"हबल तनाव" ब्रह्मांड के विस्तार की देखी गई दर और ब्रह्मांड के विस्तार की अपेक्षित दर के बीच अंतर को दर्शाता है। जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप ने हबल स्पेस टेलीस्कोप द्वारा किए गए पिछले मापों में सुधार किया है। प्रगति के बावजूद, ब्रह्मांड के तेजी से विस्तार और इसके अंतर्निहित अंतर्निहित ब्रह्मांडीय घटनाओं के बारे में सवाल बने हुए हैं।
नासा के NIRCam (नियर इन्फ्रारेड कैमरा) और हबल के WFC3 (वाइड फील्ड कैमरा 3) के व्यापक अवलोकन से पता चलता है कि सर्पिल आकाशगंगा NGC 5584 पृथ्वी से 72 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर है। एनजीसी 5584 के चमकदार तारों में स्पंदित तारे हैं जिन्हें सेफिड वैरिएबल और टाइप आईए सुपरनोवा कहा जाता है, जो एक विशेष प्रकार का विस्फोट करने वाला तारा है। ब्रह्मांड की विस्तार दर को मापने के लिए खगोलविद विश्वसनीय दूरी मार्कर के रूप में सेफिड्स और टाइप Ia सुपरनोवा का उपयोग करते हैं। छवि स्रोत: NASA, ESA, CSA और A.Riess (STScI)
जिस दर पर ब्रह्मांड का विस्तार होता है, जिसे हबल स्थिरांक के रूप में जाना जाता है, वह ब्रह्मांड के विकास और अंतिम भाग्य को समझने के लिए मूलभूत मापदंडों में से एक है। हालाँकि, विभिन्न स्वतंत्र दूरी मेट्रिक्स का उपयोग करके मापे गए स्थिरांक के मूल्य और बिग बैंग के बाद की चमक से अनुमानित मूल्य के बीच एक लगातार विसंगति है जिसे "हबल तनाव" के रूप में जाना जाता है।
नासा का जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप इस तनाव के कुछ सबसे मजबूत अवलोकन संबंधी साक्ष्यों की समीक्षा और उन्हें परिष्कृत करने के लिए नई क्षमताएं प्रदान करता है। जॉन्स हॉपकिन्स विश्वविद्यालय और स्पेस टेलीस्कोप साइंस इंस्टीट्यूट के नोबेल पुरस्कार विजेता एडम रीस ने हबल स्थिरांक के स्थानीय माप की सटीकता में सुधार के लिए वेब अवलोकनों का उपयोग करके उनके और उनके सहयोगियों द्वारा हाल के काम का वर्णन किया।
ब्रह्मांड को मापने की चुनौती
क्या आपको कभी किसी ऐसे चिन्ह को देखने में परेशानी हुई है जो आपके दृष्टि क्षेत्र के किनारे पर है? यह क्या कहता है? इसका अर्थ क्या है? यहां तक कि सबसे शक्तिशाली दूरबीनों के साथ भी, खगोलशास्त्री जिन "संकेतों" को पढ़ना चाहते हैं वे इतने छोटे दिखाई देते हैं कि हमें कठिनाई होती है।
ब्रह्मांडविज्ञानी जिस हस्ताक्षर को समझना चाहते हैं वह ब्रह्मांडीय गति सीमा हस्ताक्षर है, जो हमें बताता है कि ब्रह्मांड कितनी तेजी से फैल रहा है - एक संख्या जिसे हबल स्थिरांक कहा जाता है। हमारे नक्षत्र सुदूर आकाशगंगाओं के तारों में लिखे हुए हैं। इन आकाशगंगाओं में कुछ तारों की चमक हमें बताती है कि वे हमसे कितनी दूर हैं, और इसलिए इस प्रकाश को हम तक पहुँचने में कितना समय लगता है, जबकि आकाशगंगा की लाल शिफ्ट हमें बताती है कि उस समय के दौरान ब्रह्मांड का कितना विस्तार हुआ है, इस प्रकार हमें विस्तार की दर का पता चलता है।
यह आरेख ब्रह्मांड की विस्तार दर को जांचने के लिए उपयोग किए जाने वाले चर सितारों के एक विशेष वर्ग की सटीक दूरी निर्धारित करने के लिए नासा के हबल और वेब अंतरिक्ष दूरबीनों की संयुक्त क्षमता को दर्शाता है। ये सेफिड्स एक भीड़ भरे तारा क्षेत्र में दिखाई देते हैं। आसपास के तारों से प्रकाश प्रदूषण सेफिड्स की चमक का माप कम सटीक हो सकता है। वेब की तीव्र अवरक्त दृष्टि सेफिड लक्ष्य को आसपास के तारों से अधिक स्पष्ट रूप से अलग करने की अनुमति देती है, जैसा कि दाईं ओर दिखाया गया है। वेब डेटा हबल के 30 वर्षों के सेफिड अवलोकनों की सटीकता की पुष्टि करता है, जो ब्रह्मांड की विस्तार दर को मापने वाली ब्रह्मांडीय दूरी सीढ़ी के निचले पायदान को स्थापित करने में महत्वपूर्ण थे। बाईं ओर, NGC 5584 वेब के NIRCam (नियर इन्फ्रारेड कैमरा) और हबल के वाइड फील्ड कैमरा 3 से एक समग्र छवि में दिखाई देता है। छवि स्रोत: NASA, ESA, A.Riess(STScI), W.Yuan(STScI)
