ब्रह्माण्ड के सबसे रहस्यमय पदार्थ डार्क मैटर का अध्ययन

शायद इस समय खगोल विज्ञान में सबसे बड़ा प्रश्न यह है जो सरल लगता है: ब्रह्मांड किससे बना है? हम प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों के बारे में जानते हैं, और हम जानते हैं कि ये कण मिलकर उस ब्रह्मांड का निर्माण करते हैं जिसे हम देखते हैं: तारे, ग्रह, धूमकेतु और ब्लैक होल।

लेकिन यह सब जो मौजूद है उसका एक छोटा सा अंश मात्र है। साधारण पदार्थ, जिसे खगोलशास्त्री बेरियोनिक पदार्थ कहते हैं, जब आप हमारे ब्रह्मांड को समग्र रूप से देखते हैं तो यह अल्पमत में होता है। ब्रह्मांड वास्तव में डार्क मैटर और डार्क एनर्जी पर हावी है, ये दो रहस्यमय चीजें हैं जिनका हमने कभी सीधे पता नहीं लगाया है।

इस अजीब पहेली की जांच के लिए यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ईएसए) यूक्लिड अंतरिक्ष का निर्माण कर रही है टेलीस्कोप, डार्क मैटर और डार्क एनर्जी दोनों की जांच के लिए एक अत्याधुनिक परियोजना जिसे लॉन्च किया जाएगा 2022 में.

किसी अदृश्य चीज़ को खोजने के लिए आप एक उपकरण कैसे बनाते हैं, इसके बारे में अधिक जानने के लिए, हमने यूक्लिड के परियोजना वैज्ञानिक रेने लॉरीज़ से बात की।

केवल प्रभाव देख रहे हैं

डार्क मैटर और डार्क एनर्जी दोनों सैद्धांतिक निर्माण हैं, हमारे पास यह मानने का अच्छा कारण है कि वे मौजूद हैं, भले ही किसी का भी सीधे तौर पर पता नहीं लगाया गया हो। इसके बजाय, हम जानते हैं कि वे वहां अवश्य होंगे क्योंकि हम ब्रह्मांड पर उनके प्रभाव देखते हैं।

लॉरीज़ ने समझाया, "डार्क मैटर एक ऐसी चीज़ है जिसका आप केवल प्रभाव देखते हैं।" “तो आप किसी चीज़ को हिलते हुए, या चीज़ों को एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हुए देखते हैं, और आप नहीं जानते कि इसका कारण क्या है। हम इसे खगोल विज्ञान में भी देखते हैं कि चीजें आकर्षित होती हैं, या चीजें चल रही हैं, और जो कुछ भी हो रहा है उसे देखकर, हम सामान्य पदार्थ की उपस्थिति से इन गतिविधियों की व्याख्या नहीं कर सकते हैं।

यह आकर्षण वास्तव में बहुत बड़े पैमाने पर, आकाशगंगाओं के आकार की वस्तुओं को देखने पर ही ध्यान देने योग्य होता है। सबसे पहले, खगोलविदों ने सोचा कि शायद गुरुत्वाकर्षण के उनके विवरण में कुछ गड़बड़ है, और यही कारण है कि यह खगोलीय पैमाने पर अलग दिखता है। लेकिन वे अब काफी हद तक आश्वस्त हैं कि यह एक कण है जो इन प्रभावों का कारण बनता है, हालांकि कण का पता लगाना स्वयं एक सतत चुनौती है। “हमने इसे कभी नहीं देखा है, लेकिन हम किसी ऐसी चीज़ के अप्रत्यक्ष प्रमाण देखते हैं जो पदार्थ की तरह व्यवहार करती है लेकिन देखी नहीं जा सकती। और इसे हम डार्क मैटर कहते हैं,” लॉरीज़ ने कहा।

