गुरुत्वलहरींविषयी (Gravitational Waves) बरीचशी माहिती आपण मागिल दोन भागात (आणि विश्व बोलू लागले - भाग-१, आणि विश्व बोलू लागले - भाग-२) घेतली. या मालिकेतील तिसरा भाग लिहिण्यास कारणही तसेच आहे. चला जरा जाणून घेउ.
पार्श्वभुमी
ESO (European Southern Observatory) ह्या युरोपातल्या १६ देशांनि दक्षिण गोलार्धात, ब्रम्हांडाच्या अभ्यासासाठी उभारलेल्या निरिक्षणशाळा आहेत. या प्रामुख्याने 'चिली' या देशात चार वेगवेगळ्या ठिकाणी उभारण्यात आलेल्या आहेत. या वेगवेगळ्या ठिकाणी प्रचंड ताकतीचे Telescope लावण्यात आले असून ते वेगवेगळ्या लहरींचे (waves) निरिक्षण करतात. गुरुत्वलहरींच्या निरिक्षणाचे काम मात्र फक्त LIGO आणि VIRGO हे निरिक्षणकक्षच करू शकतात कारण त्याला तितकेच संवेदनशिल (Sensitive) आणि अवाढव्य तंत्रज्ञान (Technology) लागते. LIGO हे NSF (National Science Foundation) या अमेरिकेतील संस्थेच्या अखत्यारित येतात.
१६-ऑक्टोबर-२०१७ ला ESO आणि NSF च्या शास्त्रज्ञांनी एकत्र येउन एक पत्रकार परिषद घेउन असे जाहिर केले की त्यांना १३०० लाख वर्षापुर्वी १३००लाख प्रकाशवर्षे दुर असलेल्या NGC 4993 या दिर्घिकेत (Galaxy) घडलेली दोन न्युट्रॉन ताऱ्यांच्या मिलनाची घटना १७-ऑगस्ट-२०१७ ला विविध लहरींच्या (waves) माध्यमातून पृथ्वीवर कळाली. या घटनेला नाव दिले गेले GW170817.
खरेतर न्युट्रॉनताऱ्यांचे मिलन, त्यातून येणाऱ्या लहरी आणि अतिदुर असलेल्या दिर्घिका हे पृथ्वीवासियांसाठी दुर्मिळ घटना असल्या तरी अगदीच नवलाइच्या मात्र नव्हत्या. मग GW170817 मध्ये असे काय नाविन्य होते ? चला समजण्याचा यत्न करुयात.
न्युट्रॉन ताऱ्यांविषयी संक्षिप्त
ताऱ्यांचा जन्म हा हायड्रोजनने भरलेल्या तेजोमेघातून (Nebula) होतो हे सर्वस्रुत आहे. एकदा ताऱ्याचा जन्म झाला कि त्यात हायड्रोजनच्या ज्वलनाची प्रक्रिया सुरू होते आणि त्याचे हिलियम मध्ये रुपांतर सुरू होते. हि प्रक्रिया मग कितीतरी लाखोवर्षे चालुच राहते. सरते शेवटी ताऱ्यात असलेले हायड्रोजनचे इंधन संपते आणि त्याच्या वस्तुमानानुसार एक तर तो रक्तवर्णी तारा (Red Giant) किंवा अतीरक्तवर्णी (Red Supergiant) ताऱ्यामध्ये रुपांतरित होतो. ताऱ्याची हि अवस्थासुद्धा कायमची नसते. वस्तुमानानुसार त्याचा स्फोट होउन एकतर त्याचे तेजोमेघात (Planetary Nebula) किंवा महास्फोटकताऱ्यात (Supernova) तरी रुपांतर होते. तेजोमेघाच्या पुढच्या दोन अवस्था म्हणजे श्वेतबटू (White Dwarf) आणि काळाबटू (Black Dwarf) या होत. पण महास्फोटकताऱ्याच्या बाबतीत दोन शक्यता असतात एक म्हणजे अतीवस्तुमान एका छोट्याजागेत सामावून अति वेगाने फिरणारा न्युट्रॉन तारा (Neutron star) किंवा अतीवस्तुमान एका छोट्याजागेत सामावून प्रत्येक गोष्ट स्वाहा करणारे कृष्णविवर (Blackhole).
