ब्रह्मांड और भारी धातु

हमें भारी धातु जैसी किसी चीज के जन्म का श्रेय दिया जाता है। यदि ऐसा है, तो हमें तत्काल गर्भपात कराने की आवश्यकता है।
- जिंजर बेकर, ब्रिटिश रॉक बैंड क्रीम के संस्थापक

अपने चारों ओर देखो। चारों ओर ध्यान से देखें। वह सब कुछ जो आपको घेरे हुए है - पत्थर, पेड़, पहाड़, आकाश, बादल, सूर्य, जल, सभी जीवित चीजें।

क्या यह सब से मिलकर बनता है?



एक बुनियादी स्तर पर, आप जो कुछ भी जानते हैं, वह सब कुछ पृथ्वी पर, परमाणुओं से बना है। हाइड्रोजन, कार्बन, नाइट्रोजन, कैल्शियम, लोहा, सोना, आदि। ब्रह्मांड के सभी तत्वों को कई अलग-अलग तरीकों से संयोजित किया जाता है ताकि हम ब्रह्मांड में जो कुछ भी देख सकते हैं, उसे प्राप्त कर सकें। और अगर हम वस्तुओं के सार को देखते हैं, तो हम उसी चीज़ को देखेंगे जो प्रत्येक परमाणु को उसके विशेष गुण प्रदान करती है।



और, आश्चर्यजनक रूप से, यह केवल एक परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या होगी। और हमारी दुनिया में विद्यमान विभिन्न प्रकार की चीजें केवल इसलिए मौजूद हो सकती हैं क्योंकि दुनिया में हाइड्रोजन से लेकर यूरेनियम और उससे आगे तक विभिन्न तत्वों की प्रचुरता है।



लेकिन ये सभी तत्व हमेशा मौजूद नहीं थे। और, ज़ाहिर है, उनमें से हमेशा की तरह आज भी नहीं थे। उदाहरण के लिए, बिग बैंग के कुछ मिनट बाद, ब्रह्मांड सभी परमाणु प्रतिक्रियाओं के लिए पर्याप्त ठंडा हो गया, जो इसमें होने वाली मौजूदा स्थितियों के तहत हो सकते हैं। और हम कह सकते हैं कि ब्रह्मांड में उस समय कौन से तत्व थे।



अजीब तरह से पर्याप्त है, लेकिन ब्रह्मांड (द्रव्यमान से) में 76% हाइड्रोजन, 24% हीलियम, और संयुक्त रूप से अन्य सभी तत्वों के 0.0000001% से अधिक नहीं हैं। ब्रह्मांड शांत हो गया और समस्याओं के बिना तटस्थ परमाणुओं को उत्पन्न किया, लेकिन चूंकि केवल हीलियम के साथ हाइड्रोजन और अन्य परमाणुओं की एक नगण्य मात्रा इसमें दिखाई देती है, इसलिए हम आज जो कुछ भी देख सकते हैं, उसे देखकर आश्चर्यचकित हो सकते हैं।



यह सब कहां से आया? आज उपलब्ध सभी तत्व दिखाई दिए हैं, और अभी भी एक तरह से दिखाई देते हैं: सितारों में।



हमारा सूर्य, अधिकांश तारों की तरह, नाभिकीय संलयन के दौरान हाइड्रोजन को हीलियम में बदल देता है, और यही हमारे प्रकाश को पोषित करता है। लेकिन सबसे भारी, सबसे भारी सितारे अपने ईंधन को बहुत तेजी से जलाते हैं। और जब वे सभी हाइड्रोजन को जलाते हैं, तो वे परिणामस्वरूप हीलियम को कार्बन में बदल देते हैं, और फिर नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, नियॉन और सोडियम में, और फिर सिलिकॉन और सल्फर में, और फिर लोहे, निकल, कोबाल्ट और तांबे में।



