जब यह पहली आकाशगंगाओं की बात आती है, तो जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप उन आकाशगंगाओं के गठन और अंतर्निहित अंधेरे पदार्थ के उनके लिंक को समझने का प्रयास करेगा। इसलिए आकाशगंगाओं का अध्ययन करके - और विशेष रूप से उनके गठन - हम कुछ संकेत प्राप्त कर सकते हैं कि अंधेरे पदार्थ कैसे काम करते हैं। कम से कम, यह आशा है। यह पता चला है कि खगोल विज्ञान उससे थोड़ा अधिक जटिल है, और इन दूर की आकाशगंगाओं का अध्ययन करते समय हमें जिन प्रमुख चीजों से निपटना है, उनमें से एक धूल है। ढेर सारी धूल।
यह सही है: पुराने जमाने की धूल। और कुछ फैंसी सिमुलेशन के लिए धन्यवाद, हम तस्वीर को साफ करना शुरू कर रहे हैं।
वहाँ रोशनी होने दो
आकाशगंगाओं ने सबसे पहले बहुत पहले ही बनना शुरू कर दिया था, हमारे ब्रह्मांड के इतिहास में सिर्फ कुछ सौ साल। लेकिन अभी तक हमारे पास उन पहली आकाशगंगाओं की कोई प्रत्यक्ष छवि नहीं है। वे बिना किसी दूरबीन के हम तक पहुँचने के लिए अपनी रोशनी के लिए बहुत दूर हैं। क्या अधिक है, क्योंकि वे बहुत दूर हैं और ब्रह्मांड का विस्तार तब हुआ है जब उनका प्रकाश उत्सर्जित होता है, वे दृश्य प्रकाश में चमक नहीं लेते हैं। उनके प्रकाश को अवरक्त स्पेक्ट्रम तक लाल कर दिया गया है। तो इन शिशु आकाशगंगाओं के मानचित्रण के लिए किसी भी अवसर पर हमें एक बड़े अवरक्त दूरबीन की आवश्यकता है। जेम्स वेब दर्ज करें।
जेम्स वेब एक सर्वेक्षण उपकरण नहीं है; यह ब्रह्मांड के एक अविश्वसनीय रूप से बड़ी मात्रा के नक्शे पर नहीं आया। लेकिन यह निश्चित रूप से हमें कुछ पोर्ट्रेट देगा कि 13 अरब साल पहले ब्रह्मांड क्या था और विशेष रूप से उन युवा आकाशगंगाओं की तरह क्या था। और उन आकाशगंगाओं की संरचना और संरचना अंतर्निहित अंधेरे पदार्थ पर निर्भर करती है। डार्क मैटर की मात्रा से सब कुछ, यह वास्तव में किस चीज से बना है, और यह समूह के साथ मिलकर कैसे तय करता है, यह सभी आकाशगंगाओं के निर्माण को प्रभावित करता है। ये (वर्तमान में अज्ञात) काले पदार्थ के गुण बदलते हैं कि कितनी आकाशगंगाएँ हैं, वे कितनी उज्ज्वल हैं, और यहां तक कि वे किस प्रकार के तारों की मेजबानी करते हैं।
हालांकि, आकाशगंगा और अंधेरे पदार्थ के बीच यह संबंध वास्तव में केवल सिमुलेशन में समझा जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि हमारे पास डार्क मैटर की बहुत सी प्रत्यक्ष टिप्पणियां नहीं हैं (जैसे कि नाम ही आपको सुराग नहीं देगा)। संक्षेप में, हम पूरी तरह से नहीं समझते हैं कि डार्क मैटर क्या है। इसलिए कभी-कभी हमें अनुमान लगाना पड़ता है, और हम इन अनुमानों को ब्रह्मांड के विकास के एक कंप्यूटर सिमुलेशन के अंदर डालते हैं, और हम देखते हैं कि तारे और गैस और धूल जैसे सामान्य पदार्थ उस पर कैसे प्रतिक्रिया करते हैं और आकाशगंगाएँ बनाते हैं।
धूल होने दो
इसलिए जेम्स वेब द्वारा उजागर आकाशगंगाओं की वास्तविक छवियों और आंकड़ों की तुलना हमारे विभिन्न सिमुलेशन से की जा सकती है, हम उम्मीद कर सकते हैं कि सबसे अच्छा मैच मिल सकता है और यह पता चलेगा कि डार्क मैटर मॉडल सबसे सटीक है। वहां से हम ब्रह्मांड के बारे में और भी जान सकते हैं, जैसे कि गुरुत्वाकर्षण के विदेशी मॉडल के लिए शिकार करना या यहां तक कि अंधेरे ऊर्जा की रहस्यमय प्रकृति (जो एक पूरी तरह से अलग लेख है) के रूप में एक सुराग प्राप्त करना।
यह सीधा लगता है लेकिन यह नहीं है। ब्रह्मांड में अवलोकन बहुत गन्दा और जटिल है और आम तौर पर बहुत मुश्किल है, क्योंकि हमारे ब्रह्मांड में सितारों और आकाशगंगाओं और अंधेरे पदार्थों और जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप की तुलना में बहुत अधिक है।