न्युट्रॉनतारा हे एक अजब रसायन आहे. त्याची घनता (Density) अतिप्रचंड असते आणि यात प्रामुख्याने न्युट्रॉन कणांचा भरना असतो (म्हणुनच त्याला हे नाव आहे). हे अतीप्रचंड वस्तुमान अतिशय वेगाने जेंव्हा फिरते तेंव्हा त्यामधून रेडिओलहरी बाहेर पडतात. या लहरींची स्पंदने अतिशय अचुक असतात म्हणजे समजा हि स्पंदने दर २ सेकंदाने पृथ्वीवर धडकणार असतील तर यात तिळमात्र फरक पडणार नाही (Frequency).रेडिओलहरीच्या या स्त्रोतांना 'पल्सार' (Pulsar) असे म्हणतात. त्यांच्या अचुकतेमुळे त्यांना अवकाशातील 'दिपस्तंभ' (Lighthouse or Timekeeper in the Universe) असेही नाव आहे. यांची अचुकता आण्विक घड्याळांच्यापेक्षाही (Nuclear watch) जास्त असते.
जॉसलीन बेल हिचे आपण खरोखरच ऋण मानायला पाहिजे कारण तिने पहिल्यांदा पल्सारचा शोध लावला.
GW170817
१७-ऑगस्ट-२०१७ या दिवशी LIGO आणि VIRGO या गुरुत्वलहरी निरिक्षणकक्षांना कमी क्षमतेच्या गुरुत्वलहरी (Weak Gravitational waves) दक्षिण गोलार्धातील (Southern Hemisphere) वासुकी (Hydra) या तारकासमुहातून (Constellation) आल्याचे आढळले. या लहरी १३००लाख प्रकाशवर्षे दुर असलेल्या NGC 4993 या दिर्घिकेतुन (Galaxy) दोन न्युट्रॉन ताऱ्यांच्या मिलनातून आल्या होत्या. या घटनेची माहिती लगेचच इतर निरिक्षणकक्षांना देण्यात आली. तशी हि घटना इतर घटनांच्या मानाने जवळच घडली होती तसेच या घटनेचे आकाशातील स्थानसुद्धा अचुक शोधण्यात यश आले होते त्यामुळे ७० वेगवेगळ्या निरिक्षणकक्षांच्या telescopes या घटनेच्या आकाशातील स्थानाकडे रोखल्या गेल्या.
या घटनेची उल्लेखनिय बाब अशी होती कि, गुरुत्वलहरीं पाठोपाठ विद्युतचुंबकिय लहरीसुद्धा (Electromagnetic waves) यातून निघाल्या आणि आपल्यापर्यंत पोहोचल्या. आत्तापावेतो गुरुत्वलहरी आणि कृष्णविवरांचे मिलन हे एक सुत्रच झाले होते आणि कृष्णविवरांतून काहीच बाहेर पडत नसल्यामुळे आपणास अभ्यासासाठी फारच कमी वाव होता. GW170817 या घटनेमुळे आपल्याला विविधलहरींच्या माध्यमातून याचा अभ्यास करता येइल. या घटनेतून कित्तेक पृथ्वी मावेल एवढे सोने आणि प्लॅटीनम तयार झाले हे या लहरींच्या अभ्यासातुनच कळले.
(GW170817 चे संकल्पचित्र)
निष्कर्ष,पुढिल दिशा आणि संशोधन
GW170817 या घटनेने आत्तापर्यंत खगोलशात्रातील जी बरिचशी गृहितके होती त्यांच्यावर शिक्कामोर्तबच केले आहे.
१) आइन्स्टाइनने आपल्या सापेक्षतावादाच्या सिद्धांतामध्ये (Theory of Relativity) गुरुत्वलहरींबाबत लिहून ठेवले होते. त्यात असेही म्हटले होते कि या लहरी प्रकाशाच्या वेगाने प्रवास करतील पण आत्तापर्यंत या गोष्टीला दुजोरा देणारी बाब समोर आली नव्हती. पण GW170817 मध्ये गुरुत्वलहरी पाठोपाठ गॅमा किरणांचे फोटॉनसुद्धा (Fast Gamma Ray Burst) आल्यामुळे गुरुत्वलहरी या खरोखरच प्रकाशाच्या वेगाने प्रवास करतात हे अधोरेखीत झाले.
२) न्युट्रॉन ताऱ्यांच्या अशा मिलनातून मेंडेलिफच्या आवर्तसारणीमध्ये (Periodic table) लोखंडानंतर (Iron) क्रमांक असलेली जड मुलद्रव्ये (Heavier Elements) तयार होत असावीत असा कयास होता. तो खरा ठरला आहे. GW170817 च्या घटनेत कित्तेक पृथ्वी मावेल एवढे सोने आणि प्लॅटीनम तयार झाले. लहरींच्या अभ्यासातून हि गोष्ट समोर आली.
३) जड मुलद्रव्यांच्या निर्मितीसाठी न्युट्रॉनताऱ्याचा जो स्फोट होतो तो 'KiloNova' या प्रकारात मोडत असावा असा कयास होता. पहिल्यांदाच आपणास असा 'KiloNova' अनुभवास मिळाला आहे.
