जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप का उपयोग करते हुए, खगोलविदों ने पहली “आइंस्टीन ज़िग-ज़ैग” की खोज की है, जो एक ही छवि में छह बार दोहराई गई एक क्वासर की छवि है। यह व्यवस्था अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा 1915 में पहली बार प्रस्तावित “गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग” नामक प्रभाव के कारण बनाई गई थी, और यह वैज्ञानिकों को ब्रह्मांड विज्ञान में संकट को टालने में मदद कर सकती है।
J1721+8842 नामित यह प्रणाली निम्नलिखित से युक्त है कैसर – जो एक अत्यंत चमकदार गैलेक्टिक कोर है – जो दो व्यापक रूप से अलग, लेकिन पूरी तरह से संरेखित आकाशगंगाओं द्वारा लेंस किया गया है। यह दृश्य न केवल अविश्वसनीय रूप से दुर्लभ है, बल्कि अल्बर्ट में पेश की गई एक जिज्ञासु अंतरिक्ष-समय-झुकने वाली घटना का एक आकर्षक उदाहरण है आइंस्टाइन का गुरुत्वाकर्षण का मैग्नम ओपस सिद्धांत, सामान्य सापेक्षतालेकिन J1721+8842 ज़िग-ज़ैग में भी वह शक्ति है जो मानक गुरुत्वाकर्षण लेंस में नहीं है।
मानवता द्वारा देखा गया पहला आइंस्टीन ज़िग-ज़ैग वैज्ञानिकों को ब्रह्मांड विज्ञान के दो सबसे महान रहस्यों से निपटने में मदद कर सकता है। पहला रहस्य चिंता का विषय प्रकृति है अँधेरी ऊर्जाया ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार को चलाने वाली शक्ति जो ब्रह्मांडीय ऊर्जा और पदार्थ बजट का लगभग 70% हिस्सा है, और दूसरा उस असमानता से संबंधित है जिसे वैज्ञानिक ब्रह्मांड के विस्तार की गति के मूल्य को मापते समय पाते हैं: हबल स्थिरांक.
“मैं रोमांचित हूं, न केवल इसलिए कि यह एक आकर्षक प्राकृतिक घटना है, बल्कि इसलिए भी क्योंकि यह प्रणाली ब्रह्मांड संबंधी मापदंडों को मापने के लिए अविश्वसनीय रूप से आशाजनक है,” खोज दल के सदस्य और स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के ब्रह्मांड विज्ञानी मार्टिन मिलन ने Space.com को बताया। “यह लेंस प्रणाली हबल स्थिरांक और राज्य के डार्क एनर्जी समीकरण दोनों पर कठोर प्रतिबंध लगाने की क्षमता प्रदान करती है, कुछ ऐसा जो आम तौर पर संभव नहीं है”
वैसे भी गुरुत्वाकर्षण लेंस क्या है?
सामान्य सापेक्षता बताती है कि द्रव्यमान वाली वस्तुएं अंतरिक्ष और समय के ढांचे में वक्रता पैदा करती हैं, जो एक इकाई के रूप में एकजुट होती हैं जिसे “स्पेसटाइम” कहा जाता है। किसी वस्तु का द्रव्यमान जितना अधिक होगा, अंतरिक्ष-समय में वह उतना ही अधिक “डेंट” उत्पन्न करेगा। जैसा गुरुत्वाकर्षण इस वक्रता से उत्पन्न होता है, किसी वस्तु का द्रव्यमान जितना अधिक होगा, उसका गुरुत्वाकर्षण प्रभाव उतना ही अधिक होगा।
गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग तब होती है जब पृष्ठभूमि स्रोत से प्रकाश पृथ्वी के रास्ते में एक विशाल लेंसिंग पिंड से होकर गुजरता है, और इसलिए अंतरिक्ष में परिणामी वक्रता का अनुसरण करता है, जिससे उसका अपना मार्ग वक्र हो जाता है। इस प्रकार इस पृष्ठभूमि स्रोत से प्रकाश गुरुत्वाकर्षण लेंस के चारों ओर अलग-अलग पथ लेता है, अलग-अलग दूरी पर अलग-अलग मात्रा में घुमावदार होकर लेंसिंग द्रव्यमान तक पहुंचता है। इसका मतलब यह है कि एक ही पृष्ठभूमि स्रोत से यह प्रकाश अलग-अलग समय पर एक ही दूरबीन तक पहुंच सकता है।
परिणामस्वरूप, एक एकल पृष्ठभूमि प्रकाश उत्सर्जक निकाय एक ही छवि में कई स्थानों पर दिखाई दे सकता है। ये वस्तुएँ जैसी व्यवस्थाएँ बना सकती हैं आइंस्टीन बजता है, आइंस्टीन पार करते हैंऔर, इस वर्तमान अनूठे मामले में, एक आइंस्टीन ज़िग-ज़ैग।