तारों के एक विशेष वर्ग, सेफिड वेरिएबल्स ने हमें एक सदी से भी अधिक समय से सबसे सटीक दूरी माप प्रदान की है क्योंकि ये तारे बहुत चमकीले हैं: वे महादानव हैं, सूर्य की तुलना में एक लाख गुना अधिक चमकदार हैं। इसके अलावा, वे कई हफ्तों तक स्पंदित होते हैं (यानी आकार में विस्तार और संकुचन करते हैं), जो उनकी सापेक्ष चमक को इंगित करता है। अवधि जितनी लंबी होगी, वे आंतरिक रूप से उतने ही उज्जवल होंगे। वे 100 मिलियन प्रकाश-वर्ष या उससे आगे की आकाशगंगाओं की दूरी मापने के लिए स्वर्ण मानक उपकरण हैं, जो हबल स्थिरांक को निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण कदम है। दुर्भाग्य से, हमारे दूर के सुविधाजनक बिंदु से, आकाशगंगाओं में तारे एक छोटी सी जगह में भीड़ गए हैं, इसलिए हमारे पास अक्सर उन्हें उनके दृष्टि-रेखा पड़ोसियों से अलग करने के संकल्प की कमी होती है।
हबल का योगदान और वेब की प्रगति
हबल स्पेस टेलीस्कोप के निर्माण का एक मुख्य कारण इस समस्या का समाधान करना था। 1990 में हबल के प्रक्षेपण और उसके बाद सेफिड माप से पहले, ब्रह्मांड के विस्तार की दर इतनी अनिश्चित थी कि खगोलविद अनिश्चित थे कि ब्रह्मांड 10 या 20 अरब वर्षों से विस्तार कर रहा था या नहीं। ऐसा इसलिए है क्योंकि तेज़ विस्तार दर के परिणामस्वरूप एक युवा ब्रह्मांड होगा, जबकि धीमी विस्तार दर के परिणामस्वरूप एक पुराना ब्रह्मांड होगा। हबल के पास किसी भी जमीन-आधारित दूरबीन की तुलना में दृश्यमान तरंग दैर्ध्य का बेहतर रिज़ॉल्यूशन है क्योंकि यह पृथ्वी के वायुमंडल के धुंधले प्रभावों से ऊपर बैठता है। इसलिए यह 100 मिलियन प्रकाश वर्ष से अधिक दूर आकाशगंगाओं में व्यक्तिगत सेफिड्स की पहचान कर सकता है और उस समय अंतराल को माप सकता है जिस पर वे चमक बदलते हैं।
हालाँकि, हमें स्पेक्ट्रम के निकट-अवरक्त भाग में सेफिड्स को भी देखना होगा ताकि बीच की धूल से होकर गुजरने वाली रोशनी को बिना किसी नुकसान के देखा जा सके। (धूल नीली ऑप्टिकल रोशनी को अवशोषित और बिखेरती है, जिससे दूर की वस्तुएं धुंधली दिखाई देती हैं और हमें यह विश्वास दिलाती हैं कि वे वास्तव में जितनी दूर हैं उससे कहीं अधिक दूर हैं)। दुर्भाग्य से, हबल की लाल-प्रकाश दृष्टि नीले रंग की तरह स्पष्ट नहीं है, इसलिए सेफिड्स से हम जो तारे का प्रकाश देखते हैं वह दृश्य क्षेत्र में अन्य तारों के साथ मिश्रित होता है। हम औसत मिश्रण की सांख्यिकीय रूप से व्याख्या कर सकते हैं, जैसे एक डॉक्टर स्केल रीडिंग से कपड़ों के औसत वजन को घटाकर शरीर के वजन की गणना करता है, लेकिन ऐसा करने से माप में शोर बढ़ जाएगा। , क्योंकि कुछ लोगों के कपड़े दूसरों की तुलना में भारी होते हैं।
हालाँकि, गहरी अवरक्त दृष्टि जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप की महाशक्तियों में से एक है। अपने बड़े दर्पणों और संवेदनशील प्रकाशिकी के साथ, यह थोड़े से मिश्रण के साथ पड़ोसी सितारों से सेफिड प्रकाश को आसानी से अलग कर सकता है। 