और फिर वहाँ डार्क एनर्जी है। यह डार्क मैटर के समान है क्योंकि इसका उपयोग ब्रह्मांड के बारे में अप्रत्याशित टिप्पणियों को समझाने के लिए किया जाता है। लेकिन यह बहुत अलग है क्योंकि खगोलविदों का मानना ​​है कि यह एक कण के बजाय ऊर्जा का एक रूप हो सकता है। इसका उपयोग ब्रह्मांड के विस्तार को समझाने के लिए किया जाता है। हम जानते हैं कि ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, लेकिन 1990 के दशक में हबल स्पेस टेलीस्कोप जैसे नए उपकरणों से किए गए अवलोकन ने खगोलविदों को यह दिखाकर चौंका दिया कि विस्तार की दर तेज हो रही थी।

“यह एक बहुत ही सूक्ष्म प्रभाव है, लेकिन दूर की आकाशगंगाओं की दूरी को सटीक रूप से मापकर, लोगों पर प्रभाव पड़ता है 20 साल पहले पता चला कि ब्रह्मांड न केवल फैल रहा है, बल्कि त्वरित तरीके से फैल रहा है।'' लॉरीज़ व्याख्या की। “इसका मतलब है कि एक अतिरिक्त ऊर्जा है जो आकाशगंगाओं को बाहर धकेल रही है, और यह पता चला है कि यह त्वरण लगभग 6 अरब साल पहले ब्रह्मांड की आधी उम्र में शुरू हुआ था। यह सचमुच एक पहेली है कि ऐसा क्यों हुआ। इसलिए गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध एक अतिरिक्त बल काम कर रहा है, जो सभी आकाशगंगाओं को तेजी से बाहर की ओर धकेल रहा है, और इसे ही हम डार्क एनर्जी कहते हैं।

डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के बारे में वास्तव में उल्लेखनीय बात यह है कि वे कितने प्रचलित हैं। ब्रह्मांड के कुल ऊर्जा घटक पर विचार करते समय, वर्तमान अनुमान दिखाएँ कि ब्रह्मांड का लगभग 68% भाग डार्क एनर्जी है, जबकि 27% डार्क मैटर है। हम अपने चारों ओर जो भी सामान्य पदार्थ देखते हैं - प्रत्येक तारा, प्रत्येक ग्रह, गैस का प्रत्येक अणु - जो कुछ भी मौजूद है उसका केवल 5% बनता है।

तो ब्रह्मांड का 95% हिस्सा ऐसा है जिसे हम मुश्किल से ही समझ पाते हैं। लॉरीज़ ने कहा, "भौतिकी और खगोल विज्ञान में इस समय यह हमारे लिए सबसे बड़ी पहेली है।" "एक खगोलशास्त्री के रूप में, इस समय इस समस्या पर काम करना वास्तव में बहुत अच्छा है।"

अदृश्य का शिकार कैसे करें

डार्क एनर्जी की खोज के लिए पारंपरिक तरीका सुपरनोवा का अवलोकन करके ब्रह्मांड के विस्तार को मापना रहा है। यदि कोई सुपरनोवा दूर की आकाशगंगा में विस्फोट करता है, तो हम उससे निकलने वाली ऊर्जा को ट्रैक कर सकते हैं ताकि यह अनुमान लगाया जा सके कि वह कितनी दूर है - लेकिन वहाँ हैं इस दृष्टिकोण की सीमाएँ. इसलिए हाल के दशकों में, ब्रह्मांड के विस्तार को मापने के लिए दो नए तरीकों की कल्पना की गई है, और यूक्लिड दोनों का उपयोग करेगा।

पहली विधि ब्रह्मांड में आकाशगंगाओं के वितरण को देखना है। खगोलशास्त्री किसी आकाशगंगा की दूरी को देखते हैं और उसके रेडशिफ्ट (उस आकाशगंगा से निकलने वाले प्रकाश की डिग्री) का निरीक्षण करते हैं को स्पेक्ट्रम के लाल सिरे पर स्थानांतरित कर दिया गया है), और इससे वे पता लगा सकते हैं कि आकाशगंगा कितनी तेजी से दूर जा रही है हम।