JWST वास्तव में J1721+8842 को देखने वाला पहला टेलीस्कोप नहीं था। लेंसयुक्त क्वासर, जो विशेष रूप से भोजन के चारों ओर चमकदार चमकती गैस और धूल से बना होता है अत्यधिक द्रव्यमान वाला काला सुरंगको कैमरून लेमन द्वारा 2017 में पैनोरमिक सर्वे टेलीस्कोप और रैपिड रिस्पांस सिस्टम का उपयोग करके देखा गया था (पान STARRS) हवाई में हलेकाला वेधशाला में स्थित है।
सबसे पहले, क्वासर को केवल चार बार लेंस किया गया प्रतीत हुआ। हालाँकि, JWST की संवेदनशीलता ने खुलासा किया है कि दो आकाशगंगाएँ वास्तव में इस दूर के क्वासर को लेंस कर रही हैं छह कई बार, इस व्यवस्था में अधिक दूर की आकाशगंगा को भी निकट की आकाशगंगा द्वारा लेंस किया जाता है।
“आम तौर पर, एकल आकाशगंगा द्वारा बनाए गए गुरुत्वाकर्षण लेंस संरेखण के आधार पर पृष्ठभूमि स्रोत की दो या चार छवियां बनाते हैं। इस मामले में, दो आकाशगंगाओं और एक पृष्ठभूमि क्वासर के बीच एक असाधारण संरेखण होता है, जो एक दुर्लभ छह-छवि विन्यास बनाता है ,” “हमने इसे ‘आइंस्टीन ज़िगज़ैग’ कहा है क्योंकि एकाधिक छवियों में से दो का ऑप्टिकल पथ दूसरी तरफ दूसरी आकाशगंगा द्वारा विक्षेपित होने से पहले एक तरफ पहली आकाशगंगा से गुजरता है। यह ऑप्टिकल पथ बनाता है दो आकाशगंगाओं के बीच ज़िगज़ैग पैटर्न।”
शोध के प्रमुख लेखक और ईपीएफएल लेबोरेटरी ऑफ एस्ट्रोफिजिक्स के वैज्ञानिक फ्रेडरिक डक्स ने Space.com को बताया कि यह पहली बार है कि वैज्ञानिकों ने तीन अलग-अलग पिंडों के बीच ऐसा सही संरेखण पाया है जो गुरुत्वाकर्षण लेंस बनाता है।
डक्स ने कहा, “आम तौर पर, एक गुरुत्वाकर्षण लेंस में केवल दो वस्तुएं शामिल होती हैं, मान लीजिए एक आकाशगंगा लेंस के रूप में कार्य करती है, और दूसरी आकाशगंगा पीछे, एक स्रोत के रूप में कार्य करती है, जिसका प्रकाश अग्रभूमि से मुड़ा हुआ होता है।” “बेशक, एक साथ कई आकाशगंगाओं के कारण लेंसिंग के कई उदाहरण हैं, जैसे कि आकाशगंगा समूह लेंस. उन मामलों में, विभिन्न विक्षेपकों के प्रभाव कमजोर तरीके से संयुक्त होते हैं। आपको एक भी आकाशगंगा अपने आप में एक आदर्श लेंस के रूप में कार्य करते हुए नहीं मिलेगी। संरेखण अभी पर्याप्त अच्छा नहीं है।”
हालाँकि, J1721+8842 के मामले में ऐसा नहीं है।
इस लेंस में निकटतम आकाशगंगा इतनी दूर है कि उसका प्रकाश पृथ्वी तक यात्रा कर रहा है 2.3 अरब वर्षजबकि अधिक दूर की आकाशगंगा से प्रकाश 10 अरब वर्षों से हमारी ओर आ रहा है। फिर भी, इन दोनों आकाशगंगाओं के बीच की विशाल दूरी के बावजूद, डक्स ने कहा कि वे एक संरेखण प्रदान करते हैं अच्छा कि वे दोनों लगभग 11 अरब प्रकाश वर्ष दूर स्थित क्वासर स्रोत से प्रकाश का पता लगाने का कार्य करते हैं, जबकि अग्रभूमि आकाशगंगा मध्यवर्ती आकाशगंगा से प्रकाश को लेंस करने का भी कार्य करती है।
“यह दुर्लभ है। हम उम्मीद करते हैं कि 50,000 लेंस वाले क्वासरों में से एक में ऐसा कॉन्फ़िगरेशन होगा… और हम कुल मिलाकर लगभग 300 लेंस वाले क्वासरों के बारे में ही जानते हैं, इसलिए हम इसे पाकर बहुत भाग्यशाली थे!” डक्स ने कहा. “अगर कभी हुआ तो शायद हमें लंबे समय तक कोई दूसरा न मिले।”
आइंस्टीन ज़िग-ज़ैग ब्रह्माण्ड संबंधी संकट को संबोधित कर सकते हैं
डक्स ने बताया कि मापने के लिए टीम पहले से ही J1721+8842 के अपडेटेड मॉडल पर काम कर रही है हबल स्थिरांक.
