बिग बैंग – एक एआई-जनित छवि। ब्रह्मांड की प्रारंभिक समयरेखा वैज्ञानिक इस संकेत का पीछा कर रहे हैं कि खगोलशास्त्री पुराने संकेतों का पता कैसे लगाते हैं।

चित्र: जेम्स वेब टेलीस्कोप 13 अरब वर्ष पुराने सिग्नल से क्या पता चलता है 13. 8 अरब वर्षों के बाद, बिग बैंग फीका क्यों नहीं पड़ा? ब्रह्मांडीय उत्पत्ति की खोज में आगे क्या आता है, एक ऐसी ध्वनि सुनने की कल्पना करें जिसने हमारी आकाशगंगा के अस्तित्व में आने से पहले ही अपनी यात्रा शुरू कर दी थी। खगोलशास्त्री अब यही कर रहे हैं।

वे धुंधले संकेतों को पकड़ रहे हैं जो पृथ्वी तक पहुंचने के लिए 13 अरब से अधिक वर्षों की यात्रा कर चुके हैं। ये संकेत उस समय से आते हैं जब ब्रह्मांड अभी भी बहुत छोटा था, आकाशगंगा के आकार लेने से बहुत पहले।

यह ब्रह्मांड की शुरुआती डायरी के पन्नों को पढ़ने जैसा है। खुदाई या जीवाश्मों के माध्यम से नहीं, बल्कि बिग बैंग के बाद छोड़े गए बहुत कमजोर रेडियो और माइक्रोवेव संकेतों का अध्ययन करके।

बिग बैंग के अरबों साल बाद आकाशगंगा एक साथ आई। लेकिन आज हम जिन कुछ प्रकाश और रेडियो तरंगों का पता लगाते हैं, वे ब्रह्मांड के पहले अरब वर्षों के दौरान उत्सर्जित हुई थीं। ये सिग्नल तब से यात्रा कर रहे हैं, अंतरिक्ष के विस्तार से धीरे-धीरे फैलते हुए, जब तक कि वे अंततः हमारी दूरबीनों तक नहीं पहुंच गए।

एक दुर्लभ उपलब्धि में, क्लास (कॉस्मोलॉजी लार्ज एंगुलर स्केल सर्वेयर) परियोजना के खगोल भौतिकीविदों ने चिली के एंडीज़ पहाड़ों में पृथ्वी-आधारित दूरबीनों का उपयोग करके कॉस्मिक डॉन से 13 अरब साल पुराने माइक्रोवेव सिग्नल का पता लगाया है। यूएस नेशनल साइंस फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित, जॉन्स हॉपकिन्स विश्वविद्यालय के प्रोफेसर टोबियास मैरिज के नेतृत्व में इस टीम ने कमजोर ध्रुवीकृत माइक्रोवेव पर कब्जा कर लिया, जिससे पता चलता है कि पहली ब्रह्मांडीय संरचनाओं ने बिग बैंग से बचे प्रकाश को कैसे प्रभावित किया।

यह पहली बार है कि जमीन से इस तरह के संकेत का पता चला है, जो पहले की धारणाओं को खारिज करता है कि केवल अंतरिक्ष दूरबीन ही इसे प्राप्त कर सकते हैं। बिग बैंग के ठीक बाद, ब्रह्मांड गर्म और घना था। जैसे ही यह ठंडा हुआ, कण आपस में जुड़कर तटस्थ परमाणु बनाने लगे।

लगभग 380,000 साल बाद, प्रकाश अंततः स्वतंत्र रूप से घूम सका। यह प्रकाश आज भी ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि के रूप में मौजूद है। उसके बाद एक लम्बा अंधकारमय काल आया।

वहाँ कोई तारे नहीं थे, कोई आकाशगंगाएँ नहीं थीं, और कोई दृश्य प्रकाश नहीं था। इस चरण को ब्रह्मांडीय अंधकार युग कहा जाता है। बिग बैंग के लगभग 50 मिलियन से एक अरब वर्षों के बीच, पहले तारे और आकाशगंगाएँ बनना शुरू हुईं।

वैज्ञानिक इस अवधि को कॉस्मिक डॉन कहते हैं। इस समय के संकेत विशेष रूप से मूल्यवान हैं क्योंकि वे दिखाते हैं कि ब्रह्मांड अंधकार से प्रकाश की ओर कैसे चला गया।

जनसंख्या III सितारों के रूप में जाना जाता है, प्रारंभिक सितारे विशाल थे, लगभग पूरी तरह से हाइड्रोजन और हीलियम से बने थे, और जल्दी से जल गए। उनके पराबैंगनी विकिरण ने आसपास की हाइड्रोजन गैस को आयनित कर दिया, जिससे प्रकाश को स्वतंत्र रूप से यात्रा करने की अनुमति मिली और ब्रह्मांड के अंधेरे से प्रकाश में संक्रमण को चिह्नित किया गया।