सितारे इस स्तर तक पहुँचते हैं, जिनमें से द्रव्यमान सौर न्यूनतम आठ से अधिक हो जाता है, या सैकड़ों बार भी। अपने सभी ईंधन को जलाने में हमारे सूर्य को लगभग दस अरब साल लगेंगे। और अधिक विशाल तारे लाखों से लेकर दसियों हज़ारो साल तक केवल तब तक जलते रहते हैं जब तक वे अपने मूल में ईंधन से बाहर नहीं निकल जाते हैं! और अगला चरण बहुत मनोरंजक है।



एक तारा एक सुपरनोवा में बदल जाता है, और इसके द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा ब्रह्मांड के सभी तत्वों को बनाने के लिए पर्याप्त है, और एक बड़ी मात्रा में।

वीडियो में दिखाया गया है कि कैसे ये तत्व ब्रह्मांड में बिखरते और गिरते हैं। शुद्ध हाइड्रोजन और हीलियम के दृष्टिकोण से, हम कह सकते हैं कि वे ब्रह्मांड को "प्रदूषित" करते हैं। लेकिन अगर आपको ब्रह्मांड में इन सभी भारी धातुओं और अन्य तत्वों की प्रचुरता पसंद है, तो आप कह सकते हैं कि वे इसे समृद्ध करते हैं।

सितारों के बड़े पैमाने पर अतीत में समृद्ध कुछ क्षेत्रों में - विशेष रूप से जहां सितारों की कई पीढ़ियां पहले ही बदल चुकी हैं - आप धातुओं की एक बड़ी मात्रा पा सकते हैं। यह ठीक ब्रह्मांड के उस हिस्से में देखी गई तस्वीर है जहां सूर्य है। सब के बाद, इसमें वर्णक्रमीय अवशोषण लाइनों की एक बड़ी संख्या है जो विशिष्ट रूप से भारी तत्वों की उपस्थिति का निर्धारण करती है!



"स्वच्छ" ब्रह्मांड के विपरीत, ब्रह्मांड का हमारा क्षेत्र समृद्ध है, और इसमें सभी तत्वों का लगभग 2% हाइड्रोजन या हीलियम से भारी है। हमारे सूर्य की उत्पत्ति सितारों की कम से कम दो पीढ़ियों से हुई, जिससे उनका ईंधन जल गया, उनकी मृत्यु हो गई और अंतरिक्ष का क्षेत्र समृद्ध हुआ। लेकिन हमारे क्षेत्र को ब्रह्मांड के सबसे समृद्ध क्षेत्रों में से एक या हमारी आकाशगंगा भी नहीं कहा जा सकता है।

और हम ऐसे क्षेत्रों की तलाश कहां कर सकते हैं?



हीलियम से भारी तत्वों की एक बड़ी संख्या , जिसे कॉस्मोलॉजिस्ट धातु कहते हैं , सबसे विशाल आकाशगंगाओं के केंद्र में स्थित हैं - ब्रह्मांड में ज्ञात सबसे चमकदार, सबसे सक्रिय और क्रूर क्षेत्र।

बिग बैंग के 50-100 मिलियन वर्ष बाद ही आकाशगंगाओं का निर्माण शुरू हुआ, और सबसे विशाल, सबसे अमीर आकाशगंगाओं में, इससे पहले कि उनका प्रकाश हमारे पास पहुँचे, एक या दो नहीं, बल्कि कई पीढ़ियों के तारों को प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

इसलिए, जब मैं इस तरह की खबर देखता हूं:

वैज्ञानिक यह जानकर आश्चर्यचकित थे कि कार्बन ब्रह्मांड में पहले की तुलना में पहले से मौजूद था।

मैं बेहद हैरान हूं। क्योंकि अगर उन्हें 1920 के "पहले" वर्ष का मतलब नहीं है, तो हम ऐसा नहीं सोचते हैं!



