बिग बँग – एक AI-व्युत्पन्न प्रतिमा. युनिव्हर्सची सुरुवातीची टाइमलाइन खगोलशास्त्रज्ञ जुने सिग्नल कसे शोधतात याचा पाठलाग करत आहेत सिग्नल वैज्ञानिक.

चित्र: जेम्स वेब टेलिस्कोप 13-अब्ज-वर्षे जुने सिग्नल 13. 8 अब्ज वर्षांनंतर काय प्रकट करते, बिग बँग दूर का नाहीसा झाला? लौकिक उत्पत्तीच्या शोधात पुढे काय येते याची कल्पना करा की आपल्या आकाशगंगा अस्तित्वात येण्यापूर्वीच त्याचा प्रवास सुरू झालेला आवाज ऐकू येतो. खगोलशास्त्रज्ञ आता तेच करत आहेत.

ते अस्पष्ट सिग्नल उचलत आहेत ज्यांनी पृथ्वीवर पोहोचण्यासाठी 13 अब्ज वर्षांहून अधिक काळ प्रवास केला आहे. हे संकेत त्या काळापासून आले आहेत जेव्हा विश्व अजून लहान होते, आकाशगंगा आकार घेण्याच्या खूप आधी.

हे विश्वाची सर्वात जुनी डायरीची पाने वाचण्यासारखे आहे. खोदकाम किंवा जीवाश्मांद्वारे नव्हे, तर महास्फोटानंतर मागे राहिलेल्या अत्यंत कमकुवत रेडिओ आणि मायक्रोवेव्ह सिग्नलचा अभ्यास करून.

महास्फोटानंतर अब्जावधी वर्षांनी आकाशगंगा एकत्र आली. परंतु आज आपल्याला आढळलेल्या काही प्रकाश आणि रेडिओ लहरी विश्वाच्या पहिल्या अब्ज वर्षांमध्ये उत्सर्जित झाल्या होत्या. हे सिग्नल्स तेव्हापासून प्रवास करत आहेत, अंतराळाच्या विस्तारामुळे हळूहळू ताणले गेले, शेवटी ते आमच्या दुर्बिणीपर्यंत पोहोचले.

दुर्मिळ कामगिरीमध्ये, CLASS (कॉस्मोलॉजी लार्ज अँगुलर स्केल सर्वेयर) प्रकल्पातील खगोलभौतिकशास्त्रज्ञांनी चिलीच्या अँडीज पर्वतरांगांमध्ये पृथ्वी-आधारित दुर्बिणींचा वापर करून कॉस्मिक डॉनमधून 13-अब्ज वर्ष जुना मायक्रोवेव्ह सिग्नल शोधला आहे. यूएस नॅशनल सायन्स फाऊंडेशनने निधी दिला, जॉन्स हॉपकिन्स युनिव्हर्सिटीचे प्राध्यापक टोबियास मॅरेज यांच्या नेतृत्वाखालील या टीमने, अस्पष्ट ध्रुवीकृत मायक्रोवेव्ह कॅप्चर केले जे प्रकट करतात की पहिल्या कॉस्मिक स्ट्रक्चर्सने बिग बँगपासून उरलेल्या प्रकाशावर कसा प्रभाव टाकला.

केवळ अंतराळ दुर्बिणीच हे साध्य करू शकतील या पूर्वीच्या गृहितकांना नकार देत, जमिनीवरून अशा प्रकारचे सिग्नल सापडण्याची ही पहिलीच वेळ आहे. महास्फोटानंतर, विश्व उष्ण आणि दाट होते. जसजसे ते थंड होते तसतसे कण तटस्थ अणू तयार करण्यासाठी एकत्र जोडले गेले.

सुमारे 380,000 वर्षांनंतर, प्रकाश शेवटी मुक्तपणे फिरू शकला. हा प्रकाश आजही कॉस्मिक मायक्रोवेव्ह पार्श्वभूमी म्हणून अस्तित्वात आहे. त्यानंतर दीर्घ काळोखाचा काळ आला.