ऑस्ट्रेलिया के पर्थ में इंटरनेशनल सेंटर फॉर रेडियो एस्ट्रोनॉमी रिसर्च के एक शोध वैज्ञानिक ने लाइव साइंस को बताया, “यह हमारे ब्रह्मांड में सबसे अज्ञात अवधियों में से एक है।” “सीखने के लिए अभी बहुत कुछ है।

“प्रारंभिक ब्रह्मांड से सबसे महत्वपूर्ण सुरागों में से एक हाइड्रोजन से मिलता है। बिग बैंग के बाद अधिकांश जगह हाइड्रोजन से भर गई।

तटस्थ हाइड्रोजन स्वाभाविक रूप से एक कमजोर रेडियो सिग्नल उत्पन्न करता है जिसे 21-सेंटीमीटर लाइन के रूप में जाना जाता है। इस सिग्नल को ट्रैक करके, वैज्ञानिक यह जान सकते हैं कि अरबों साल पहले हाइड्रोजन का व्यवहार कैसा था और पहले तारों और ब्लैक होल ने इसे कैसे प्रभावित किया था। जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार हुआ, यह संकेत लंबी तरंग दैर्ध्य तक फैल गया।

इसका ध्रुवीकरण, जिसका अर्थ है कि तरंगें विशिष्ट दिशाओं में संरेखित होती हैं, प्रारंभिक पदार्थ के वितरण और गति को प्रकट कर सकती हैं, जो ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना का नक्शा प्रदान करती है। यह ब्रह्मांडीय विकास को समझने के लिए ध्रुवीकरण को एक महत्वपूर्ण उपकरण बनाता है। दूर की आकाशगंगाओं से आने वाले प्रकाश के विपरीत, जिसे देखना बहुत कठिन हो सकता है, हाइड्रोजन सिग्नल एक बड़ी कहानी बताता है।

यह दिखाता है कि अंतरिक्ष के विशाल क्षेत्रों में क्या हो रहा था, न कि केवल जहां चमकीली वस्तुएं मौजूद थीं। ये प्राचीन माइक्रोवेव न केवल फीके हैं, बल्कि ध्रुवीकृत भी हैं – जिसका अर्थ है कि प्रारंभिक पदार्थ के साथ बातचीत के कारण उनकी तरंगें विशिष्ट दिशाओं में संरेखित होती हैं। पृथ्वी से उनका पता लगाना बेहद चुनौतीपूर्ण है क्योंकि वे स्थलीय रेडियो शोर, उपग्रहों और वायुमंडलीय स्थितियों से आसानी से गायब हो जाते हैं।

क्लास टीम ने चिली में उच्च-ऊंचाई वाली साइटों का उपयोग करके, नासा के डब्लूएमएपी और ईएसए के प्लैंक जैसे अंतरिक्ष मिशनों के साथ अपने डेटा को क्रॉस-रेफरेंस करके और वास्तविक ब्रह्मांडीय सिग्नल को अलग करने के लिए हस्तक्षेप को सावधानीपूर्वक फ़िल्टर करके इन चुनौतियों पर काबू पा लिया। REACH और भविष्य के स्क्वायर किलोमीटर एरे (SKA) जैसी परियोजनाएं इन अवलोकनों का विस्तार करने और ब्रह्मांड में समान संकेतों का पता लगाने के लिए डिज़ाइन की गई हैं।

जब पहले तारे चालू हुए, तो उन्होंने पराबैंगनी और एक्स-रे विकिरण छोड़ा। इससे हाइड्रोजन का व्यवहार बदल गया।

वे परिवर्तन 21-सेंटीमीटर सिग्नल में दर्ज किए जाते हैं। इसकी ताकत और पैटर्न का अध्ययन करके वैज्ञानिक यह पता लगा सकते हैं कि पहले तारे कब बने और वे कितने शक्तिशाली थे। जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप जैसे टेलीस्कोप प्रारंभिक आकाशगंगाओं से प्रकाश की तलाश करते हैं।

लेकिन इन प्राचीन हाइड्रोजन संकेतों के लिए वैज्ञानिक रेडियो दूरबीनों पर भरोसा करते हैं। रेडियो अवलोकन ऑप्टिकल और अवरक्त अध्ययन के पूरक हैं।

जबकि JWST वास्तविक आकाशगंगाओं और तारों के निर्माण को दर्शाता है, रेडियो सिग्नल आसपास की गैस और बड़े पैमाने की संरचनाओं की स्थिति को प्रकट करते हैं। साथ में, वे प्रारंभिक ब्रह्मांड की पूरी तस्वीर देते हैं। ये प्राचीन सिग्नल बेहद कमज़ोर हैं और आसानी से पृथ्वी, उपग्रहों और हमारी अपनी आकाशगंगा के रेडियो शोर के नीचे दब जाते हैं।

