বিগ ব্যাং আফটারগ্লোতে ছায়াগুলি অদৃশ্য মহাজাগতিক কাঠামো প্রকাশ করে

বিগ ব্যাং-এর প্রায় 400,000 বছর পরে, শিশু মহাবিশ্বের আদিম প্লাজমা প্রথম পরমাণুগুলিকে একত্রিত হওয়ার জন্য যথেষ্ট ঠান্ডা হয়েছিল, এমবেডেড বিকিরণের জন্য জায়গা তৈরি করে মুক্তভাবে উড়তে। সেই আলো — মহাজাগতিক মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রাউন্ড (CMB) — সমস্ত দিক দিয়ে আকাশে প্রবাহিত হতে থাকে, প্রারম্ভিক মহাবিশ্বের একটি স্ন্যাপশট সম্প্রচার করে যা ডেডিকেটেড টেলিস্কোপ দ্বারা তোলা হয় এবং এমনকি পুরানো ক্যাথোড-রে টেলিভিশনে স্থিরভাবে প্রকাশ করা হয়।

বিজ্ঞানীরা 1965 সালে সিএমবি বিকিরণ আবিষ্কার করার পরে, তারা সতর্কতার সাথে এর ক্ষুদ্র তাপমাত্রার বৈচিত্রগুলিকে ম্যাপ করেছিলেন, যা প্রদর্শিত হয়েছিল মহাজগতের সঠিক অবস্থা যখন এটি একটি নিছক ফ্রোথিং প্লাজমা ছিল। এখন তারা মহাবিশ্বের পরিপক্ক হওয়ার সাথে সাথে বিলিয়ন বছর ধরে বিকশিত বৃহৎ আকারের কাঠামোর ক্যাটালগ করার জন্য CMB ডেটা পুনরায় ব্যবহার করছে।

"সেই আলো মহাবিশ্বের ইতিহাসের একটি বড় অংশ অনুভব করেছে, এবং এটি কীভাবে পরিবর্তিত হয়েছে তা দেখে আমরা বিভিন্ন যুগ সম্পর্কে জানতে পারি," বলেছেন কিমি উ, SLAC ন্যাশনাল অ্যাক্সিলারেটর ল্যাবরেটরির একজন কসমোলজিস্ট।

প্রায় 14-বিলিয়ন-বছরের যাত্রাপথে, CMB থেকে আলো তার পথে সমস্ত বিষয় দ্বারা প্রসারিত, চাপা এবং বিকৃত করা হয়েছে। কসমোলজিস্টরা CMB আলোর প্রাথমিক ওঠানামা ছাড়িয়ে গ্যালাক্সি এবং অন্যান্য মহাজাগতিক কাঠামোর সাথে মিথস্ক্রিয়া দ্বারা অবশিষ্ট গৌণ ছাপের দিকে তাকাতে শুরু করেছেন। এই সংকেতগুলি থেকে, তারা উভয় সাধারণ পদার্থের বণ্টনের একটি চটকদার দৃষ্টিভঙ্গি অর্জন করছে — পারমাণবিক অংশগুলি নিয়ে গঠিত সবকিছু — এবং রহস্যময় অন্ধকার পদার্থ। পরিবর্তে, এই অন্তর্দৃষ্টিগুলি কিছু দীর্ঘস্থায়ী মহাজাগতিক রহস্যের নিষ্পত্তি করতে এবং কিছু নতুনকে জাহির করতে সহায়তা করছে।

“আমরা উপলব্ধি করছি যে সিএমবি কেবল আমাদের মহাবিশ্বের প্রাথমিক অবস্থা সম্পর্কেই বলে না। এটি আমাদের নিজেদের ছায়াপথ সম্পর্কেও বলে,” বলেন ইমানুয়েল শ্যান, এছাড়াও SLAC এ একজন কসমোলজিস্ট। "এবং এটি সত্যিই শক্তিশালী হতে দেখা যাচ্ছে।"