दूसरा तरीका है निरीक्षण करना डार्क मैटर का वितरण. हम जानते हैं कि सामान्य पदार्थ का वितरण डार्क मैटर के वितरण के बाद होता है, और वहाँ सामान्य पदार्थ की तुलना में बहुत अधिक डार्क मैटर है। डार्क मैटर के गुरुत्वाकर्षण प्रभावों को ग्रेविटेशनल लेंसिंग नामक तकनीक के माध्यम से देखा जा सकता है, जिसमें डार्क मैटर का द्रव्यमान अपने चारों ओर प्रकाश को मोड़ देता है।

यही कारण है कि यूक्लिड डार्क मैटर और डार्क एनर्जी दोनों की खोज कर रहा है - क्योंकि एक के बारे में सीखना हमें दूसरे के बारे में भी सिखा सकता है।

परिशुद्धता का अविश्वसनीय स्तर

डार्क एनर्जी और डार्क मैटर का अध्ययन करने के लिए आवश्यक प्रकार के डेटा एकत्र करने के लिए, उपकरण वैचारिक रूप से अपेक्षाकृत सरल हैं। यूक्लिड के दो प्राथमिक उपकरण हैं: एक इन्फ्रारेड कैमरा/स्पेक्ट्रोमीटर, और एक विशाल ऑप्टिकल कैमरा।

इन्फ्रारेड उपकरण में विभिन्न फिल्टर और ग्रेटिंग प्रिज्म होते हैं जो इसे दूर की आकाशगंगाओं के रेडशिफ्ट को मापने की अनुमति देते हैं, जिससे पता चलता है कि वे हमसे कितनी दूर जा रही हैं। ऑप्टिकल कैमरा 36 सेंसर का एक मोज़ेक है जो 600 मेगापिक्सेल से अधिक का कुल रिज़ॉल्यूशन देता है, जिसके परिणामस्वरूप डिजिटल कैमरे के अधिक सटीक संस्करण की तरह बेहद तेज छवियां मिलती हैं। और फिर 1.2-मीटर दर्पण वाला टेलीस्कोप भी है।

हार्डवेयर के निर्माण की चुनौती अविश्वसनीय रूप से उच्च स्तर की सटीकता की आवश्यकता है। वैज्ञानिक डार्क मैटर और डार्क एनर्जी की मौजूदगी के कारण जिन विकृतियों की तलाश कर रहे हैं, वे बहुत छोटी हैं उपकरणों को अविश्वसनीय रूप से संवेदनशील होना चाहिए, जो रीडिंग में सबसे छोटे उतार-चढ़ाव को भी पकड़ने में सक्षम हो। लेकिन इसका मतलब यह है कि दूरबीन के वातावरण में कोई भी बदलाव डेटा को बड़े पैमाने पर विकृत कर सकता है। यहां तक ​​कि उपग्रह के भीतर इलेक्ट्रॉनिक्स को चालू करने जैसी छोटी चीज़ भी इसके द्वारा ली गई रीडिंग में ध्यान देने योग्य होगी।

लॉरीज़ ने कहा, "दूरबीन को इस तरह से बनाया गया है कि यह बेहद स्थिर है और बहुत तेज तस्वीरें देता है।" “और इसका देखने का क्षेत्र बहुत बड़ा है। यदि आप सब कुछ एक साथ रखते हैं - स्थिर, तेज और देखने का बड़ा क्षेत्र - तो आपको एक असंभव डिज़ाइन मिलता है! इसलिए यह बहुत कठिन है।”

टीम इस डिज़ाइन समस्या से निपटने का एक तरीका टेलीस्कोप को अंतरिक्ष में स्थापित करना है, जहां यह कहीं अधिक दूरी पर होगा स्थिर वातावरण और कैप्चर की जा सकने वाली सबसे स्पष्ट छवि की तुलना में चार से पांच गुना अधिक तेज छवि कैप्चर कर सकता है धरती। लेकिन सूर्य के प्रकाश की समस्या अभी भी है, क्योंकि सूर्य के सापेक्ष उपग्रह को समायोजित करने से यह बदल जाएगा कि इसे कितनी गर्मी प्राप्त होती है। यहां तक ​​कि कुछ मिलीवाट ऊर्जा का परिवर्तन भी उपकरणों द्वारा पता लगाने के लिए पर्याप्त है।