इसीलिए वैज्ञानिकों को बहुत संवेदनशील उपकरणों और दूरस्थ स्थानों की आवश्यकता होती है। भविष्य की वेधशालाएं चंद्रमा पर भी स्थापित की जा सकती हैं, जहां पृथ्वी का हस्तक्षेप अवरुद्ध है।

JWST ने पहले ही ब्रह्मांड के प्रारंभिक वर्षों से आश्चर्यजनक रूप से परिपक्व और अराजक आकाशगंगाओं को ढूंढ लिया है। JWST डेटा को रेडियो माप के साथ संयोजित करने से वैज्ञानिकों को पर्यावरण और आकाशगंगाओं दोनों को समझने में मदद मिलती है। चिली में ज़मीन पर स्थित दूरबीनों के हालिया अवलोकन से लगभग 13 अरब वर्ष पुराने संकेत मिले हैं।

ये संकेत बताते हैं कि कॉस्मिक डॉन के दौरान हाइड्रोजन गैस पहले से ही ऊर्जावान विकिरण से प्रभावित हो रही थी। इससे पता चलता है कि सितारों ने अपने परिवेश को पहले की सोच से कहीं पहले प्रभावित किया।

ध्रुवीकरण और 21-सेमी सिग्नल पैटर्न की जांच करके, शोधकर्ता स्टार गठन दर, स्टार आकार और प्रारंभिक स्टारलाइट की तीव्रता का अनुमान लगा सकते हैं। आरंभिक तारे वैसे नहीं थे जैसे हम आज देखते हैं।

वे हाइड्रोजन और हीलियम से बने हैं, जिनमें लगभग कोई भारी तत्व नहीं हैं। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि ये तारे बहुत बड़े थे और जल्दी ही जलकर नष्ट हो गये।

अवलोकनों से यह भी संकेत मिलता है कि प्रारंभिक आकाशगंगाएँ तेजी से बनीं और अपेक्षा से अधिक अव्यवस्थित थीं। यह क्रमिक संरचना निर्माण के बारे में पुराने विचारों को चुनौती देता है और सवाल उठाता है कि पदार्थ इतनी जल्दी एक साथ कैसे एकत्रित हो गए। नई-नई खोजों के बावजूद कई बातें अस्पष्ट बनी हुई हैं।

वैज्ञानिक अभी भी यह जानना चाहते हैं कि पहले तारे कब बने, वे कितने विशाल थे और आकाशगंगाएँ कितनी तेज़ी से बढ़ीं। उनका उद्देश्य यह भी समझना है कि शुरुआती ब्लैक होल ने अपने परिवेश और अंतरिक्ष माध्यम को कैसे आकार दिया। SKA, REACH और चंद्रमा-आधारित वेधशालाएँ जैसे भविष्य के उपकरण अंततः इन रहस्यों को सुलझा सकते हैं।

ब्रह्मांड के पहले अरब वर्षों के बारे में सीखने से वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद मिलती है कि सब कुछ कैसे हुआ। यह पदार्थ, ऊर्जा और ब्रह्मांड को आकार देने वाली शक्तियों के बारे में सिद्धांतों की जानकारी देता है। भले ही हम समय में पीछे नहीं जा सकते, ये प्राचीन संकेत हमें ब्रह्मांड के शुरुआती अध्यायों को पढ़ने की अनुमति देते हैं।

ध्रुवीकृत माइक्रोवेव की जांच करके, वैज्ञानिक यह पता लगाते हैं कि कैसे शुरुआती सितारों और आकाशगंगाओं ने अपने परिवेश को प्रभावित किया, बड़े पैमाने पर ब्रह्मांडीय संरचनाओं को आकार दिया और आधुनिक आकाशगंगाओं की नींव रखी। ग्राउंड-आधारित तकनीक अब उन खोजों को सक्षम कर रही है जो एक बार केवल अंतरिक्ष दूरबीन ही हासिल कर सकती थीं।

आकाशगंगा से भी पुराने संकेतों का पता लगाना ब्रह्मांडीय इतिहास की हमारी समझ को बदल रहा है। शक्तिशाली ऑप्टिकल दूरबीनों के साथ रेडियो अवलोकनों को जोड़कर, वैज्ञानिक धीरे-धीरे ब्रह्मांड के शुरुआती दिनों की एक स्पष्ट तस्वीर बना रहे हैं।

प्रत्येक नया संकेत इस कहानी में एक और अंश जोड़ता है कि कैसे अंधकार ने प्रकाश का मार्ग प्रशस्त किया, और जिस ब्रह्मांड में हम आज रहते हैं उसने सबसे पहले कैसे आकार लेना शुरू किया। अगले दशकों में कॉस्मिक डॉन, उसके सितारों, आकाशगंगाओं और ब्रह्मांड की उत्पत्ति के बारे में और भी अधिक खुलासे होने का वादा किया गया है।