ছায়ার মহাবিশ্ব

স্ট্যান্ডার্ড অপটিক্যাল সার্ভে, যা তারা দ্বারা নির্গত আলো ট্র্যাক করে, বেশিরভাগ গ্যালাক্সির অন্তর্নিহিত ভরকে উপেক্ষা করে। এর কারণ হল মহাবিশ্বের মোট পদার্থের সিংহভাগই টেলিস্কোপের কাছে অদৃশ্য - হয় অন্ধকার পদার্থের ঝাঁক হিসাবে বা ছায়াপথগুলিকে সেতু করে এমন ছড়িয়ে থাকা আয়নিত গ্যাস হিসাবে দৃষ্টির বাইরে। কিন্তু অন্ধকার পদার্থ এবং বিচ্ছুরিত গ্যাস উভয়ই আগত CMB আলোর বিবর্ধন এবং রঙের উপর সনাক্তযোগ্য ছাপ ফেলে।

"মহাবিশ্ব সত্যিই একটি ছায়া থিয়েটার যেখানে ছায়াপথগুলি প্রধান চরিত্র এবং সিএমবি হল ব্যাকলাইট," শ্যান বলেছিলেন।

ছায়া খেলোয়াড়দের অনেকেই এখন স্বস্তিতে আসছেন।

যখন আলোক কণা, বা ফোটন, সিএমবি থেকে গ্যালাক্সিগুলির মধ্যে গ্যাসে ইলেকট্রনগুলিকে ছড়িয়ে দেয়, তখন তারা উচ্চ শক্তিতে ধাক্কা খায়। উপরন্তু, যদি এই গ্যালাক্সিগুলি সম্প্রসারণশীল মহাবিশ্বের সাপেক্ষে গতিশীল থাকে, তবে CMB ফোটনগুলি ক্লাস্টারের আপেক্ষিক গতির উপর নির্ভর করে উপরে বা নীচে একটি দ্বিতীয় শক্তি স্থানান্তর পায়।

এই জোড়া প্রভাবগুলি, যথাক্রমে তাপীয় এবং কাইনেম্যাটিক সুনিয়াভ-জেল'ডোভিচ (এসজেড) প্রভাব হিসাবে পরিচিত, ছিল প্রথম তাত্ত্বিক 1960 এর দশকের শেষের দিকে এবং গত দশকে ক্রমবর্ধমান নির্ভুলতার সাথে সনাক্ত করা হয়েছে। একত্রে, এসজেড প্রভাবগুলি একটি বৈশিষ্ট্যযুক্ত স্বাক্ষর রেখে যায় যা CMB চিত্রগুলি থেকে টিজ করা যেতে পারে, যা বিজ্ঞানীদের মহাবিশ্বের সমস্ত সাধারণ পদার্থের অবস্থান এবং তাপমাত্রা ম্যাপ করতে দেয়।

অবশেষে, দুর্বল মহাকর্ষীয় লেন্সিং নামে পরিচিত একটি তৃতীয় প্রভাব CMB আলোর পথকে বিকৃত করে যখন এটি বিশাল বস্তুর কাছাকাছি ভ্রমণ করে, CMB কে বিকৃত করে যেন এটি একটি ওয়াইনগ্লাসের ভিত্তি দিয়ে দেখা হয়। SZ প্রভাবগুলির বিপরীতে, লেন্সিং সমস্ত বিষয়ের প্রতি সংবেদনশীল - অন্ধকার বা অন্যথায়।

একসাথে নেওয়া, এই প্রভাবগুলি মহাজাগতিকদের অন্ধকার পদার্থ থেকে সাধারণ পদার্থকে আলাদা করার অনুমতি দেয়। তারপর বিজ্ঞানীরা মহাজাগতিক দূরত্ব এবং এমনকি গ্যালাক্সি সমীক্ষার ছবিগুলির সাথে এই মানচিত্রগুলিকে ওভারলে করতে পারেন তারা গঠন ট্রেস.

