नए अध्ययन ने मौलिक बल को समय के साथ नहीं बदला है

छवि क्रेडिट: ईएसओ
मौलिक भौतिक स्थिरांक के संभावित समय रूपांतरों का पता लगाना या उन पर दबाव डालना बुनियादी भौतिकी की पूरी समझ की ओर एक महत्वपूर्ण कदम है और इसीलिए हम जिस दुनिया में रहते हैं। एक कदम जिसमें खगोल भौतिकी सबसे उपयोगी साबित होती है।

ठीक संरचना की पिछली खगोलीय माप स्थिर - आयाम रहित संख्या जो आवेशित कणों और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के बीच बातचीत की ताकत निर्धारित करती है - ने सुझाव दिया कि यह विशेष निरंतर समय के साथ बहुत कम बढ़ रहा है। यदि पुष्टि की जाती है, तो मौलिक भौतिकी की हमारी समझ के लिए इसका बहुत गहरा प्रभाव पड़ेगा।

कुएएन पर यूवीईएस स्पेक्ट्रोग्राफ का उपयोग करके किए गए नए अध्ययन, परनाल (चिली) में ईएसओ के वेरी लार्ज टेलीस्कोप सरणी के 8.2-मीटर दूरबीनों में से एक, ने अभूतपूर्व गुणवत्ता के साथ नया डेटा हासिल किया। इन आंकड़ों, एक बहुत ही सावधानीपूर्वक विश्लेषण के साथ संयुक्त, ठीक संरचना निरंतर के संभावित बदलाव पर तारीख करने के लिए सबसे मजबूत खगोलीय बाधाओं को प्रदान किया है। वे बताते हैं कि, पिछले दावों के विपरीत, इस मूलभूत स्थिरांक की समय भिन्नता मानने के लिए कोई प्रमाण मौजूद नहीं है।

एक अच्छा स्थिर
ब्रह्मांड की व्याख्या करने और गणितीय रूप से इसका प्रतिनिधित्व करने के लिए, वैज्ञानिक तथाकथित मौलिक स्थिरांक या निश्चित संख्याओं पर भरोसा करते हैं। भौतिकी के मूलभूत नियम, जैसा कि हम वर्तमान में उन्हें समझते हैं, लगभग 25 ऐसे स्थिरांक पर निर्भर करते हैं। प्रसिद्ध उदाहरण गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक हैं, जो पृथ्वी और चंद्रमा जैसे दो निकायों के बीच काम करने वाले बल की ताकत और प्रकाश की गति को परिभाषित करता है।

इन स्थिरांक में से एक तथाकथित "ठीक संरचना स्थिर", अल्फा = 1 / 137.03599958, इलेक्ट्रॉन के विद्युत आवेश का एक संयोजन, प्लैंक स्थिरांक और प्रकाश की गति है। ठीक संरचना स्थिरांक बताता है कि कैसे विद्युत चुम्बकीय बल परमाणुओं को एक साथ रखते हैं और जिस तरह से प्रकाश परमाणुओं के साथ बातचीत करता है।

लेकिन क्या ये मौलिक भौतिक स्थिरांक वास्तव में स्थिर हैं? क्या यूनिवर्स में हर समय और हर समय वे संख्याएँ समान होती हैं? यह उतना भोला सवाल नहीं है जितना यह लग सकता है। मूलभूत अंतःक्रियाओं के समकालीन सिद्धांत, जैसे कि ग्रैंड यूनिफिकेशन थ्योरी या सुपर-स्ट्रिंग सिद्धांत, जो गुरुत्वाकर्षण और क्वांटम यांत्रिकी का एक सुसंगत तरीके से व्यवहार करते हैं, न केवल ऊर्जा के साथ मूलभूत भौतिक स्थिरांक की निर्भरता का अनुमान लगाते हैं - कण भौतिकी प्रयोगों ने ठीक संरचना को निरंतर दिखाया है। उच्च टक्कर ऊर्जाओं पर लगभग 1/128 के मूल्य में वृद्धि - लेकिन उनके ब्रह्मांड के समय और अंतरिक्ष विविधताओं के लिए अनुमति दें। मौलिक स्थिरांक की एक समय निर्भरता भी आसानी से उत्पन्न हो सकती है, अगर तीन अंतरिक्ष आयामों के अलावा, अधिक छिपे हुए आयाम मौजूद हैं।

