कॉस्मोलॉजी के क्षेत्र में, दिलचस्प प्रश्न आमतौर पर वैज्ञानिक पत्रों में अच्छी तरह से कवर होते हैं। डार्क एनर्जी के रहस्यों का खुलासा, ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार का स्रोत, आधुनिक विज्ञान के सबसे बड़े रहस्यों में से एक है। डार्क मैटर, कण जो ब्रह्मांड की अवलोकनीय विषमताओं की बड़ी संख्या की व्याख्या कर सकते हैं, अभी तक वैज्ञानिकों को इसके अस्तित्व के प्रत्यक्ष प्रमाण की तलाश में नहीं दिया गया है। ब्लैक होल भौतिकी, अंतरिक्ष और समय की वक्रता के अपने विरोधाभासों के साथ और हाल ही में ब्लॉकबस्टर के लिए धन्यवाद , इंटरस्टेलर प्रशंसात्मक विस्मयादिबोधक पैदा करने के लिए हमेशा तैयार है।

शोध के इन सभी क्षेत्रों को कॉस्मोलॉजिकल समुदाय द्वारा सक्रिय रूप से विकसित किया गया है, और न केवल अवधारणाएं हैं जो उन लोगों का ध्यान आकर्षित करती हैं जो वैज्ञानिकों से संबंधित नहीं हैं। लेकिन अगर आप एक ऐसे विश्वविद्यालय में जाते हैं जहाँ कॉस्मोलॉजिस्ट काम करते हैं, या कॉस्मोलॉजी पर एक सम्मेलन करते हैं, तो आप हमारे विज्ञान के अन्य दिलचस्प क्षेत्रों की रिपोर्ट सुनेंगे, वैज्ञानिक ज्ञान का विस्तार करेंगे, मुद्रास्फीति के सिद्धांतों से गुरुत्वाकर्षण तरंगों और अन्य का पता लगा सकते हैं। गैर-कल्पना में, "बिग थ्री" के साथ तुलना करने पर उन पर अपेक्षाकृत कम ध्यान दिया जाता है: डार्क मैटर, डार्क एनर्जी और ब्लैक होल भौतिकी। मैं दो क्षेत्रों का वर्णन करना चाहूंगा जो ब्रह्मांड विज्ञान का हिस्सा हैं और एक ही ध्यान देने योग्य हैं: सुपरहाइग ऊर्जा की ब्रह्मांडीय किरणों की प्रकृति को समझना और अंधेरे युग के ब्रह्मांड को चिह्नित करना।

अल्ट्रा हाई एनर्जी कॉस्मिक किरणें

पृथ्वी का वातावरण अंतरिक्ष में सभी दिशाओं से कणों द्वारा लगातार बमबारी कर रहा है। ये कण उल्कापिंड या अंतरिक्ष मलबे की तरह नहीं हैं, बल्कि परमाणुओं के अलग-अलग कण या नाभिक हैं। लेकिन इसके अलावा, उनके बारे में कुछ भी ज्ञात नहीं है, क्योंकि हम सीधे कॉस्मिक किरणों को मापते नहीं हैं। जब कोई किरण वायुमंडल में प्रवेश करती है, तो वह अपने कणों से टकराती है। यह माध्यमिक कणों की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया का कारण बनता है, जो काफी बड़े सतह क्षेत्र पर पड़ता है - तथाकथित विस्तृत वायु वर्षा [हवा की बौछार]। हमने 2590 किमी 2 के क्षेत्र में इस तरह के शॉवर का डिटेक्टर बनाया। - यह एक वेधशाला है। अर्जेंटीना शहर मेंडोज़ा में पियरे ऑगर । डिटेक्टर क्षमता उन कणों का पता लगाने में सक्षम हैं जो उनमें गिर जाते हैं और एक विशिष्ट घटना उत्पन्न करने वाली कॉस्मिक किरण की आने वाली दिशा और ऊर्जा को फिर से बनाते हैं।

