गुरुत्वाकर्षण-तरंग पृष्ठभूमि (जीडब्ल्यूबी): प्रत्यक्ष जांच में एक सफलता

2015 में आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत द्वारा अपनी भविष्यवाणी की एक सदी के बाद 1916 में पहली बार गुरुत्वाकर्षण तरंग का प्रत्यक्ष रूप से पता चला था। लेकिन, निरंतर, कम आवृत्ति वाले गुरुत्वाकर्षण-तरंग पृष्ठभूमि (GWB) को पूरे ब्रह्मांड में मौजूद माना जाता है। अब तक सीधे तौर पर पता नहीं चला है। नॉर्थ अमेरिकन नैनोहर्ट्ज ऑब्जर्वेटरी फॉर ग्रेविटेशनल वेव्स (NANOGrav) के शोधकर्ताओं ने हाल ही में एक कम-आवृत्ति संकेत का पता लगाने की सूचना दी है जो 'गुरुत्वाकर्षण-लहर पृष्ठभूमि (GWB)' हो सकता है।   

1916 में आइंस्टीन द्वारा प्रतिपादित सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि प्रमुख ब्रह्मांडीय घटनाएं जैसे सुपरनोवा या काला छेद ब्रह्मांड के माध्यम से प्रचारित गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उत्पादन करना चाहिए। पृथ्वी को हर समय सभी दिशाओं से गुरुत्वाकर्षण तरंगों से लथपथ होना चाहिए, लेकिन इनका पता नहीं चलता है क्योंकि जब तक वे पृथ्वी पर पहुँचते हैं, तब तक वे बेहद कमजोर हो जाते हैं। गुरुत्वाकर्षण तरंगों का प्रत्यक्ष पता लगाने में लगभग एक सदी का समय लगा जब 2015 में LIGO-Virgo टीम पृथ्वी से 1.3 बिलियन प्रकाश-वर्ष की दूरी पर स्थित दो ब्लैक होल के विलय के कारण उत्पन्न गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने में सफल रही। ⁽¹⁾. इसका मतलब यह भी था कि खोजी गई तरंगें लगभग 1.3 अरब साल पहले हुई ब्रह्मांडीय घटना के बारे में जानकारी के वाहक थे।  

2015 में पहली बार पता लगाने के बाद से, अच्छी संख्या में गुरुत्वाकर्षण तरंग तक दर्ज किया गया है। उनमें से अधिकांश दो ब्लैक होल के विलय के कारण थे, कुछ दो न्यूट्रॉन सितारों की टक्कर के कारण थे ⁽²⁾. अब तक खोजी गई सभी गुरुत्वाकर्षण तरंगें एपिसोडिक थीं, जो ब्लैक होल या न्यूट्रॉन सितारों की बाइनरी जोड़ी के सर्पिलिंग और विलय या एक-दूसरे से टकराने के कारण हुई थीं। ⁽³⁾ और उच्च आवृत्ति, लघु तरंग दैर्ध्य (मिलीसेकंड रेंज में) के थे।   

हालाँकि, ब्रह्मांड में गुरुत्वाकर्षण तरंगों के स्रोतों की बड़ी संख्या की संभावना है, इसलिए पूरे ब्रह्मांड से एक साथ कई गुरुत्वाकर्षण तरंगें लगातार पृष्ठभूमि या शोर का निर्माण करते हुए लगातार पृथ्वी से गुजर रही हैं। यह सतत, यादृच्छिक और कम आवृत्ति वाली छोटी तरंग होनी चाहिए। अनुमान है कि इसका कुछ भाग बिग बैंग से भी उत्पन्न हुआ होगा। गुरुत्वाकर्षण-तरंग पृष्ठभूमि (GWB) कहा जाता है, इसका अब तक पता नहीं चला है ⁽³⁾.  

लेकिन हम एक सफलता के कगार पर हो सकते हैं - उत्तरी अमेरिकी नैनोहर्ट्ज वेधशाला गुरुत्वाकर्षण तरंगों (नैनोग्राव) के शोधकर्ताओं ने कम आवृत्ति संकेत का पता लगाने की सूचना दी है जो 'गुरुत्वाकर्षण-लहर पृष्ठभूमि (जीडब्ल्यूबी) हो सकती है। ^(4,5,6).  