४) एडवीन हबल (Edwin Hubble) या शास्त्रज्ञाला १९२० मध्ये माउंट विल्सन येथील निरिक्षणकक्षातून (Observatory) आकाश न्याहाळतांना एक गोष्ट जाणवली ते म्हणजे अति दुरवर असलेल्या अवकाशीय वस्तू (Deep sky objects) या काही निव्वळ हायड्रोजनचे ढग (Hydrogen cloud) किंवा एकटा-दुकटा तारा वगैरे नसून त्यातील बऱ्याचशा दिर्घिका (Galaxy) आहेत आणि त्यात अब्जावधी तारे आहेत. आणखी विशेष गोष्ट म्हणजे या दिर्घिका एकमेकांपासून दुर जात आहेत. जर त्या दुर जात असतील तर विश्वात कुठेतरी यासाठी जागा तयार होत असणार. म्हणजेच हे विश्व प्रत्येकक्षणी प्रसरण (Expanding universe) पावत आहे. यासाठी हबलने डॉप्लर परिणामात उल्लेखलेल्या 'तांम्रस्मृती'चा (Doppler effect and Red-Shift) आधार घेतला. जर विश्व प्रसरण पावत असेल तर त्याचा प्रसरणाचा वेग (Rate of expansion of the universe) किती असणार हे सुद्धा हबलने मांडले त्या वेगाला 'हबलचा स्थिरांक (Hubble constant)' असे म्हणतात.
(एडवीन हबल)
आत्तापर्यंत केलेल्या विविध प्रयोगांतून, निरिक्षणांतून आणि गणितातून हबल स्थिरांकाची किंमत ६७ ते ७२ किलोमिटर प्रतिसेकंद प्रती मेगापर्सेक येत होती. परंतु GW170817 मुळे हिच किंमत आता जवळपास ७० आहे असा निष्कर्ष निघत आहे.
GW170817 मध्ये विविधस्त्रोतांच्या माध्यमातून माहिती मिळाली यामुळे 'Multi-Messenger Astronomy' या वेगळ्या प्रकारच्या खगोल अभ्यास पद्धतीची मुहर्तमेढ झाली असेच म्हणावे लागेल.
(वाचकांना विनंती :- आपला अभिप्राय जरुर कळवा. Please register your comments below)
पार्श्वभुमी
ESO (European Southern Observatory) ह्या युरोपातल्या १६ देशांनि दक्षिण गोलार्धात, ब्रम्हांडाच्या अभ्यासासाठी उभारलेल्या निरिक्षणशाळा आहेत. या प्रामुख्याने 'चिली' या देशात चार वेगवेगळ्या ठिकाणी उभारण्यात आलेल्या आहेत. या वेगवेगळ्या ठिकाणी प्रचंड ताकतीचे Telescope लावण्यात आले असून ते वेगवेगळ्या लहरींचे (waves) निरिक्षण करतात. गुरुत्वलहरींच्या निरिक्षणाचे काम मात्र फक्त LIGO आणि VIRGO हे निरिक्षणकक्षच करू शकतात कारण त्याला तितकेच संवेदनशिल (Sensitive) आणि अवाढव्य तंत्रज्ञान (Technology) लागते. LIGO हे NSF (National Science Foundation) या अमेरिकेतील संस्थेच्या अखत्यारित येतात.
१६-ऑक्टोबर-२०१७ ला ESO आणि NSF च्या शास्त्रज्ञांनी एकत्र येउन एक पत्रकार परिषद घेउन असे जाहिर केले की त्यांना १३०० लाख वर्षापुर्वी १३००लाख प्रकाशवर्षे दुर असलेल्या NGC 4993 या दिर्घिकेत (Galaxy) घडलेली दोन न्युट्रॉन ताऱ्यांच्या मिलनाची घटना १७-ऑगस्ट-२०१७ ला विविध लहरींच्या (waves) माध्यमातून पृथ्वीवर कळाली. या घटनेला नाव दिले गेले GW170817.
खरेतर न्युट्रॉनताऱ्यांचे मिलन, त्यातून येणाऱ्या लहरी आणि अतिदुर असलेल्या दिर्घिका हे पृथ्वीवासियांसाठी दुर्मिळ घटना असल्या तरी अगदीच नवलाइच्या मात्र नव्हत्या. मग GW170817 मध्ये असे काय नाविन्य होते ? चला समजण्याचा यत्न करुयात.