ऑस्टर ऑब्जर्वेटरी द्वारा देखी गई कॉस्मिक किरणों की ऊर्जा परिमाण के दस आदेशों से भिन्न हो सकती है। उच्चतम ऊर्जा किरणें, जिन्हें अल्ट्रा हाई एनर्जी कॉस्मिक किरणें (UHECR) कहा जाता है, प्रति कण 1 J ऊर्जा ले जाती हैं। उस ऊर्जा के बारे में आप मेज से एक कप कॉफी उठाने और एक घूंट लेने के लिए खर्च करते हैं, जबकि यह सारी ऊर्जा एक कण में समाहित है।

एक और उदाहरण: बड़े हैड्रॉन कोलाइडर में, जो निर्मित और सबसे शक्तिशाली हैं, वे 10 ^-6 जे के आदेश की ऊर्जा के साथ काम करते हैं । यूएचईसीआर द्वारा देखी गई ऊर्जा एक मिलियन गुना अधिक है।

ब्रह्मांडीय किरणों (काले घेरे) के अवलोकित स्रोत। लाल डॉट्स - सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक का स्थान, यूएचईसीआर के स्रोत माना जाता है।

उच्च ऊर्जा की तुलना में कम ऊर्जा के साथ कई गुना अधिक किरणें हैं - औसत ऊर्जा के साथ लगभग 10 ⁶ किरणें और प्रति वर्ष एक वर्ग किलोमीटर पर लगभग 1 यूएचईसीआर दिखाई देते हैं । यह एक कारण है कि सटीक दिशा निर्धारित करना मुश्किल है, जहां से यूएचईसीआर आते हैं - वे बहुत दुर्लभ हैं। यह कहना भी मुश्किल है कि यह इन किरणों को ऐसी ऊर्जाओं तक पहुँचाता है। अब तक, हम सुपरनोवा विस्फोट, न्यूट्रॉन सितारों के संघों, ब्लैक होल द्वारा पदार्थ के त्वरण, गामा-रे फटने, और अन्य, अधिक विदेशी स्पष्टीकरण के बारे में सोच रहे हैं। किसी भी स्पष्टीकरण की पुष्टि नहीं की गई है।

21 सेमी की लंबाई के साथ विकिरण

कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड रेडिएशन की उपस्थिति के बाद, ब्रह्मांड में अंधेरे सदियों आ गए हैं । इस अवधि के दौरान, इसमें कोई चमकदार चमकदार पदार्थ नहीं था। कोई भी तारा, आकाशगंगा, सुपरनोवा, पल्सर, क्वासर - ऐसा कुछ भी नहीं जो दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी या एक्स-रे विकिरण का उत्सर्जन करेगा। संक्षेप में, दूरबीन के माध्यम से देखने के लिए कुछ भी नहीं था।

लेकिन तटस्थ प्रकाश तत्वों के रूप में साधारण मामला - मुख्य रूप से हाइड्रोजन - टकराया और जमा हुआ। कुछ गांठ सितारों और आकाशगंगाओं में बदल गई, अन्य बिखरे हुए गैस के रूप में बने रहे। फिलहाल, सामान्य पदार्थ के वितरण का एक नक्शा बनाने और यूनिवर्स के विकास के लिए हमारे मॉडल को पोषण करने वाली टिप्पणियों को इकट्ठा करने का सबसे अच्छा तरीका है कि हर चीज को चमकना। लेकिन अंधेरे युग के बारे में जानकारी कैसे एकत्र करें? यह अस्पष्टीकृत है और अब तक दुर्गम समय है जब मामला अभी तक चमकदार वस्तुओं में इकट्ठा नहीं हुआ है।

डार्क एग्स में, पदार्थ के बढ़ने (नीले) और कम (काले) घनत्व वाले क्षेत्र थे, लेकिन किसी भी सितारे ने उन्हें जलाया नहीं