यह TN J0924-2201 है , जो खुली रेडियो आकाशगंगाओं का सबसे दूर है (redshift z = 5.19 के साथ। Redshifts की अधिक से अधिक संख्या, छोटा ब्रह्मांड तब था, और जो वस्तु हमारे पास है)। उसके बारे में एक वैज्ञानिक काम लिखा गया था। लेकिन क्या यह इतनी आश्चर्यजनक है कि इस आकाशगंगा में इतने भारी धातुओं की खोज की गई है? हम लेख को उद्धृत करते हैं:

2.0 <z <4.5 की सीमा में, धातुवाद का कोई विकास नहीं देखा गया है। निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करते हुए, जियांग और सहकर्मियों (2007) ने z ~ 6 तक धात्विकता का एक स्पष्ट विकास नहीं पाया। हाल ही में, जुआरेज़ और सहकर्मियों (2009) ने पाया कि ~ ~ ज़ारा के साथ क्वासरों के लिए भी धात्विकता बहुत अधिक है। आकाशगंगाओं के सक्रिय नाभिक में रासायनिक विकास का मुख्य युग z> 6 पर है।

सुर्खियों से मूर्ख मत बनो: यह सर्वविदित है कि यूनिवर्स धातुओं में समृद्ध था और बिग बैंग के कई सौ मिलियन साल बाद तक गंभीरता से विकसित हुआ था, जब कि इसकी उम्र वर्तमान में केवल 5% थी! उदाहरण के लिए, आइए इस "बेबी" आकाशगंगा पर ध्यान दें:

scienceblogs.com/startswithabang/files/2011/11/spitzer_hubble_big_baby_galaxy_2.jpeg

यह आकाशगंगा केवल 700 मिलियन वर्ष पुरानी है, इसका रेडशिफ्ट ऐसा है कि इसमें से आने वाली रोशनी - जिसमें से अधिकांश नीली या पराबैंगनी थी - पहले से ही स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग से स्थानांतरित हो गई है! और फिर भी यह आकाशगंगा न केवल मिल्की वे की तुलना में बड़े पैमाने पर 8 गुना बड़ी है, बल्कि हमारे सूर्य से भी भारी तत्वों में समृद्ध है!

और फिर भी, हम जानते हैं कि अतीत में कुछ बिंदु पर, गठित तारों में से बहुत पहले केवल हाइड्रोजन और हीलियम शामिल थे। कहाँ था? यह केवल अतीत में आगे देखने के लिए बनी हुई है।



अब तक, यह हमारे द्वारा ज्ञात सभी आकाशगंगाओं का सबसे दूर है: UDFj-39546284 । यह अस्तित्व में था जब ब्रह्मांड केवल 480 मिलियन वर्ष पुराना था, जो कि इसकी वर्तमान आयु का 3.5% है!

इस आकाशगंगा में कम संख्या में गर्म नीले तारे हैं, और इसका द्रव्यमान मिल्की वे के द्रव्यमान के 1% से भी कम है! क्या वहां पहले तारों का निर्माण हुआ है? क्या यह आकाशगंगा ब्रह्मांड के मौजूदा शुरुआती चरणों की विशिष्ट है?

हमारे सर्वोत्तम सिद्धांतों के अनुसार, हम आश्चर्यचकित नहीं होंगे यदि इतनी जल्दी आकाशगंगाएँ धातुओं में समृद्ध थीं, और - कई मामलों में - उनके द्रव्यमान मिल्की वे के द्रव्यमान के बराबर थे। लेकिन कुछ बिंदुओं पर, कुछ दूर की आकाशगंगाएँ सबसे पहले होंगी। और हम जानना चाहते हैं कि यह कहां और कब था। और अब, इस तथ्य को स्पष्ट करने के लिए केवल एक योजना विकसित की जा रही है।



और यह सिर्फ एक कारण है कि हमें उनके लिए स्पेस टेलीस्कोप की जरूरत है। जेम्स वेब!

और जब हमने इसे लॉन्च नहीं किया, तो आश्चर्य न करें कि ब्रह्मांड के दूर के हिस्से भारी धातुओं, विकसित सितारों और बड़े पैमाने पर आकाशगंगाओं से बने हैं। ब्रह्मांड एक ऐसी जगह है जहां हम जो कुछ भी जानते हैं वह बहुत जल्दी होता है। कोई केवल अनुमान लगा सकता है कि कितने साल पहले, उपयुक्त परिस्थितियों में, ग्रह और यहां तक ​​कि जीवन भी बन सकता था!