डक्स ने कहा, “अधिकांश लेंस वाले क्वासर का उपयोग इस उद्देश्य के लिए किया जा सकता है, लेकिन यह तथ्य कि इसमें दो अलग-अलग लेंस हैं, लेंसिंग मॉडल को बहुत बेहतर बनाता है, और हबल निरंतर मूल्य में अनिश्चितता कम होगी।” “यह ऐसे समय में बहुत दिलचस्प है जब ब्रह्मांड विज्ञान जिसे हम कहते हैं उसके कारण संभावित संकट में है हबल तनाव।”
हबल तनाव इस तथ्य से उत्पन्न होता है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में हबल स्थिरांक को मापना और 13.8 बिलियन वर्षों के ब्रह्मांडीय इतिहास (सर्वोत्तम ब्रह्मांड विज्ञान मॉडल का उपयोग करके) के माध्यम से इस मूल्य के विकास को आगे बढ़ाना है। चाहिए इससे वही मान प्राप्त होता है जो खगोलशास्त्री स्थानीय ब्रह्मांड का अवलोकन करते समय मापते हैं और इस प्रकार हबल स्थिरांक को उसकी वर्तमान आयु में मापते हैं। हालाँकि, दोनों परिणामों के बीच भारी असमानता है।
डक्स ने कहा, “दोनों में से किसी में भी माप संबंधी त्रुटियां हो सकती हैं, इसलिए एक निश्चित संकट की घोषणा करने से पहले, हमें संभावित त्रुटियों की तलाश जारी रखनी होगी और अपने मापों को परिष्कृत करना होगा।”
इन मापों में अनिश्चितताओं को कम करके, यह आइंस्टीन ज़िग-ज़ैग लेंस हबल स्थिरांक के अनुमानित मूल्य और देखे गए मूल्य को एक साथ करीब ला सकता है।
डक्स ने कहा, “इसके अतिरिक्त, इस लेंस का उपयोग ब्रह्मांड की डार्क एनर्जी की स्थिति के समीकरण को नियंत्रित करने के लिए भी एक साथ किया जा सकता है।” “यह बहुत दिलचस्प है क्योंकि यह मात्रा, और हबल स्थिरांक, आम तौर पर पतित होते हैं, जिसका अर्थ है कि हम ‘दोनों घुंडियों को अलग-अलग दिशाओं में ले जा सकते हैं’ और फिर भी अवलोकन संबंधी डेटा को अच्छी तरह से फिट कर सकते हैं। इस प्रणाली के साथ, हम इस अध:पतन को तोड़ने में सक्षम हो सकते हैं। “
यह J1721+8842 का उपयोग करके दोनों मानों को एक साथ निर्धारित करने की अनुमति देगा, जो आम तौर पर संभव नहीं है। शोधकर्ता ने कहा कि यह वर्तमान में कुछ प्रगति पर है, लेकिन संभावित पूर्वाग्रहों और त्रुटियों से बचते हुए, टीम उन दो मूल्यों को “सुरक्षित” तरीके से माप सकती है, जिन्हें वे जांचना चाहते हैं, इससे पहले बहुत अधिक सैद्धांतिक कार्य और तकनीकी बुनियादी ढांचे के विकास की आवश्यकता है।
डक्स ने कहा, “J1721+8842 में अन्य अनुप्रयोग भी हैं, जैसे अधिक दूर की लेंसिंग आकाशगंगा का अध्ययन करना।” “क्योंकि यह लेंस और प्रकाश स्रोत दोनों के रूप में कार्य करता है, विकृत लाल चाप के रूप में दिखाई देता है, हम इसके द्रव्यमान का सटीक अनुमान लगा सकते हैं। हमारे पास इस आकाशगंगा के तारे के निर्माण के इतिहास और इसके झुरमुट का अध्ययन करने के लिए JWST अवलोकन से एक सुंदर स्पेक्ट्रम भी है। मामला। इतनी दूर किसी आकाशगंगा के लिए ऐसे सवालों का जवाब देने का यह पहला वास्तविक मौका है।”
हालाँकि JWST एक आइंस्टीन ज़िग-ज़ैग के रूप में J1721+8842 की वास्तविक प्रकृति की खोज में अभिन्न अंग था, लेकिन यह इन मायावी व्यवस्थाओं की खोज के लिए सबसे अच्छा साधन नहीं हो सकता है।
डक्स ने कहा, “जेडब्ल्यूएसटी आकाश के छोटे-छोटे हिस्सों के लिए अत्यधिक गहन अवलोकन प्रदान करता है। अधिक आइंस्टीन ज़िग-ज़ैग की खोज के लिए, हमें पूरे आकाश का सर्वेक्षण करने की आवश्यकता है।” “गैया और आकाश सर्वेक्षण, जैसे पैन-स्टारआरएस, यूक्लिड, या भविष्य के वेरा रुबिन ऑब्जर्वेटरी लिगेसी सर्वे ऑफ स्पेस एंड टाइम (एलएसएसटी), इस खोज के लिए सही उपकरण हैं।
“हम लेंस वाले क्वासरों की तलाश जारी रखेंगे! हम वेरा रुबिन एलएसएसटी और यूक्लिड मिशन के साथ और भी बहुत कुछ खोजने की उम्मीद करते हैं। चाहे हम एक और ज़िगज़ैग में ठोकर खाएँ, यह भाग्य की बात होगी।”
टीम का शोध पेपर रिपॉजिटरी पर प्री-प्रिंट में उपलब्ध है arXiv.