तेथे कोणतेही तारे, आकाशगंगा आणि दृश्यमान प्रकाश नव्हता. या टप्प्याला कॉस्मिक डार्क एज म्हणतात. महास्फोटानंतर सुमारे 50 दशलक्ष आणि एक अब्ज वर्षांच्या दरम्यान, पहिले तारे आणि आकाशगंगा तयार होऊ लागल्या.

शास्त्रज्ञ या कालावधीला कॉस्मिक डॉन म्हणतात. या काळातील सिग्नल विशेषतः मौल्यवान आहेत कारण ते दर्शवतात की विश्व अंधारातून प्रकाशाकडे कसे गेले.

लोकसंख्या III तारे म्हणून ओळखले जाणारे, सुरुवातीचे तारे प्रचंड मोठे होते, जवळजवळ संपूर्णपणे हायड्रोजन आणि हेलियमचे बनलेले होते आणि ते लवकर जळून गेले. त्यांच्या अल्ट्राव्हायोलेट किरणोत्सर्गामुळे हायड्रोजन वायूभोवती आयनीकरण होते, ज्यामुळे प्रकाश मुक्तपणे प्रवास करू शकतो आणि विश्वाचे अंधारातून प्रकाशाकडे संक्रमण चिन्हांकित करतो.

ऑस्ट्रेलियातील पर्थ येथील इंटरनॅशनल सेंटर फॉर रेडिओ ॲस्ट्रॉनॉमी रिसर्चच्या संशोधन शास्त्रज्ञाने लाइव्ह सायन्सला सांगितले की, “हा आपल्या विश्वातील सर्वात अनपेक्षित कालावधींपैकी एक आहे.” ” शिकण्यासारखे खूप आहे.

“सुरुवातीच्या विश्वातील एक महत्त्वाचा संकेत हायड्रोजनपासून मिळतो. महास्फोटानंतर हायड्रोजनने बहुतेक जागा भरली.

तटस्थ हायड्रोजन नैसर्गिकरित्या 21-सेंटीमीटर लाइन म्हणून ओळखले जाणारे कमकुवत रेडिओ सिग्नल तयार करते. या सिग्नलचा मागोवा घेऊन, शास्त्रज्ञ हे शिकू शकतात की अब्जावधी वर्षांपूर्वी हायड्रोजन कसे वागले आणि पहिले तारे आणि कृष्णविवरांवर त्याचा कसा परिणाम झाला. जसजसे विश्वाचा विस्तार होत गेला तसतसा हा सिग्नल लांब तरंगलांबीपर्यंत पसरला गेला.

त्याचे ध्रुवीकरण, म्हणजे लाटा विशिष्ट दिशानिर्देशांमध्ये संरेखित होतात, सुरुवातीच्या पदार्थाचे वितरण आणि गती प्रकट करू शकतात, ज्यामुळे विश्वाच्या मोठ्या आकाराच्या संरचनेचा नकाशा उपलब्ध होतो. हे ध्रुवीकरण हे वैश्विक उत्क्रांती समजून घेण्यासाठी एक प्रमुख साधन बनवते. दूरच्या आकाशगंगेतील प्रकाशाच्या विपरीत, ज्याला पाहणे खूप कठीण असते, हायड्रोजन सिग्नल एक मोठी कथा सांगते.

हे केवळ तेजस्वी वस्तू अस्तित्वात नसून, अवकाशातील प्रचंड प्रदेशांमध्ये काय घडत होते ते दाखवते. हे प्राचीन मायक्रोवेव्ह केवळ बेहोशच नाहीत तर ध्रुवीकृत देखील आहेत – म्हणजे त्यांच्या लाटा सुरुवातीच्या पदार्थांशी परस्परसंवादामुळे विशिष्ट दिशेने संरेखित होतात. त्यांना पृथ्वीवरून शोधणे अत्यंत आव्हानात्मक आहे कारण ते पार्थिव रेडिओ आवाज, उपग्रह आणि वातावरणीय परिस्थितीमुळे सहजपणे बुडतात.