In সহচর কাগজপত্র 2021 সালে, Schaan এর নেতৃত্বে একটি দল এবং স্টেফানিয়া আমোডিও, যিনি এখন ফ্রান্সের স্ট্রাসবার্গ অ্যাস্ট্রোনমিক্যাল অবজারভেটরিতে আছেন, এই পদ্ধতিটিকে কাজে লাগান৷ তারা ইউরোপীয় স্পেস এজেন্সির দ্বারা নেওয়া CMB ডেটা পরীক্ষা করেছে প্ল্যাঙ্ক স্যাটেলাইট এবং স্থল ভিত্তিক আতাকামা কসমোলজি টেলিস্কোপ, তারপর সেই মানচিত্রের উপরে প্রায় 500,000 ছায়াপথের একটি অতিরিক্ত অপটিক্যাল জরিপ স্তুপীকৃত। কৌশলটি তাদের সাধারণ পদার্থ এবং অন্ধকার পদার্থের সারিবদ্ধতা পরিমাপ করার অনুমতি দেয়।

বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে অঞ্চলের গ্যাস তার সমর্থনকারী ডার্ক ম্যাটার নেটওয়ার্ককে যতটা শক্তভাবে আলিঙ্গন করেনি যতটা অনেক মডেলের ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়েছিল। পরিবর্তে, এটি পরামর্শ দেয় যে সুপারনোভা থেকে বিস্ফোরণ এবং অতি-ম্যাসিভ ব্ল্যাক হোলগুলি গ্যাসকে তার অন্ধকার পদার্থের নোডগুলি থেকে দূরে সরিয়ে দেয় এবং এটি ছড়িয়ে দেয় যাতে এটি প্রচলিত টেলিস্কোপের সনাক্তকরণের পক্ষে খুব পাতলা এবং ঠান্ডা ছিল।

সিএমবি ছায়ায় ছড়িয়ে থাকা গ্যাসের সন্ধান বিজ্ঞানীদের তথাকথিত সমাধানে আরও সাহায্য করেছে অনুপস্থিত বেরিয়ন সমস্যা. এটি ছড়িয়ে পড়া বিস্ফোরণের শক্তি এবং তাপমাত্রার জন্য অনুমানও প্রদান করেছে - যে ডেটা বিজ্ঞানীরা এখন তাদের ছায়াপথ বিবর্তনের মডেল এবং মহাবিশ্বের বৃহৎ আকারের কাঠামো পরিমার্জন করতে ব্যবহার করছেন।

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, কসমোলজিস্টরা এই সত্যটি দেখে হতবাক হয়ে পড়েছেন যে আধুনিক মহাবিশ্বে বস্তুর পরিলক্ষিত বন্টন তত্ত্ব ভবিষ্যদ্বাণী তুলনায় মসৃণ. যদি আন্তঃগ্যাল্যাকটিক গ্যাসের পুনর্ব্যবহারকারী বিস্ফোরণগুলি বিজ্ঞানীদের ধারণার চেয়ে বেশি শক্তিসম্পন্ন হয়, যেমন Schaan, Amodeo এবং সাম্প্রতিক কাজ অন্যদের মনে হচ্ছে, এই বিস্ফোরণগুলি মহাবিশ্ব জুড়ে বস্তুকে আরও সমানভাবে ছড়িয়ে দেওয়ার জন্য আংশিকভাবে দায়ী হতে পারে, বলেন কলিন হিল, কলম্বিয়া ইউনিভার্সিটির একজন কসমোলজিস্ট যিনি CMB স্বাক্ষরের উপরও কাজ করেন। আসন্ন মাসগুলিতে, আতাকামা কসমোলজি টেলিস্কোপের হিল এবং সহকর্মীরা আকাশ কভারেজ এবং সংবেদনশীলতা উভয় ক্ষেত্রেই উল্লেখযোগ্য লাফ দিয়ে CMB ছায়াগুলির একটি আপডেট করা মানচিত্র উন্মোচন করার পরিকল্পনা করেছে৷

"আপনি এই মানচিত্রটি দিয়ে কী করতে পারেন তার পৃষ্ঠটি আমরা কেবল স্ক্র্যাচ করতে শুরু করেছি," হিল বলেছিলেন। “এটি আগে যা কিছু এসেছে তার থেকে একটি চাঞ্চল্যকর উন্নতি। এটা সত্যি এটা বিশ্বাস করা কঠিন।”