अंधेरे युग का अध्ययन करने का एक आशाजनक तरीका तटस्थ हाइड्रोजन में 21 सेमी संक्रमण को मापना है। हाइड्रोजन में एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन होते हैं, और उन दोनों में एक स्पिन होता है। उनके स्पाइन्स का पारस्परिक अभिविन्यास (चाहे वे एक दिशा में देखें, या विपरीत में) परमाणु की ऊर्जा स्थिति को निर्धारित करते हैं। यूनिडायरेक्शनल स्पाइन्स मल्टीडायरेक्शनल की तुलना में थोड़ी अधिक ऊर्जा की स्थिति का कारण बनते हैं। ऑब्जेक्ट सबसे कम ऊर्जाओं की ओर जाते हैं, इसलिए यूनिडायरेक्शनल स्पिन के साथ एक हाइड्रोजन परमाणु अनायास उस स्थिति में स्विच कर सकता है जहां स्पाइन्स मल्टीडायरेक्शनल होते हैं। चूंकि यह स्तर कम है और ऊर्जा को संरक्षित किया जाना चाहिए, इसलिए इस प्रक्रिया में एक फोटॉन उत्सर्जित होता है। इस प्रक्रिया में उत्सर्जित ऊर्जा की सही मात्रा ज्ञात है, और यह 21.1 सेमी (आवृत्ति 1420.40575 मेगाहर्ट्ज) के एक फोटॉन तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है। (तटस्थ हाइड्रोजन रेडियो लाइन )।

21 सेमी विकिरण की चमक के लिए हमारी अपेक्षाएं इस पर निर्भर करती हैं कि तटस्थ हाइड्रोजन के बादलों के आसपास क्या हो रहा है, और यह इस विकिरण को भौतिकी के विभिन्न क्षेत्रों के लिए एक अद्भुत डिटेक्टर बनाता है। उदाहरण के लिए, यदि कोई नया तारा पास में चमकने लगता है, तो हम तारे के "चालू" समय के अनुसार विकिरण स्पेक्ट्रम में कुछ संकेतक मापते हैं। अब हमारे पास सितारों के निर्माण के पहले क्षणों पर बहुत कम आंकड़े हैं, जो बिग बैंग के 400 मिलियन वर्ष बाद और संभवतः बहुत पहले दिखाई देने लगे थे। इसके अलावा, इस तरह की घटनाओं के अवलोकन से ब्रह्मांड विज्ञान के एक प्रश्न का उत्तर देने में मदद मिल सकती है: हमारा ब्रह्मांड इतना आयनित क्यों है, यही कारण है कि तटस्थ गैसों की संख्या की तुलना में मनाया गैस बादलों में इतने सारे सकारात्मक चार्ज परमाणु हैं। केएमएफआई के गठन से संकेत मिलता है किब्रह्मांड में तटस्थ परमाणु बहुत पहले दिखाई दिए, इसलिए कुछ को एक तटस्थ गैस को चार्ज करना पड़ा। यह क्या है, कहां और कब शुरू हुआ, हमें अभी तक पता नहीं है।

वाह! चलो सभी 21 सेमी प्रकाश तरंगों को मापते हैं और हर कोई खुश होगा! लेकिन यह इतना सरल नहीं है। हम किसी विशेष फोटॉन के उत्सर्जन के समय के बारे में जानते हैं जो विशेष रूप से इसके रीडशिफ्ट द्वारा किया जाता है। जैसे-जैसे अंतरिक्ष का विस्तार होता है, इसमें उड़ान भरने वाले फोटोन की लंबाई बढ़ती जाती है। इसलिए, 13 बिलियन साल पहले उत्सर्जित 21 सेमी फोटॉन 1 अरब साल पहले उत्सर्जित की तुलना में लंबा तरंग दैर्ध्य होगा, क्योंकि पहला फोटॉन 12 अरब वर्षों के ब्रह्मांड के विस्तार का गवाह था। लेकिन हम वास्तव में उत्सर्जित फोटॉन की ऑफसेट लंबाई की गणना करना जानते हैं, इसलिए हम जानते हैं कि यह किस युग से आया है।

