कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड: बिग बैंग के अवशेष

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2013 में यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) के प्लैंक उपग्रह द्वारा ली गई कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड रेडिएशन की एक छवि, आकाश में छोटे बदलावों को दिखाती है

(छवि: © ईएसए / प्लैंक सहयोग)

कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (CMB) को बिग बैंग से बचे हुए विकिरण या ब्रह्मांड के शुरू होने का समय माना जाता है। जैसा कि सिद्धांत जाता है, जब ब्रह्मांड का जन्म हुआ था, तो यह तेजी से मुद्रास्फीति और विस्तार से गुजर रहा था। (ब्रह्मांड आज भी विस्तार कर रहा है, और जहां आप देखते हैं, उसके आधार पर विस्तार दर अलग-अलग दिखाई देती है)। CMB बिग बैंग से बची हुई गर्मी का प्रतिनिधित्व करता है।

आप अपनी नग्न आंखों से सीएमबी नहीं देख सकते हैं, लेकिन यह ब्रह्मांड में हर जगह है। यह मनुष्यों के लिए अदृश्य है क्योंकि यह इतना ठंडा है, पूर्ण शून्य से 2.725 डिग्री अधिक (शून्य से 459.67 डिग्री फ़ारेनहाइट या शून्य से 273.15 डिग्री सेल्सियस) अधिक है। इसका मतलब है कि इसका विकिरण विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के माइक्रोवेव भाग में सबसे अधिक दिखाई देता है।

उत्पत्ति और खोज

ब्रह्मांड 13.8 बिलियन साल पहले शुरू हुआ था, और बिग बैंग के लगभग 400,000 साल बाद सीएमबी वापस आया। ऐसा इसलिए है क्योंकि ब्रह्मांड के शुरुआती चरणों में, जब यह आज था, तो इसका आकार केवल एक-सौ मिलियन था, इसका तापमान चरम पर था: 273 मिलियन डिग्री ऊपर पूर्ण शून्य, नासा के अनुसार।

उस समय मौजूद कोई भी परमाणु जल्दी से छोटे कणों (प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों) में टूट गया था। फोटॉन में CMB से विकिरण (प्रकाश, या अन्य विकिरण की मात्रा का प्रतिनिधित्व करने वाले कण) इलेक्ट्रॉनों से बिखर गए थे। "इस प्रकार, फोटॉन प्रारंभिक ब्रह्मांड से भटक गए, जैसे ऑप्टिकल प्रकाश घने कोहरे के माध्यम से भटकता है," नासा ने लिखा।

बिग बैंग के लगभग 380,000 साल बाद ब्रह्मांड इतना ठंडा था कि हाइड्रोजन बन सकता था। क्योंकि हाइड्रोजन से टकराने से CMB फोटॉन मुश्किल से प्रभावित होते हैं, फोटॉन सीधी रेखाओं में यात्रा करते हैं। कॉस्मोलॉजिस्ट एक "अंतिम बिखरने की सतह" का उल्लेख करते हैं जब सीएमबी फोटॉन अंतिम हिट पदार्थ होते हैं; उसके बाद, ब्रह्मांड बहुत बड़ा था। इसलिए जब हम सीएमबी का नक्शा बनाते हैं, तो हम बिग बैंग के बाद के 380,000 वर्षों के बाद के समय को देख रहे हैं, बस जब ब्रह्मांड विकिरण के लिए अपारदर्शी था।

अमेरिकी कॉस्मोलॉजिस्ट राल्फ एरोफ़ ने पहली बार 1948 में सीएमबी की भविष्यवाणी की थी, जब वह नासा के अनुसार रॉबर्ट हरमन और जॉर्ज गैमो के साथ काम कर रहे थे। टीम बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस, या हाइड्रोजन के सबसे हल्के आइसोटोप (प्रकार) के अलावा ब्रह्मांड में तत्वों के उत्पादन से संबंधित अनुसंधान कर रही थी। इस प्रकार के हाइड्रोजन को ब्रह्मांड के इतिहास में बहुत पहले बनाया गया था।

