वैज्ञानिक सफलता: गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुम्बकीय तरंगों का एक संयोजन

गुरुत्वाकर्षण तरंगें खगोलविदों के लिए उपलब्ध सबसे महत्वपूर्ण उपकरण बन गई हैं। वे पहले से ही इस बात की पुष्टि करने के लिए उपयोग किए जाते हैं कि बड़े ब्लैक होल (BHs) - द्रव्यमान के साथ सूर्य के दस या अधिक बार और इन बड़े BH के विलय से, और भी बड़े BH बनते हैं, ब्रह्मांड में इतने दुर्लभ नहीं हैं। अक्टूबर 2017 में, इस टूल ने आगे छलांग लगाई ।

यह लंबे समय से ज्ञात है कि न्यूट्रॉन तारे (एनएस), सितारों के ढह चुके अवशेष, जो फट गए और सुपरनोवा बन गए, ब्रह्मांड में आम हैं। और लगभग उतना ही जाना जाता है कि एनजेड कभी-कभी जोड़े में जाते हैं। (इस प्रकार गुरुत्वाकर्षण तरंगों को पहली बार परोक्ष रूप से 1970 के दशक में खोजा गया था)। सितारे अक्सर जोड़े बनाते हैं, और कभी-कभी दोनों सितारे विस्फोट करते हैं और सुपरनोवा बन जाते हैं, और एनएस के रूप में उनके अवशेष एक-दूसरे के चारों ओर घूमते हैं। आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार, तारों की एक जोड़ी को धीरे-धीरे ऊर्जा खोनी चाहिए, गुरुत्वाकर्षण तरंगों को अंतरिक्ष में और धीरे-धीरे उत्सर्जित करना चाहिए, लेकिन निश्चित रूप से, इन दो वस्तुओं को एक दूसरे के ऊपर एक सर्पिल में गिरना चाहिए। परिणामस्वरूप, लाखों या अरबों वर्षों के बाद, वे बड़े एनजेड या बीएच में टकराते हैं और विलय होते हैं। इस टकराव के परिणामस्वरूप, दो घटनाएं होती हैं।

1. प्रकाश का एक बहुत उज्ज्वल फ्लैश उत्पन्न होता है - विद्युत चुम्बकीय तरंगें - जिनके विवरण हम केवल अनुमान लगा सकते हैं। इनमें से कुछ तरंगें प्रकाश दिखाई देंगी, और उनमें से अधिकांश अदृश्य होंगी, उदाहरण के लिए, गामा विकिरण।
2. गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न होती हैं, जिनमें से विवरणों की गणना करना आसान होता है, जिसके कारण उन्हें प्रतिष्ठित किया जा सकता है, लेकिन जब तक LIGO और VIRGO ने डेटा एकत्र करना शुरू नहीं किया, तब तक पता नहीं लगाया जा सकता है: पिछले कुछ वर्षों से LIGO और पिछले कुछ महीनों से VIRGO।

यह संभव है कि हमने पहले ही दोनों एनएस के विलय का प्रकाश देख लिया हो, लेकिन किसी को भी इस पर यकीन नहीं हो सकता है। क्या यह अच्छा नहीं होगा यदि हम एनएस के विलय से निकलने वाली गुरुत्वाकर्षण तरंगों और विद्युत चुम्बकीय तरंगों को देख सकें? यह वैसा ही होगा जैसे कि आप एक आतशबाज़ी देखते हैं और एक विस्फोट सुनते हैं - एक ही समय में देखने और सुनने के लिए अलग से बेहतर है, प्रत्येक संकेत दूसरे को स्पष्ट करता है। (चेतावनी: वैज्ञानिक अक्सर कहते हैं कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाना एक अफवाह की तरह है। यह सिर्फ एक सादृश्य है, और बहुत दूर है। वे ध्वनिक तरंगों की तरह बिल्कुल नहीं हैं जो हम अपने कानों से सुनते हैं, कई कारणों से - इसलिए, आपको सादृश्य लेने की आवश्यकता नहीं है)। यदि हम ऐसा कर सकते हैं और हम एनएस और उनके गुणों के बारे में पूरी तरह से नए ज्ञान प्राप्त कर पाएंगे।