पहले से ही 1955 में, रूसी भौतिक विज्ञानी लेव लैंडौ ने अल्फा की समय पर निर्भरता की संभावना पर विचार किया। 1960 के दशक के उत्तरार्ध में, संयुक्त राज्य अमेरिका में जॉर्ज गामो ने सुझाव दिया कि इलेक्ट्रॉन का प्रभार, और इसलिए अल्फा भी भिन्न हो सकते हैं। हालांकि यह स्पष्ट है कि इस तरह के परिवर्तन, यदि कोई हो, बड़े नहीं हो सकते हैं या वे पहले से ही तुलनात्मक रूप से सरल प्रयोगों में पता लगाए जा सकते हैं। इन संभावित परिवर्तनों को ट्रैक करने के लिए सबसे परिष्कृत और सटीक तकनीकों की आवश्यकता होती है।

समय में पीछे देखना
वास्तव में, ठीक संरचना निरंतर अल्फा के संभावित रूपांतर के लिए काफी मजबूत बाधाएं पहले से ही मौजूद हैं। ऐसा ही एक अवरोध भूवैज्ञानिक प्रकृति का है। यह ओक्लो (गैबॉन, पश्चिम अफ्रीका) के पास स्थित प्राचीन प्राकृतिक विखंडन रिएक्टर में किए गए उपायों पर आधारित है और जो 2,000 मिलियन साल पहले सक्रिय था। तत्वों के दिए गए सेट के वितरण का अध्ययन करके - दुर्लभ पृथ्वी के समस्थानिक, उदाहरण के लिए, समैरियम - जो यूरेनियम के विखंडन द्वारा उत्पादित किए गए थे, कोई अनुमान लगा सकता है कि क्या भौतिक प्रक्रिया उससे तेज या धीमी गति से हुई, जितनी हम उम्मीद करेंगे। आजकल। इस प्रकार हम यहां पर, अल्फा में मूलभूत स्थिर के मूल्य के संभावित परिवर्तन को माप सकते हैं। हालांकि, तत्वों का मनाया वितरण यह मानकर गणना के अनुरूप है कि उस समय अल्फा का मूल्य आज के मूल्य के समान था। 2 अरब वर्षों में, अल्फा का परिवर्तन इसलिए प्रति 100 मिलियन में लगभग 2 भागों से छोटा है। यदि सब कुछ मौजूद है, तो यह वास्तव में एक छोटा सा बदलाव है।

लेकिन यूनिवर्स के इतिहास में पहले के बदलावों के बारे में क्या?

इसे मापने के लिए हमें अतीत में अभी भी जांच करने के साधन खोजने होंगे। और यह वह जगह है जहां खगोल विज्ञान मदद कर सकता है। क्योंकि, भले ही खगोलशास्त्री आम तौर पर प्रयोग नहीं कर सकते, लेकिन ब्रह्मांड स्वयं एक विशाल परमाणु भौतिकी प्रयोगशाला है। बहुत दूरस्थ वस्तुओं का अध्ययन करके, खगोलविद लंबे समय तक वापस देख सकते हैं। इस तरह से भौतिक स्थिरांक के मूल्यों का परीक्षण करना संभव हो जाता है जब ब्रह्माण्ड की वर्तमान उम्र केवल 25% थी, यानी लगभग 10,000 मिलियन वर्ष पहले।