लेकिन सीएमबी पहली बार दुर्घटना से मिला था। 1965 में, बेल टेलीफोन लेबोरेटरीज (अर्नो पेनज़ियास और रॉबर्ट विल्सन) के साथ दो शोधकर्ता एक रेडियो रिसीवर बना रहे थे, और इसे उठा रहे शोर से हैरान थे। उन्होंने जल्द ही महसूस किया कि शोर पूरे आसमान से समान रूप से आया। उसी समय, प्रिंसटन यूनिवर्सिटी (रॉबर्ट डिके के नेतृत्व में) की एक टीम सीएमबी को खोजने की कोशिश कर रही थी। डिके की टीम को बेल प्रयोग की हवा मिली और एहसास हुआ कि सीएमबी पाया गया था।

दोनों टीमों ने 1965 में जल्दी से एस्ट्रोफिजिकल जर्नल में पत्र प्रकाशित किए, जिसमें पेन्ज़िया और विल्सन ने जो कुछ देखा, उसके बारे में बात की और डिके की टीम ने बताया कि ब्रह्मांड के संदर्भ में इसका क्या अर्थ है। (बाद में, पेनज़ियास और विल्सन दोनों को भौतिकी में 1978 का नोबेल पुरस्कार मिला)।

अधिक विस्तार से अध्ययन

सीएमबी वैज्ञानिकों के लिए उपयोगी है क्योंकि यह हमें यह जानने में मदद करता है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड का निर्माण कैसे हुआ। यह एक समान तापमान पर होता है जिसमें सटीक दूरबीनों के साथ केवल छोटे उतार-चढ़ाव दिखाई देते हैं। "इन उतार-चढ़ावों का अध्ययन करके, कॉस्मोलॉजिस्ट आकाशगंगाओं की उत्पत्ति और आकाशगंगाओं के बड़े पैमाने पर संरचनाओं के बारे में जान सकते हैं और वे बिग बैंग सिद्धांत के बुनियादी मापदंडों को माप सकते हैं," नासा ने लिखा है।

जबकि सीएमबी के कुछ हिस्सों को इसकी खोज के बाद आने वाले दशकों में मैप किया गया था, पहला अंतरिक्ष-आधारित पूर्ण-आकाश का मानचित्र नासा के कॉस्मिक बैकग्राउंड एक्सप्लोरर (COBE) मिशन से आया था, जो 1989 में लॉन्च हुआ था और 1993 में विज्ञान संचालन बंद हो गया था। ब्रह्मांड के अनुसार, जैसा कि नासा ने कहा है, बिग बैंग सिद्धांत की भविष्यवाणियों की पुष्टि की और ब्रह्मांडीय संरचना के संकेत भी दिखाए जो पहले नहीं देखे गए थे। 2006 में, भौतिकी में नोबेल पुरस्कार को NASA के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर के COBE वैज्ञानिकों जॉन माथेर और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के जॉर्ज स्मूट को प्रदान किया गया था।

2003 में विल्किंसन माइक्रोवेव एनीसोट्रॉफी प्रोब (WMAP) के सौजन्य से एक और विस्तृत नक्शा आया, जिसने जून 2001 में लॉन्च किया और 2010 में विज्ञान के आंकड़ों को इकट्ठा करना बंद कर दिया। पहली तस्वीर में ब्रह्मांड की आयु 13.7 बिलियन वर्ष आंकी गई (माप के बाद से 13.8 बिलियन तक साल) और एक आश्चर्य की बात भी सामने आई: सबसे पुराने सितारे बिग बैंग के लगभग 200 मिलियन वर्ष बाद चमकने लगे, जो कि पहले की भविष्यवाणी की तुलना में बहुत कम था।