1685 में वेब यूनिवर्सल ऑब्जर्वेशन प्रोग्राम के संचालन के पहले वर्ष में, हमने तथाकथित ब्रह्मांडीय दूरी सीढ़ी के साथ दो चरणों में हबल द्वारा खोजे गए सेफिड्स के अवलोकन एकत्र किए। पहले चरण में ज्ञात ज्यामितीय दूरी पर आकाशगंगाओं में सेफिड्स का अवलोकन करना शामिल है, जो हमें सेफिड्स की वास्तविक चमक को जांचने की अनुमति देता है। हमारे उद्देश्यों के लिए, वह आकाशगंगा NGC 4258 है। दूसरा चरण हाल के प्रकार Ia सुपरनोवा की मेजबान आकाशगंगा में सेफिड चर का निरीक्षण करना है। पहले दो चरणों का संयोजन उनकी वास्तविक चमक को जांचने के लिए दूरी के ज्ञान को सुपरनोवा में स्थानांतरित करता है। तीसरा चरण दूर के सुपरनोवा का निरीक्षण करना है जहां ब्रह्मांड का विस्तार महत्वपूर्ण है, जिसे सुपरनोवा की मेजबान आकाशगंगा के रेडशिफ्ट से उनकी चमक से अनुमानित दूरी की तुलना करके मापा जा सकता है। चरणों की इस श्रृंखला को दूरी सीढ़ी कहा जाता है।
हमने हाल ही में चरण एक और दो से पहला वेब माप प्राप्त किया, जिसने हमें निकट-अवरक्त तरंग दैर्ध्य पर वेधशाला के रिज़ॉल्यूशन के कारण, दूरी सीढ़ी को पूरा करने और पिछले हबल माप (आंकड़ा देखें) के साथ तुलना करने की अनुमति दी। यह सुधार वही है जिसका खगोलशास्त्री सपना देखते हैं! हमने पहले दो चरणों में 320 से अधिक सेफिड्स देखे। हम पुष्टि करते हैं कि शुरुआती हबल स्पेस टेलीस्कोप माप शोर के बावजूद सटीक थे। हमने वेब के साथ चार अन्य सुपरनोवा होस्टों का भी अवलोकन किया और हमने पूरे नमूने में समान परिणाम देखे।
दूरियों को मापने के लिए सेफिड चर तारा अवधि-चमकदारता संबंधों की तुलना। लाल बिंदु नासा के वेब से है, और ग्रे बिंदु नासा के हबल से है। शीर्ष पैनल एनजीसी 5584 है, जो एक टाइप आईए सुपरनोवा होस्ट है, और इनसेट उसी सेफिड वैरिएबल के छवि मार्कर दिखाता है जैसा कि प्रत्येक टेलीस्कोप द्वारा देखा जाता है। निचला पैनल एनजीसी 4258 है, जो ज्ञात ज्यामितीय दूरी वाली एक आकाशगंगा है, और इनसेट प्रत्येक दूरबीन से मापे गए एनजीसी 5584 और एनजीसी 4258 के बीच दूरी मापांक में अंतर दिखाता है। दोनों दूरबीनों के बीच समझौता बहुत अच्छा है। छवि स्रोत: NASA, ESA, ए. रीस (STScI) और जी. आनंद (STScI)
हबल तनाव के बने रहने का रहस्य
नतीजे अभी भी यह स्पष्ट नहीं कर पाए हैं कि ब्रह्मांड इतनी तेजी से क्यों फैल रहा है! हम इसकी शिशु छवि (ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि) को देखकर अनुमान लगा सकते हैं कि ब्रह्मांड कितनी तेजी से विस्तारित हो रहा है और फिर समय के साथ ब्रह्मांड कैसे विकसित हुआ है इसके सर्वोत्तम मॉडल का उपयोग करके हमें यह बता सकते हैं कि आज ब्रह्मांड का विस्तार कितनी तेजी से होना चाहिए। तथ्य यह है कि विस्तार दर की वर्तमान माप भविष्यवाणियों से कहीं अधिक है, यह एक दशक पुरानी समस्या है जिसे "हबल तनाव" के रूप में जाना जाता है। सबसे रोमांचक संभावना यह है कि ब्रह्मांड की हमारी समझ में तनाव कुछ गायब सुरागों में से एक है।
यह विदेशी डार्क एनर्जी, विदेशी डार्क मैटर, गुरुत्वाकर्षण की हमारी समझ में संशोधन या अद्वितीय कणों या क्षेत्रों के अस्तित्व का संकेत दे सकता है। अधिक सामान्य व्याख्या यह है कि कई माप त्रुटियाँ एक ही दिशा में हुई हैं (खगोलविद स्वतंत्र चरणों का उपयोग करके व्यक्तिगत त्रुटियों को खारिज करते हैं), इसलिए उच्च निष्ठा के साथ माप को फिर से करना इतना महत्वपूर्ण है। वेब द्वारा हबल के माप की पुष्टि के साथ, वेब माप अब तक का सबसे मजबूत सबूत प्रदान करता है कि हबल के सेफिड फोटोमेट्री में व्यवस्थित त्रुटियां वर्तमान हबल तनाव में महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाती हैं। परिणामस्वरूप, अधिक दिलचस्प संभावनाएँ बनी रहती हैं और तनाव का रहस्य गहराता जाता है।
यह लेख द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल द्वारा स्वीकृत एक पेपर के डेटा पर प्रकाश डालता है।