एलआईजीओ-कन्या टीम के विपरीत, जिसने ब्लैक होल के अलग-अलग जोड़े से गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाया, नैनोग्राव टीम ने ब्रह्मांड में अनगिनत ब्लैकहोल द्वारा बहुत लंबी अवधि में बनाई गई निरंतर, शोर जैसे, 'संयुक्त' गुरुत्वाकर्षण लहर की तलाश की है। 'गुरुत्वाकर्षण तरंग स्पेक्ट्रम' के दूसरे छोर पर 'बहुत लंबी तरंग दैर्ध्य' गुरुत्वाकर्षण तरंग पर ध्यान केंद्रित किया गया था।

प्रकाश और अन्य विद्युत चुम्बकीय विकिरणों के विपरीत, गुरुत्वाकर्षण तरंगों को सीधे दूरबीन से नहीं देखा जा सकता है।  

नैनोग्राव टीम ने चुना मिलीसेकंड पल्सर (MSPs) जो दीर्घकालिक स्थिरता के साथ बहुत तेजी से घूमते हैं। इन पल्सर से आने वाले प्रकाश का एक स्थिर पैटर्न होता है जिसे गुरुत्वाकर्षण तरंग द्वारा बदल दिया जाना चाहिए। विचार पृथ्वी पर संकेतों के आगमन के समय में सहसंबद्ध परिवर्तनों के लिए अल्ट्रा-स्थिर मिलीसेकंड पल्सर (MSP) के एक समूह का निरीक्षण और निगरानी करना था, इस प्रकार हमारी अपनी आकाशगंगा के भीतर एक "गैलेक्सी-आकार" गुरुत्वाकर्षण-लहर डिटेक्टर का निर्माण करना था। टीम ने ऐसे पल्सर में से 47 का अध्ययन करके एक पल्सर टाइमिंग ऐरे बनाया। अरेसीबो वेधशाला और ग्रीन बैंक टेलीस्कोप माप के लिए उपयोग किए जाने वाले रेडियो टेलीस्कोप थे।   

अब तक प्राप्त आंकड़ों में 47 एमएसपी और 12.5 वर्षों से अधिक के अवलोकन शामिल हैं। इसके आधार पर, GWB की प्रत्यक्ष पहचान को निर्णायक रूप से साबित करना संभव नहीं है, हालांकि पता चला कम आवृत्ति संकेत बहुत अधिक संकेत देते हैं। शायद, अगला कदम सरणी में अधिक पल्सर को शामिल करना और संवेदनशीलता को बढ़ाने के लिए लंबे समय तक उनका अध्ययन करना होगा।  

ब्रह्मांड का अध्ययन करने के लिए, वैज्ञानिक विशेष रूप से प्रकाश, एक्स-रे, रेडियो तरंग आदि जैसे विद्युत चुम्बकीय विकिरणों पर निर्भर थे। विद्युत चुम्बकीय विकिरण से पूरी तरह से असंबंधित होने के कारण, 2015 में गुरुत्वाकर्षण का पता लगाने से वैज्ञानिकों के लिए खगोलीय पिंडों का अध्ययन करने और उन्हें समझने के अवसर की एक नई खिड़की खुल गई। ब्रह्मांड विशेष रूप से वे खगोलीय घटनाएं जो विद्युत चुम्बकीय खगोलविदों के लिए अदृश्य हैं। इसके अलावा, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के विपरीत, गुरुत्वाकर्षण तरंगें पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया नहीं करती हैं इसलिए वे अपने मूल और स्रोत के बारे में किसी भी विकृति से मुक्त जानकारी लेकर लगभग बिना रुके यात्रा करती हैं।⁽³⁾

ग्रेविटेशनल-वेव बैकग्राउंड (GWB) का पता लगाने से अवसर और व्यापक होगा। बिग बैंग से उत्पन्न तरंगों का पता लगाना भी संभव हो सकता है जो हमें ब्रह्मांड की उत्पत्ति को बेहतर तरीके से समझने में मदद कर सकती हैं।

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सन्दर्भ:  

1. Castlvecchi D. और Witze A.,2016। आइंस्टीन की गुरुत्वाकर्षण तरंगें आखिर में मिलीं। प्रकृति समाचार 11 फरवरी 2016। डीओआई: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  

2. Castlvecchi D., 2020। ब्रह्मांड के बारे में 50 गुरुत्वाकर्षण-लहर की घटनाओं से क्या पता चलता है। प्रकृति समाचार 30 अक्टूबर 2020 को प्रकाशित। डीओआई: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  

3. LIGO 2021. गुरुत्वाकर्षण तरंगों के स्रोत और प्रकार। पर ऑनलाइन उपलब्ध है https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources 12 जनवरी 2021 को एक्सेस किया गया। 

4. NANOGrav सहयोग, 2021। NANOGrav लो-फ़्रीक्वेंसी ग्रेविटेशनल वेव बैकग्राउंड के संभावित 'पहले संकेत' ढूँढता है। पर ऑनलाइन उपलब्ध है http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html 12 जनवरी 2021 को एक्सेस किया गया 

5. NANOGrav सहयोग 2021. प्रेस ब्रीफिंग - NANOGrav डेटा के 12.5 वर्षों में गुरुत्वाकर्षण-तरंग पृष्ठभूमि की खोज। 11 जनवरी 2021। ऑनलाइन उपलब्ध है http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  

6. Arzoumanian Z., et al 2020. NANOGrav 12.5 yr डेटा सेट: एक आइसोट्रोपिक स्टोकेस्टिक ग्रेविटेशनल-वेव बैकग्राउंड के लिए खोजें। द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्स, वॉल्यूम 905, नंबर 2। डीओआई: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

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