टेलीस्कोप डिजाइनरों को जिस सबसे बड़े मुद्दे से जूझना पड़ता है वह है विस्तार। जब सामग्री गर्म हो जाती है, तो उनका विस्तार होता है, और यहां तक ​​कि तापमान में एक छोटे से उतार-चढ़ाव के कारण दूरबीन के हिस्से सूज सकते हैं और डेटा में विकृतियां आ सकती हैं।

परिणामस्वरूप, अधिकांश यूक्लिड घटक सिलिकॉन कार्बाइड नामक एक उल्लेखनीय सामग्री से निर्मित होते हैं। इस सिरेमिक में बहुत कम विस्तार गुणांक होता है, जिसका अर्थ है कि गर्म होने पर यह बहुत कम फैलता है। और क्योंकि इसका उपयोग सभी उपकरणों में किया जाता है, यदि इसका विस्तार होता है, तो यह एक समान तरीके से होता है। यहां तक ​​कि सेंसर के फ्रेम भी सिलिकॉन कार्बाइड से बने होते हैं, जैसे दूरबीन के लिए मुख्य दर्पण होता है। दर्पण को कुछ नैनोमीटर की सहनशीलता के लिए अत्यधिक पॉलिश किया गया है, इस प्रक्रिया में लगभग एक वर्ष लग गया।

इस सारी देखभाल का मतलब है कि उपग्रह बेहद स्थिर है, और तेज, सटीक छवियां खींचने में सक्षम होगा।

मानवता को कुछ प्रदान करना

जबकि डार्क मैटर और डार्क एनर्जी का अध्ययन सैद्धांतिक भौतिकी के लिए अधिकतर महत्वपूर्ण है, शिकार के व्यावहारिक निहितार्थ भी हो सकते हैं। सबसे पहले, यूक्लिड जैसी परियोजनाओं के लिए डिज़ाइन किया गया हार्डवेयर और विकसित की गई माप तकनीक का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों की पूरी श्रृंखला में किया जा सकता है। दूसरे, यूक्लिड प्रचुर मात्रा में डेटा एकत्र करेगा।

लॉरीज़ ने कहा, "अपने डेटा के साथ, हम न केवल डार्क एनर्जी और डार्क मैटर को मापते हैं, बल्कि हम उन तरंग दैर्ध्य पर आकाश में जो कुछ भी देखते हैं उसकी तस्वीरें भी लेते हैं।" “तो इसमें बहुत अधिक खगोल विज्ञान है। और यह भी एक रोमांचक हिस्सा है, क्योंकि हम मानवता को, खगोलविदों को कुछ ऐसा प्रदान करते हैं जो बहुत नया है। अब से आठ साल बाद, आप ईएसए की वेबसाइट पर जा सकते हैं और आकाश में किसी भी स्थिति में जा सकते हैं और देख सकते हैं कि 10 मिलियन वर्ष पहले की गहराई तक, विशाल रिज़ॉल्यूशन के साथ यह कैसा दिखता है।

हालाँकि, मुख्य रूप से, डार्क मैटर और डार्क एनर्जी की खोज यह समझने के बारे में है कि हमारा ब्रह्मांड सबसे मौलिक रूप से कैसे संचालित होता है स्तर, और एक ऐसे प्रश्न का उत्तर देना जो इस समय पूरी तरह से चकित करने वाला है: “हम अपने चारों ओर जो देखते हैं वह हमारे ब्रह्मांड में मौजूद चीज़ों का केवल 5% है। अन्य 95% डार्क मैटर और डार्क एनर्जी है, जिसे हम शायद ही समझा सकते हैं," लॉरीज़ ने कहा। "यह, मेरे लिए, बुनियादी कारण है कि हम यूक्लिड करते हैं।"

ब्रह्मांड किस चीज से बना है, यह अजीब, अबूझ सवाल वैज्ञानिकों, इंजीनियरों और खगोलविदों को प्रेरित करता है जो डार्क मैटर पर काम करते हैं। क्योंकि हम अपने चारों ओर जो कुछ देखते हैं वह केवल अज्ञात में मौजूद चीज़ों की सतह को खरोंच रहा है।