRA चे अधिकृत हॅंडल आहे

(ह्या लेखाचा मसूदा वाचून त्यातील तांत्रिक तपशील दुरुस्त केल्याबद्दल योगेश वाडदेकर यांना धन्यवाद.)