वैज्ञानिकों ने ब्रह्मांड के बहुत प्रारंभिक मुद्रास्फीति चरणों (गठन के बाद ट्रिलियन सेकंड में) का अध्ययन करके और परमाणु घनत्व, ब्रह्मांड के लंपपन और ब्रह्मांड के अन्य गुणों के निर्माण के कुछ ही समय बाद इसे बनाने के कुछ ही समय बाद इन परिणामों का अध्ययन किया। उन्होंने आकाश के दोनों गोलार्धों में औसत तापमान में एक अजीब विषमता देखी, और एक "ठंडा स्थान" जो उम्मीद से बड़ा था। WMAP टीम को उनके काम के लिए मौलिक भौतिकी में 2018 का निर्णायक पुरस्कार मिला।

2013 में, यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी के प्लैंक स्पेस टेलीस्कोप से डेटा जारी किया गया था, जो अभी तक सीएमबी की सबसे अधिक सटीक तस्वीर दिखा रहा है। वैज्ञानिकों ने इस जानकारी के साथ एक और रहस्य को उजागर किया: बड़े कोणीय पैमाने पर सीएमबी में उतार-चढ़ाव भविष्यवाणियों से मेल नहीं खाते थे। प्लैंक ने यह भी पुष्टि की कि WMAP ने विषमता और ठंडे स्थान के संदर्भ में क्या देखा। 2018 में प्लैंक की अंतिम डेटा रिलीज (2009 और 2013 के बीच संचालित मिशन) ने अधिक सबूत दिखाया कि अंधेरे पदार्थ और अंधेरे ऊर्जा - रहस्यमय बल जो ब्रह्मांड के त्वरण के पीछे होने की संभावना है - मौजूद हैं।

अन्य शोध प्रयासों ने सीएमबी के विभिन्न पहलुओं को देखने का प्रयास किया है। ई-मोड्स नामक एक प्रकार के ध्रुवीकरण का निर्धारण कर रहा है (2002 में अंटार्कटिका स्थित डिग्री एंगुलर स्केल इंटरफेरोमीटर द्वारा खोजा गया) और बी-मोड्स। ई-मोड के गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग से बी-मोड का उत्पादन किया जा सकता है (यह लेंसिंग पहली बार 2013 में दक्षिणी ध्रुव टेलीस्कोप द्वारा देखी गई थी) और गुरुत्वाकर्षण तरंगें (जो 2016 में पहली बार उन्नत लेजर इंटरफेरोमीटर गुरुत्वाकर्षण तरंग वेधशाला, या एलआईजीओ का उपयोग करके देखी गई थीं)। 2014 में, अंटार्कटिक-आधारित BICEP2 साधन को गुरुत्वाकर्षण तरंग B- मोड मिला था, लेकिन आगे के अवलोकन (प्लैंक से काम सहित) ने दिखाया कि ये परिणाम लौकिक धूल के कारण थे।

2018 के मध्य तक, वैज्ञानिक अभी भी उस संकेत की तलाश कर रहे हैं जिसने बिग बैंग के तुरंत बाद तेजी से ब्रह्मांड के विस्तार की एक संक्षिप्त अवधि दिखाई। उस समय, ब्रह्मांड प्रकाश की गति से तेज दर से बड़ा हो रहा था। यदि ऐसा हुआ, तो शोधकर्ताओं को संदेह है कि यह सीएमबी में ध्रुवीकरण के एक रूप के माध्यम से दिखाई देनी चाहिए। उस वर्ष एक अध्ययन ने सुझाव दिया कि नैनोडायमंड्स से एक चमक एक बेहोश, लेकिन सुपाच्य, प्रकाश पैदा करती है जो ब्रह्मांडीय टिप्पणियों के साथ हस्तक्षेप करती है। अध्ययन के लेखकों ने कहा कि अब इस चमक का हिसाब है, भविष्य की जांच सीएमबी में बेहोश ध्रुवीकरण के लिए इसे बेहतर तरीके से हटा सकती है।

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