बहुत दूर बीकन
ऐसा करने के लिए, खगोलविद स्पेक्ट्रोस्कोपी पर भरोसा करते हैं - पदार्थ द्वारा उत्सर्जित या अवशोषित प्रकाश के गुणों का मापन। जब एक लौ से प्रकाश को एक प्रिज्म के माध्यम से देखा जाता है, तो एक इंद्रधनुष दिखाई देता है। जब लौ पर नमक छिड़कते हैं, तो इंद्रधनुष के सामान्य रंगों पर अलग-अलग पीले रंग की रेखाएं होती हैं, जिन्हें तथाकथित उत्सर्जन लाइनें कहा जाता है। लौ और प्रिज़्म के बीच गैस सेल डालते हुए, कोई इंद्रधनुष पर गहरे रंग की रेखाएँ देखता है: ये अवशोषण रेखाएँ हैं। इन उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा लाइनों की तरंग दैर्ध्य सीधे नमक या गैस में परमाणुओं के ऊर्जा स्तर से संबंधित है। स्पेक्ट्रोस्कोपी इस प्रकार हमें परमाणु संरचना का अध्ययन करने की अनुमति देता है।

परमाणुओं की ठीक संरचना को स्पेक्ट्रोस्कोपिक रूप से उन परमाणुओं में कुछ ऊर्जा स्तरों के विभाजन के रूप में देखा जा सकता है। इसलिए यदि अल्फा को समय के साथ बदलना है, तो इन परमाणुओं का उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा भी बदल जाएगा। ब्रह्माण्ड के इतिहास पर अल्फा के मूल्य में किसी भी परिवर्तन की तलाश करने का एक तरीका इसलिए दूर के क्वैश्चरों के स्पेक्ट्रा को मापना है, और कुछ वर्णक्रमीय रेखाओं के तरंगदैर्ध्य की तुलना वर्तमान के मूल्यों से करना है।

क्वासर यहां केवल एक बीकन के रूप में उपयोग किया जाता है - लौ - बहुत दूर यूनिवर्स में। आकाशगंगाओं में गैस के इंटरस्टेलर बादल, कासर और हमारे बीच दृष्टि की एक ही रेखा पर और छह से ग्यारह हजार प्रकाश वर्ष तक की दूरी पर, क्वासरों द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के कुछ हिस्सों को अवशोषित करते हैं। परिणामस्वरूप स्पेक्ट्रम परिणामस्वरूप अंधेरे "घाटियों" को प्रस्तुत करता है जिन्हें अच्छी तरह से ज्ञात तत्वों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

यदि प्रकाश की यात्रा की अवधि में परिवर्तन करने के लिए ठीक-ठाक संरचना निरंतर होती है, तो परमाणुओं में ऊर्जा का स्तर प्रभावित होगा और अवशोषण रेखाओं की तरंगदैर्घ्य को विभिन्न राशियों द्वारा स्थानांतरित किया जाएगा। प्रयोगशाला मूल्यों के साथ घाटियों के बीच सापेक्ष अंतराल की तुलना करके, हम से दूरी की एक फ़ंक्शन के रूप में अल्फा की गणना करना संभव है, अर्थात, ब्रह्मांड की आयु के एक समारोह के रूप में।

ये उपाय हालांकि बेहद नाजुक हैं और अवशोषण लाइनों के बहुत अच्छे मॉडलिंग की आवश्यकता है। वे खगोलीय स्पेक्ट्रा की गुणवत्ता पर अत्यधिक मजबूत आवश्यकताएं भी डालते हैं। स्पेक्ट्रा में माइनसक्यूल शिफ्ट के बहुत सटीक माप की अनुमति देने के लिए उनके पास पर्याप्त रिज़ॉल्यूशन होना चाहिए। और सांख्यिकीय रूप से अस्पष्ट परिणाम प्रदान करने के लिए पर्याप्त संख्या में फोटॉन को कैप्चर किया जाना चाहिए।

इसके लिए, खगोलविदों को सबसे बड़ी दूरबीनों पर सबसे उन्नत वर्णक्रमीय साधनों की ओर मुड़ना पड़ता है। यह वह जगह है जहां परानल ऑब्जर्वेटरी में अल्ट्रा-वायलेट और विजिबल इकोल स्पेक्ट्रोग्राफ (यूवीईएस) और ईएसओ की क्यूयेन 8.2-मीटर दूरबीन अपराजेय है, इस संयोजन के अप्रतिम स्पेक्ट्रल गुणवत्ता और बड़े संग्रह दर्पण क्षेत्र के लिए धन्यवाद।