और आखिरकार हमें पता चला कि ऐसा हुआ था। LIGO, पहले दो गुरुत्वाकर्षण वेधशालाओं के साथ, 17 अगस्त, 2017 को पृथ्वी से 130 मिलियन प्रकाश-वर्ष स्थित दो विलय एनएस से तरंगों की खोज की। (NS का विलय BH के विलय से बहुत अधिक समय तक रहता है, इसलिए उन्हें भेद करना आसान है; विशेष रूप से, यह विलय इतना (अपेक्षाकृत) करीब हुआ कि इसे लंबे समय तक देखा जा सकता है)। VIRGO, एक तीसरे डिटेक्टर के साथ, वैज्ञानिकों को विलय की अनुमति देता है और मोटे तौर पर विलय के स्थान का निर्धारण करता है। उन्हें एक बहुत कमजोर संकेत मिला, लेकिन यह बेहद महत्वपूर्ण निकला, क्योंकि उन्होंने वैज्ञानिकों को सूचित किया कि विलय आकाश के एक छोटे से क्षेत्र में हुआ जिसमें वीआईआरजीओ का एक अंधा स्थान है। और इससे वैज्ञानिक समझ गए कि कहां देखना है।

विलय को एक मिनट से अधिक समय तक देखा गया था - इसकी तुलना BH के साथ की जा सकती है, जिसका विलय एक सेकंड से भी कम समय में होता है। लेकिन यह अभी भी पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है कि अंत में क्या हुआ! क्या NS ने एक और NS या BH का विलय किया है? यह अभी तक स्पष्ट नहीं है।

लगभग उसी समय जब गुरुत्वाकर्षण तरंगें अधिकतम पहुंच गईं, FERMI परियोजना से वैज्ञानिकों की एक और टीम ने गामा किरणों की एक फ्लैश दर्ज की - उच्च आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय तरंगें। FERMI प्रतिदिन ब्रह्मांड के दूर के छोर से आने वाले गामा विकिरण का अवलोकन करता है, और दो सेकंड का गामा-किरण फट असामान्य नहीं था। इसे गामा किरणों, INTEGRAL के साथ एक अन्य प्रयोग द्वारा खोजा गया था। टीमों ने कुछ ही मिनटों में सूचनाओं का आदान-प्रदान किया। FERMI और INTEGRAL गामा किरण डिटेक्टर आकाश के क्षेत्र को काफी हद तक निर्धारित कर सकते हैं जहां ये गामा किरणें आती हैं, और LIGO / VIRGO मिलकर केवल एक अनुमानित क्षेत्र देते हैं। लेकिन वैज्ञानिकों ने इन साइटों के ओवरलैप को देखा, और सबूत असंगत थे। इसलिए खगोल विज्ञान ने एक नए, लंबे समय से प्रतीक्षित चरण में प्रवेश किया।

केवल यह अपने आप में पहले से ही एक बड़ी खोज थी। गामा किरणों की संक्षिप्त चमक ने वर्षों से वैज्ञानिकों पर कब्जा कर लिया है। उनकी उत्पत्ति के बारे में सबसे अच्छे अनुमानों में से एक NZ के विलय की धारणा थी। अब पहेली हल हो गई है - यह धारणा, जाहिर है, उचित ठहराया गया है। (क्या होगा अगर नहीं? पता चला गामा किरणें अप्रत्याशित रूप से कमजोर थीं, इसलिए सवाल अभी भी बने हुए हैं)।

इसके अलावा, तथ्य यह है कि ये संकेत एक दूसरे से कुछ सेकंड के अंतराल के साथ आए थे, उनके बाद, उसी स्रोत को छोड़कर, एक ऐसा रास्ता तय किया, जिसने उन्हें 100 मिलियन से अधिक वर्षों तक ले लिया, यह पुष्टि करता है कि प्रकाश की गति और गुरुत्वाकर्षण की गति तरंगें समान हैं - और वे दोनों ब्रह्मांडीय वेग सीमा के बराबर हैं, सटीक रूप से आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत की भविष्यवाणियों के अनुसार।