CLASS टीमने चिलीमधील उच्च-उंचीच्या साइट्सचा वापर करून, त्यांच्या डेटाचा नासाच्या WMAP आणि ESA च्या प्लँक सारख्या अंतराळ मोहिमांसह क्रॉस-रेफरंसिंग करून आणि वास्तविक कॉस्मिक सिग्नल वेगळे करण्यासाठी हस्तक्षेप काळजीपूर्वक फिल्टर करून या आव्हानांवर मात केली. REACH आणि भविष्यातील स्क्वेअर किलोमीटर ॲरे (SKA) सारखे प्रकल्प ही निरीक्षणे विस्तृत करण्यासाठी आणि संपूर्ण विश्वात समान सिग्नल शोधण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत.

जेव्हा पहिले तारे चालू झाले तेव्हा त्यांनी अल्ट्राव्हायोलेट आणि एक्स-रे रेडिएशन सोडले. यामुळे हायड्रोजनची वागणूक बदलली.

ते बदल 21-सेंटीमीटर सिग्नलमध्ये नोंदवले जातात. त्याची ताकद आणि नमुना यांचा अभ्यास करून, शास्त्रज्ञ हे शोधू शकतात की पहिले तारे कधी तयार झाले आणि ते किती शक्तिशाली होते. जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप सारख्या दुर्बिणी सुरुवातीच्या आकाशगंगांमधून प्रकाश शोधतात.

परंतु या प्राचीन हायड्रोजन सिग्नलसाठी शास्त्रज्ञ रेडिओ दुर्बिणीवर अवलंबून असतात. रेडिओ निरीक्षणे ऑप्टिकल आणि इन्फ्रारेड अभ्यासांना पूरक आहेत.

जेडब्लूएसटी प्रत्यक्ष आकाशगंगा आणि ताऱ्यांची निर्मिती दर्शविते, तर रेडिओ सिग्नल आसपासच्या वायूची स्थिती आणि मोठ्या प्रमाणात संरचना दर्शवतात. एकत्रितपणे, ते सुरुवातीच्या विश्वाचे संपूर्ण चित्र देतात. हे प्राचीन सिग्नल अत्यंत कमकुवत आहेत, पृथ्वी, उपग्रह आणि आपल्या स्वतःच्या आकाशगंगेच्या रेडिओ आवाजाखाली सहजपणे दबले जातात.

म्हणूनच शास्त्रज्ञांना अत्यंत संवेदनशील उपकरणे आणि दुर्गम ठिकाणांची गरज असते. भविष्यातील वेधशाळा चंद्रावर देखील ठेवल्या जाऊ शकतात, जेथे पृथ्वीचा हस्तक्षेप अवरोधित आहे.

JWST ला विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळात आश्चर्यकारकपणे परिपक्व आणि गोंधळलेल्या आकाशगंगा सापडल्या आहेत. रेडिओ मोजमापांसह JWST डेटा एकत्रित केल्याने शास्त्रज्ञांना वातावरण आणि आकाशगंगा या दोन्ही गोष्टी समजून घेता येतात. चिलीमधील ग्राउंड-आधारित दुर्बिणीच्या अलीकडील निरीक्षणांनी सुमारे 13 अब्ज वर्षांपूर्वीचे सिग्नल घेतले आहेत.

हे संकेत सूचित करतात की कॉस्मिक डॉन दरम्यान हायड्रोजन गॅस आधीच ऊर्जावान किरणोत्सर्गामुळे प्रभावित होत आहे. हे दर्शविते की ताऱ्यांचा त्यांच्या सभोवतालचा प्रभाव पूर्वीच्या विचारापेक्षा खूप लवकर होता.