অজানা ছায়া গো

CMB প্রমাণের একটি মূল অংশ যা সৃষ্টিতত্ত্বের আদর্শ মডেল প্রতিষ্ঠা করতে সাহায্য করেছিল - কেন্দ্রীয় কাঠামো যা গবেষকরা মহাবিশ্বের উৎপত্তি, গঠন এবং আকৃতি বোঝার জন্য ব্যবহার করেন। কিন্তু CMB ব্যাকলাইট স্টাডিজ এখন সেই গল্পে ছিদ্র করার হুমকি দিচ্ছে।

"এই দৃষ্টান্তটি সত্যিই নির্ভুলতা পরিমাপের পরীক্ষায় বেঁচে ছিল - সম্প্রতি পর্যন্ত," বলেছেন ইইচিরো কোমাতসু, ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট ফর অ্যাস্ট্রোফিজিক্সের একজন কসমোলজিস্ট যিনি উইলকিনসন মাইক্রোওয়েভ অ্যানিসোট্রপি প্রোবের সদস্য হিসাবে তত্ত্বটি প্রতিষ্ঠা করতে কাজ করেছিলেন, যা 2001 থেকে 2010 সালের মধ্যে CMB-কে ম্যাপ করেছিল। "

গত দুই বছর ধরে, কোমাতসু এবং সহকর্মীরা ছায়া-থিয়েটার মঞ্চে একটি নতুন চরিত্রের ইঙ্গিত অনুসন্ধান করছেন। সিএমবি আলোক তরঙ্গের মেরুকরণ বা ওরিয়েন্টেশনে সংকেতটি উপস্থিত হয়, যা মহাবিশ্ব জুড়ে তরঙ্গের যাত্রায় স্থির থাকা উচিত বলে কসমোলজির আদর্শ মডেল বলে। কিন্তু তাত্ত্বিক তিন দশক আগে শন ক্যারল এবং সহকর্মীদের দ্বারা, সেই মেরুকরণটি অন্ধকার পদার্থ, অন্ধকার শক্তি বা সম্পূর্ণ নতুন কণার একটি ক্ষেত্র দ্বারা ঘোরানো যেতে পারে। এই ধরনের একটি ক্ষেত্র বিভিন্ন মেরুকরণের ফোটনগুলিকে বিভিন্ন গতিতে ভ্রমণ করতে এবং আলোর নেট মেরুকরণ ঘোরানোর কারণ হবে, এটি "বাইরফ্রিংজেন্স" নামে পরিচিত একটি সম্পত্তি যা নির্দিষ্ট স্ফটিক দ্বারা ভাগ করা হয়, যেমন যেগুলি এলসিডি স্ক্রিনগুলি সক্ষম করে। 2020 সালে, Komatsu এর দল খোঁজ খবর CMB এর মেরুকরণে একটি ক্ষুদ্র ঘূর্ণন — প্রায় 0.35 ডিগ্রি। একটি ফলো-আপ স্টাডি গত বছর প্রকাশিত আগের ফলাফলকে শক্তিশালী করেছে।

যদি মেরুকরণ অধ্যয়ন বা অন্য ফলাফল গ্যালাক্সির বন্টন সম্পর্কিত নিশ্চিত করা হয়েছে, এটি বোঝায় যে মহাবিশ্ব সমস্ত পর্যবেক্ষকদের কাছে সমস্ত দিক থেকে একই রকম দেখায় না। হিল এবং অন্য অনেকের জন্য, উভয় ফলাফলই উত্তেজনাপূর্ণ কিন্তু এখনও নিশ্চিত নয়। এই ইঙ্গিতগুলি তদন্ত করতে এবং সম্ভাব্য বিভ্রান্তিকর প্রভাবগুলি বাতিল করার জন্য ফলো-আপ অধ্যয়ন চলছে। কেউ কেউ ডেডিকেটেড প্রস্তাবও করেছেন "ব্যাকলাইট জ্যোতির্বিদ্যা" মহাকাশযান যেটি আরও বিভিন্ন ছায়া পরিদর্শন করবে।

"পাঁচ থেকে 10 বছর আগে, মানুষ মনে করত কসমোলজি করা হয়েছে," কোমাতসু বলেছিলেন। “এটা এখন পরিবর্তন হচ্ছে। আমরা একটি নতুন যুগে প্রবেশ করছি।”