फिर इन टीमों ने अपने साथी खगोलविदों को जल्दी से अपने टेलीस्कोप को उस क्षेत्र तक निर्देशित करने की आवश्यकता के बारे में बताया जहां स्रोत होना चाहिए। दुनिया भर और अंतरिक्ष से, दूरबीनों के दर्जनों, विद्युत चुम्बकीय तरंगों के साथ-साथ आवृत्तियों के व्यापक प्रसार के लिए खोजे गए, लगभग सही दिशा में निर्देशित किए गए, और कुछ असामान्य की तलाश में आकाश को स्कैन किया। (समस्याओं में से एक यह था कि वांछित वस्तु सूर्य के करीब आकाश में थी, इसलिए यह केवल अंधेरे में और हर रात केवल एक घंटे में देखा जा सकता था)। और प्रकाश की खोज की गई थी! सभी आवृत्तियों पर! ऑब्जेक्ट बहुत उज्ज्वल निकला, जिससे आकाशगंगा का विलय करना बहुत आसान हो गया जिसमें विलय हुआ। गामा किरणों, पराबैंगनी प्रकाश, अवरक्त प्रकाश, एक्स-रे और रेडियो रेंज में उज्ज्वल प्रकाश दिखाई दे रहा था। (इस बार, न्यूट्रिनो, ऐसे कण जो दूर के विस्फोटों का निरीक्षण करने के लिए एक और तरीके के रूप में इस्तेमाल किए जा सकते हैं, पता नहीं चला)।

और इतनी जानकारी के साथ आप इतना पता लगा सकते हैं!

सबसे महत्वपूर्ण बात, शायद, यह है: उन कानूनों से जो प्रकाश स्पेक्ट्रम में मौजूद हैं, परिकल्पना की पुष्टि की जाती है कि न्यूट्रॉन स्टार फ्यूजन महत्वपूर्ण हैं, संभवतः कई भारी रासायनिक तत्वों - आयोडीन, इरिडियम, सीज़ियम, सोना, प्लैटिनम, और इतने पर की उपस्थिति के प्रमुख स्रोत हैं - इस तरह के टकरावों में उच्च तापमान पर उत्पन्न होता है। सबसे संभावित स्रोत को उसी सुपरनोवा के रूप में माना जाता था जो एनएस बनाता है। लेकिन अब, जाहिरा तौर पर, यह निकला कि एनजेड के जीवन में दूसरा चरण - विलय, जन्म नहीं - बस उतना ही महत्वपूर्ण है। यह आश्चर्यजनक है क्योंकि NS विलय सुपरनोवा विस्फोटों की तुलना में बहुत कम आम है। हमारी आकाशगंगा में, मिल्की वे सुपरनोवा हर सौ साल में एक बार भड़कती है, लेकिन एनएस विलय में इस तरह के "किलोन" की उपस्थिति के बीच दसियों सहस्राब्दी बीत जाती है।

यदि इस समाचार में कुछ निराशाजनक है, तो यह है: इन प्रयोगों में देखा गया लगभग सब कुछ पहले से ही अनुमानित था। कभी-कभी यह अधिक महत्वपूर्ण और अधिक उपयोगी होता है यदि आपकी भविष्यवाणियां पूरी तरह से उचित नहीं हैं, क्योंकि तब आप समझते हैं कि आपको अभी भी कितना पता लगाना है। जाहिर है, गुरुत्वाकर्षण, एनएस, उनके विलय की हमारी समझ, इन विलय में उत्पन्न होने वाले विद्युत चुम्बकीय विकिरण के सभी प्रकार के स्रोत, जितना आप सोच सकते हैं, उससे बहुत बेहतर है। लेकिन, सौभाग्य से, कई नई पहेलियाँ हैं। एक्स-रे देर से होते हैं; गामा किरणें कमजोर थीं - हम जल्द ही इसके बारे में और जानेंगे, क्योंकि नासा एक नया सम्मेलन आयोजित करने वाला है।



सम्मेलन के कुछ विषय:

• एनएस के इनसाइट्स पर नई जानकारी प्राप्त की गई, जिससे यह प्रभावित हुआ कि वे कितने बड़े हो सकते हैं और वास्तव में कैसे विलीन हो सकते हैं।
• दूर की आकाशगंगा के पीछे स्थित दृश्य प्रकाश में गुरुत्वाकर्षण तरंगों के स्रोत की पहली छवि, स्वेप टेलीस्कोप का उपयोग करके प्राप्त की गई थी। आकाशगंगा का केंद्र प्रकाश का एक चक्र है, और तीर विस्फोट की जगह का संकेत देते हैं।
• किलोन विस्फोट की सैद्धांतिक गणना से संकेत मिलता है कि विस्फोट के टुकड़े दृश्यमान प्रकाश को काफी तेज़ी से रोकना चाहिए, इसलिए विस्फोट जल्दी ही दृश्य प्रकाश में फीका हो जाता है - लेकिन अवरक्त प्रकाश बहुत लंबे समय तक रहता है। दृश्य और अवरक्त श्रेणियों में दूरबीनों के अवलोकन सिद्धांत के इस पहलू की पुष्टि करते हैं; यह सबूत ऊपर की तस्वीर में देखा जा सकता है, जहां चार दिनों के बाद उज्ज्वल स्थान बहुत धुंधला और बहुत अधिक लाल हो गया है।
• आकलन: इस विस्फोट में पैदा हुए सोने और प्लैटिनम का कुल द्रव्यमान पृथ्वी के द्रव्यमान से बहुत अधिक है।
• रेटिंग: ये न्यूट्रॉन तारे लगभग 10 बिलियन साल पहले बने थे। वे ब्रह्मांड के इतिहास के एक-दूसरे के चारों ओर घूमते रहे, और 130 मिलियन साल पहले ही अपना अस्तित्व समाप्त कर दिया, जिसने हाल ही में खोजे गए विस्फोट को जन्म दिया।
• एक बड़ा रहस्य: पिछली सभी गामा-किरणें फट गईं जिन्हें हमने पराबैंगनी और एक्स-रे में गामा के रूप में उसी तरह दर्ज किया। लेकिन इस बार, एक्स-रे दिखाई नहीं दिए, कम से कम तुरंत नहीं। यह एक बड़ा आश्चर्य था। चंद्रा दूरबीन को एक्स-रे का पता लगाने में 9 दिन लगे जो किसी भी अन्य दूरबीन के लिए बहुत कम थे। क्या इसका मतलब यह है कि दो एनएस ने बीएच बनाया, जिसने तब एक जेट ( सापेक्ष धारा ) का निर्माण किया, जो सीधे तौर पर हमें निर्देशित नहीं करता और अंतर-तारा अंतरिक्ष में मामले को उजागर करता है? ऐसा अवसर 20 साल पहले प्रस्तावित किया गया था, लेकिन इसके पक्ष में कुछ सबूत पहली बार प्राप्त हुए थे।
• एक और आश्चर्य की बात: रेडियो तरंगों को खोलने में 16 दिन लगे, और उन्होंने उन्हें मौजूदा रेडियो दूरबीनों के सबसे शक्तिशाली, वेरी लार्ज रेले के साथ खोला। तब से, रेडियो उत्सर्जन चमक बढ़ाता है! यह, एक्स-रे के मामले में, एक जेट के विचार का समर्थन करता है जो हमसे दूर है।
• इस बिंदु तक, हमने इस गामा-किरण फ्लैश की तरह कुछ भी नहीं देखा है - या, अधिक सटीक रूप से, इसे नहीं पहचाना। जब गामा किरणों में एक एक्स-रे घटक नहीं होता है जो लगभग तुरंत दिखाई देता है, तो यह सिर्फ अजीब और थोड़ा रहस्यमय लगता है। सबसे अधिक चमक की तुलना में इसका निरीक्षण करना अधिक कठिन है, क्योंकि अगर जेट सीधे हमें नहीं देखता है, तो इसका आफ्टरग्लो जल्दी गायब हो जाता है। इसके अलावा, अगर जेट हमें देखता है, तो यह इतना उज्ज्वल निकलता है कि यह हमें अंधा कर देता है और हमें किलोन के गुणों के विवरण को पहचानने की अनुमति नहीं देता है। लेकिन इस बार, LIGO / VIRGO ने वैज्ञानिकों से कहा: "हाँ, यह NS का एक संलयन है", जिसने सभी विद्युत चुम्बकीय आवृत्तियों पर एक विस्तृत अध्ययन किया, जिसमें गामा किरणों और रेडियो उत्सर्जन के एक मरीज के बहु-दिवसीय अध्ययन शामिल हैं। अन्य मामलों में, ये अवलोकन शुरू होने के कुछ समय बाद ही समाप्त हो जाएंगे, और पूरी कहानी की सही व्याख्या नहीं की जा सकती है।