ध्रुवीकरण आणि 21-सेमी सिग्नल पॅटर्नचे परीक्षण करून, संशोधक तारा निर्मिती दर, तारेचे आकार आणि सुरुवातीच्या ताराप्रकाशाच्या तीव्रतेचा अंदाज लावू शकतात. पूर्वीचे तारे आज आपण पाहतो त्यासारखे नव्हते.

ते हायड्रोजन आणि हेलियमपासून तयार झाले, जवळजवळ कोणतेही जड घटक नाहीत. शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास आहे की हे तारे खूप मोठे होते आणि लवकर जळून गेले.

निरीक्षणे असेही सूचित करतात की सुरुवातीच्या आकाशगंगा वेगाने तयार झाल्या आणि अपेक्षेपेक्षा जास्त गोंधळलेल्या होत्या. हे क्रमिक रचना तयार करण्याबद्दलच्या जुन्या कल्पनांना आव्हान देते आणि पदार्थ इतक्या लवकर कसे एकत्र झाले याबद्दल प्रश्न निर्माण करतात. नवीन शोध असूनही, अनेक गोष्टी अस्पष्ट राहतात.

शास्त्रज्ञांना अजूनही हे जाणून घ्यायचे आहे की पहिले तारे नेमके केव्हा तयार झाले, ते किती विशाल होते आणि आकाशगंगा किती लवकर वाढल्या. कृष्णविवरांनी त्यांच्या सभोवतालचा परिसर आणि आंतरगॅलेक्टिक माध्यम कसे तयार केले हे समजून घेणे देखील त्यांचे लक्ष्य आहे. SKA, REACH, आणि चंद्रावर आधारित वेधशाळा यांसारखी भविष्यातील साधने शेवटी या रहस्यांचे निराकरण करू शकतात.

विश्वाच्या पहिल्या अब्ज वर्षांबद्दल शिकणे शास्त्रज्ञांना सर्वकाही कसे झाले हे समजण्यास मदत करते. हे पदार्थ, ऊर्जा आणि ब्रह्मांडाला आकार देणाऱ्या शक्तींबद्दल सिद्धांतांना सूचित करते. जरी आपण वेळेत परत जाऊ शकत नसलो तरीही, हे प्राचीन संकेत आपल्याला विश्वाचे सर्वात जुने अध्याय वाचण्याची परवानगी देतात.

ध्रुवीकृत मायक्रोवेव्हचे परीक्षण करून, शास्त्रज्ञ शोधून काढतात की सुरुवातीच्या तारे आणि आकाशगंगांनी त्यांच्या सभोवतालच्या परिसरावर कसा प्रभाव टाकला, मोठ्या प्रमाणात वैश्विक संरचनांना आकार दिला आणि आधुनिक आकाशगंगांचा पाया कसा घातला. ग्राउंड-आधारित तंत्रज्ञान आता केवळ अंतराळ दुर्बिणीनेच साध्य करू शकणारे शोध सक्षम करत आहे.

आकाशगंगेपेक्षा जुने सिग्नल शोधणे हे वैश्विक इतिहासाबद्दलचे आपले आकलन बदलत आहे. शक्तिशाली ऑप्टिकल टेलिस्कोपसह रेडिओ निरीक्षणे एकत्रित करून, शास्त्रज्ञ हळूहळू विश्वाच्या सुरुवातीच्या दिवसांचे स्पष्ट चित्र तयार करत आहेत.

प्रत्येक नवीन सिग्नल अंधाराने प्रकाश कसा मिळवला आणि आज आपण ज्या विश्वात राहतो ते प्रथम कसे आकार घेऊ लागले या कथेत आणखी एक भाग जोडतो. पुढील दशके कॉस्मिक डॉन, त्याचे तारे, आकाशगंगा आणि ब्रह्मांडाच्या उत्पत्तीबद्दल आणखी प्रकटीकरणाचे वचन देतात.