लगातार या नहीं?
पैट्रिक पेटिटजेन (Institut d'Astrophysique de Paris और Observatoire de Paris, France) और रघुनाथन श्रीआनंद (IUCAA पुणे, भारत) के नेतृत्व में खगोलविदों की एक टीम ने बहुत ध्यान से UVES और Kueyen के साथ देखे गए 50 अवशोषण प्रणालियों के एक सजातीय नमूने का अध्ययन किया। दृष्टि की 18 दूर की क्वासर लाइनों के साथ। उन्होंने उच्चतम संभव वर्णक्रमीय रिज़ॉल्यूशन और सर्वश्रेष्ठ सिग्नल-टू-शोर अनुपात को प्राप्त करने के लिए कुल 34 रातों में क्वैसर का स्पेक्ट्रा दर्ज किया। इस कार्यक्रम के लिए विशेष रूप से तैयार की गई परिष्कृत स्वचालित प्रक्रियाएं लागू की गईं।

इसके अलावा, खगोलविदों ने व्यापक सिमुलेशन का इस्तेमाल यह दिखाने के लिए किया कि वे अल्फा के संभावित बदलाव को ठीक करने के लिए लाइन प्रोफाइल को सही ढंग से मॉडल कर सकते हैं।

इस व्यापक अध्ययन का परिणाम यह है कि पिछले 10,000 मिलियन वर्षों में, अल्फा की सापेक्ष भिन्नता 0.6 मिलियन प्रति मिलियन से कम होनी चाहिए। यह क्वासर अवशोषण लाइनों के अध्ययन से आज तक का सबसे मजबूत अवरोध है। इससे भी महत्वपूर्ण बात, यह नया परिणाम समय के साथ अल्फा के सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण परिवर्तन के पिछले दावों का समर्थन नहीं करता है।

दिलचस्प बात यह है कि इस परिणाम को दूसरे - कम व्यापक - विश्लेषण द्वारा समर्थित किया गया है, जो VLT [2] पर UVES स्पेक्ट्रोमीटर के साथ आयोजित किया गया है। भले ही उन टिप्पणियों को केवल सबसे उज्ज्वल ज्ञात क्वासर में से एक के साथ संबंध था, 0515-4414, यह स्वतंत्र अध्ययन अल्फा की कोई भिन्नता की परिकल्पना को और समर्थन देता है।

भले ही ये नए परिणाम मौलिक भौतिक स्थिरांक में से किसी एक के संभावित (गैर-) भिन्नता के बारे में हमारे ज्ञान में महत्वपूर्ण सुधार का प्रतिनिधित्व करते हैं, आंकड़ों का वर्तमान सिद्धांत अभी भी उन बदलावों की अनुमति देगा जो मापों के परिणामस्वरूप तुलनात्मक रूप से बड़े हैं। ओकलो प्राकृतिक रिएक्टर से। फिर भी, इस क्षेत्र में आगे की प्रगति ला सिला वेधशाला (चिली) में ईएसओ के 3.6-मीटर टेलीस्कोप पर नए अति-उच्च सटीकता वाले रेडियल वेलोसिटी स्पेक्ट्रोमीटर HARPS के साथ होने की उम्मीद है। यह स्पेक्ट्रोग्राफ आधुनिक तकनीक की सीमा पर काम करता है और इसका उपयोग ज्यादातर सूर्य के अलावा सितारों के आसपास के नए ग्रहों का पता लगाने के लिए किया जाता है - यह अल्फा की भिन्नता के निर्धारण पर परिमाण में सुधार का आदेश प्रदान कर सकता है।

अन्य मूलभूत स्थिरांक को क्वासर का उपयोग करके जांचा जा सकता है। विशेष रूप से, दूरस्थ ब्रह्मांड में आणविक हाइड्रोजन के तरंग दैर्ध्य का अध्ययन करके, एक प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बीच के अनुपात की विविधता की जांच कर सकते हैं। वही टीम अब वेरी लार्ज टेलीस्कोप के साथ इतने बड़े सर्वेक्षण में लगी हुई है जिससे इस अनुपात में अभूतपूर्व अवरोध उत्पन्न हो।

मूल स्रोत: ESO समाचार रिलीज़