जब 21 सेमी रेडियो लाइन का अवलोकन किया जाता है, तो दो मुख्य बाधाएं होती हैं जो वैज्ञानिक चारों ओर पाने की कोशिश कर रहे हैं। अंधेरे युग में उत्सर्जित फोटॉनों के लिए, रेडशिफ्ट ने तरंग को 1 मीटर तक खींचा। चूंकि तरंग दैर्ध्य आवृत्ति के विपरीत आनुपातिक है, इसलिए यह गणना की जा सकती है कि उनकी आवृत्ति 1 गीगाहर्ट्ज के क्षेत्र में होगी। यह इस आवृत्ति पर है कि एफएम रेडियो स्टेशन जो आप काम करने के तरीके पर सुनते हैं। मानव-जनित रेडियो सिग्नल सभी ब्रह्मांडीय रेडियो संकेतों को धो देते हैं, इसलिए 21-सेमी वेधशालाओं को किसी न किसी कारण से रेडियो चुप्पी या अंतरिक्ष में [ मूल रूप से काम करना चाहिए , हालांकि मीटर तरंगों की आवृत्ति वास्तव में 300 हर्ट्ज के क्षेत्र में होगी, और रेडियो आवृत्तियों पर काम करेगा। लगभग 100 मेगाहर्ट्ज - लगभग।]। इस तरह के वेधशाला के लिए सबसे अच्छी जगहों में से एक चंद्रमा की पीठ होगी - सिंक्रोनस रोटेशन इसे पृथ्वी से छुपाता है और रेडियो प्रसारण से निरंतर सुरक्षा प्रदान करता है।

लेकिन पृथ्वी पर, सब कुछ अधिक जटिल है। यदि आप दूरबीन के माध्यम से दृश्यमान प्रकाश का निरीक्षण करते हैं, तो अपने आप को उस प्रकाश से अलग करने के लिए जो आपको परेशान कर रहा है, आपको छाया में जाने की आवश्यकता है। अंधेरे स्थानों की खोज करने के लिए, आप पृथ्वी की वक्रता का उपयोग कर सकते हैं - अर्थात, बड़े शहरों से दूर जाकर ताकि वे क्षितिज तक दिखाई न दें, आप उनसे पृथ्वी से आच्छादित होंगे। लेकिन ऐसी रेडियो फ्रीक्वेंसी के साथ, यह संख्या काम नहीं करती है। वायुमंडल का ऊपरी हिस्सा पूरी तरह से इन रेडियो तरंगों को दर्शाता है, इसलिए क्षितिज से परे अपने स्रोत को छिपाने से भी मदद नहीं मिलेगी। अंधेरे युग के 21 सेमी तीव्रता को मापने के लिए एक प्रयोग, एससीआई-हाय, अब मेक्सिको में ग्वाडालूप द्वीप पर सबसे अधिक रेडियो-मुक्त स्थानों में से एक में डिटेक्टर डिजाइनों का परीक्षण कर रहा है।

कॉस्मोलॉजी अनुसंधान का एक सक्रिय और लुभावना क्षेत्र है, यहां तक कि लोकप्रिय विज्ञान क्षेत्रों जैसे कि डार्क मैटर, डार्क एनर्जी और ब्लैक होल को ध्यान में रखे बिना। लेख में वर्णित दो विषय केवल गहरे प्रश्नों को खोलते हैं, जिनके लिए कॉस्मोलॉजिस्ट उत्तर ढूंढ रहे हैं। चूंकि वैज्ञानिक समाचारों का वर्णन आमतौर पर ज्वलंत परिणामों या निष्कर्षों से अलंकृत किया जाता है, कभी-कभी ऐसा लगता है कि हमें ब्रह्मांड के विकास पर पिछले प्रमुख प्रश्नों के उत्तर लगभग मिल गए हैं। लेकिन हम केवल चट्टान पर खड़े हैं, ब्रह्मांड विज्ञान की नई सीमाओं की घाटी को देख रहे हैं, जिसे हम अभी अध्ययन करने के लिए शुरुआत कर रहे हैं, हमारी आँखों का इंतजार कर रहे हैं कि उनकी आदत हो जाए।

ब्रह्मांड की सीमा पर भौतिकी

अल्ट्रा हाई एनर्जी कॉस्मिक किरणें

21 सेमी की लंबाई के साथ विकिरण

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