धूल भी है। बहुत ज़्यादा उसका।
धूल कार्बन और ऑक्सीजन के तारों से बनी होती है और अधिक, आकाशगंगाओं के अंदर, आकाशगंगाओं के आसपास और चक्कर लगाती है। यह पता चला है कि अंतरिक्ष अंतरिक्ष एक बहुत गन्दा स्थान है। वहाँ बस धूल है। और धूल प्रकाश के साथ खिलवाड़ करती है।
चूंकि उन दूर की आकाशगंगाओं से प्रकाश अरबों प्रकाश वर्ष तक अरबों के माध्यम से गुजरता है, जेम्स वेब तक पहुंचने के लिए, यह बहुत अधिक धूल को पार करता है। वह धूल उसे बिखेर देगी, उसे कमजोर कर देगी, और उसे लाल कर देगी। दूसरे शब्दों में, यदि हम यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि ये युवा आकाशगंगाएँ कैसी दिखती हैं, तो हम इन आकाशगंगाओं को धुंध भरे कोहरे के माध्यम से देख सकते हैं। इसलिए हमारे पास प्रारंभिक ब्रह्मांड की प्रत्यक्ष - स्पष्ट छवियां नहीं हैं - और कभी नहीं मिलेंगी।
एक बार फिर, बचाव के लिए सिमुलेशन।
एक उदाहरण है
लेकिन इस बार सिमुलेशन में कुछ अतिरिक्त सहायता है। उनके पास काम करने के लिए वास्तविक लाइव डेटा है। प्रारंभिक ब्रह्मांड से डेटा नहीं (क्योंकि हमारे पास अभी तक नहीं है) लेकिन पास के ब्रह्मांड से डेटा। हमने नक्शे और अवलोकन बनाए हैं और ब्रह्मांड के हमारे स्थानीय पैच में आकाशगंगाओं के बीच धूल के गुणों का एक हास्यास्पद हद तक अध्ययन किया है। ये डेटा तब आरंभिक ब्रह्मांड के सिमुलेशन में प्लग हो जाते हैं, जो जेम्स वेब वास्तव में देखेंगे, जितना संभव हो उतना सटीक भविष्यवाणी करने का प्रयास करें।
यह आपके चारों ओर कोहरे के नमूने लेने की तरह समझने की कोशिश करता है कि वास्तव में एक दूर का प्रकाश स्तंभ कैसा दिखता है।
हाल ही में शोधकर्ताओं की एक टीम ने इल्युस्ट्रिस नामक सिमुलेशन के एक सूट से परिणाम प्रकाशित किया। जैसा कि नाम से पता चलता है, ये सिमुलेशन अविश्वसनीय रूप से परिष्कृत हैं, जिसमें न केवल काले पदार्थ और आकाशगंगाओं का निर्माण शामिल है, बल्कि इन आकाशगंगाओं से उत्सर्जित प्रकाश का अनुकरण भी है क्योंकि यह अरबों प्रकाश वर्ष धूल के प्रकाश में और जेम्स बल्ब की तरह कुछ से गुजरता है।
सिमुलेशन का मुख्य लक्ष्य यह अनुमान लगाना था कि जेम्स वेब क्या देखेगा कि खगोलविदों ने आकाशगंगा के प्रकाश समारोह को कहा है। यह कहने का सिर्फ एक शानदार तरीका है कि प्रत्येक स्तर की कितनी आकाशगंगाएं दिखाई देंगी: कितने वास्तव में उज्ज्वल हैं, कितने मध्यम-उज्ज्वल हैं, कितने मंद हैं, और इसी तरह। आकाशगंगा चमकदार फ़ंक्शन अंधेरे पदार्थ के गुणों से प्रभावित होता है: उदाहरण के लिए, यदि अंधेरे पदार्थ विशेष रूप से चिपचिपा महसूस कर रहे हैं, तो हमारे ब्रह्मांड में अधिक उज्ज्वल आकाशगंगाएं होंगी और यह इस चमकदार समारोह को स्थानांतरित कर देगा।
लेकिन स्वयं चमकदार कार्य भी धूल से प्रभावित होता है, क्योंकि धूल सभी आकाशगंगाओं से निकलने वाले प्रकाश को बदल रही है। ये सिमुलेशन डार्क वेब और आकाशगंगा गठन की अंतर्निहित भौतिकी के लिए जेम्स वेब (जो दूसरे शब्दों में, डेटा वास्तव में क्या होगा) देखेंगे, को जोड़ने वाली एंड-टू-एंड तस्वीर प्रदान करने के पहले प्रयासों में से कुछ हैं।
बेशक यह सिर्फ पहला कदम है; इन सिमुलेशन में वर्तमान टिप्पणियों के आधार पर बहुत सी धारणाएं और सर्वश्रेष्ठ-अनुमान शामिल हैं। लेकिन मुझे यकीन है कि जब तक जेम्स वेब वास्तव में उड़ान भरता है, तब तक हमारे पास बहुत अधिक डेटा और हमारी बेल्ट के तहत बहुत अधिक सिमुलेशन होंगे।
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