न्युट्रॉन ताऱ्यांविषयी संक्षिप्त
ताऱ्यांचा जन्म हा हायड्रोजनने भरलेल्या तेजोमेघातून (Nebula) होतो हे सर्वस्रुत आहे. एकदा ताऱ्याचा जन्म झाला कि त्यात हायड्रोजनच्या ज्वलनाची प्रक्रिया सुरू होते आणि त्याचे हिलियम मध्ये रुपांतर सुरू होते. हि प्रक्रिया मग कितीतरी लाखोवर्षे चालुच राहते. सरते शेवटी ताऱ्यात असलेले हायड्रोजनचे इंधन संपते आणि त्याच्या वस्तुमानानुसार एक तर तो रक्तवर्णी तारा (Red Giant) किंवा अतीरक्तवर्णी (Red Supergiant) ताऱ्यामध्ये रुपांतरित होतो. ताऱ्याची हि अवस्थासुद्धा कायमची नसते. वस्तुमानानुसार त्याचा स्फोट होउन एकतर त्याचे तेजोमेघात (Planetary Nebula) किंवा महास्फोटकताऱ्यात (Supernova) तरी रुपांतर होते. तेजोमेघाच्या पुढच्या दोन अवस्था म्हणजे श्वेतबटू (White Dwarf) आणि काळाबटू (Black Dwarf) या होत. पण महास्फोटकताऱ्याच्या बाबतीत दोन शक्यता असतात एक म्हणजे अतीवस्तुमान एका छोट्याजागेत सामावून अति वेगाने फिरणारा न्युट्रॉन तारा (Neutron star) किंवा अतीवस्तुमान एका छोट्याजागेत सामावून प्रत्येक गोष्ट स्वाहा करणारे कृष्णविवर (Blackhole).
(ताऱ्याचा जीवनक्रम)
जॉसलीन बेल हिचे आपण खरोखरच ऋण मानायला पाहिजे कारण तिने पहिल्यांदा पल्सारचा शोध लावला.
(जॉसलीन बेल)
GW170817
१७-ऑगस्ट-२०१७ या दिवशी LIGO आणि VIRGO या गुरुत्वलहरी निरिक्षणकक्षांना कमी क्षमतेच्या गुरुत्वलहरी (Weak Gravitational waves) दक्षिण गोलार्धातील (Southern Hemisphere) वासुकी (Hydra) या तारकासमुहातून (Constellation) आल्याचे आढळले. या लहरी १३००लाख प्रकाशवर्षे दुर असलेल्या NGC 4993 या दिर्घिकेतुन (Galaxy) दोन न्युट्रॉन ताऱ्यांच्या मिलनातून आल्या होत्या. या घटनेची माहिती लगेचच इतर निरिक्षणकक्षांना देण्यात आली. तशी हि घटना इतर घटनांच्या मानाने जवळच घडली होती तसेच या घटनेचे आकाशातील स्थानसुद्धा अचुक शोधण्यात यश आले होते त्यामुळे ७० वेगवेगळ्या निरिक्षणकक्षांच्या telescopes या घटनेच्या आकाशातील स्थानाकडे रोखल्या गेल्या.
या घटनेची उल्लेखनिय बाब अशी होती कि, गुरुत्वलहरीं पाठोपाठ विद्युतचुंबकिय लहरीसुद्धा (Electromagnetic waves) यातून निघाल्या आणि आपल्यापर्यंत पोहोचल्या. आत्तापावेतो गुरुत्वलहरी आणि कृष्णविवरांचे मिलन हे एक सुत्रच झाले होते आणि कृष्णविवरांतून काहीच बाहेर पडत नसल्यामुळे आपणास अभ्यासासाठी फारच कमी वाव होता. GW170817 या घटनेमुळे आपल्याला विविधलहरींच्या माध्यमातून याचा अभ्यास करता येइल. या घटनेतून कित्तेक पृथ्वी मावेल एवढे सोने आणि प्लॅटीनम तयार झाले हे या लहरींच्या अभ्यासातुनच कळले.
निष्कर्ष,पुढिल दिशा आणि संशोधन
GW170817 या घटनेने आत्तापर्यंत खगोलशात्रातील जी बरिचशी गृहितके होती त्यांच्यावर शिक्कामोर्तबच केले आहे.
१) आइन्स्टाइनने आपल्या सापेक्षतावादाच्या सिद्धांतामध्ये (Theory of Relativity) गुरुत्वलहरींबाबत लिहून ठेवले होते. त्यात असेही म्हटले होते कि या लहरी प्रकाशाच्या वेगाने प्रवास करतील पण आत्तापर्यंत या गोष्टीला दुजोरा देणारी बाब समोर आली नव्हती. पण GW170817 मध्ये गुरुत्वलहरी पाठोपाठ गॅमा किरणांचे फोटॉनसुद्धा (Fast Gamma Ray Burst) आल्यामुळे गुरुत्वलहरी या खरोखरच प्रकाशाच्या वेगाने प्रवास करतात हे अधोरेखीत झाले.
२) न्युट्रॉन ताऱ्यांच्या अशा मिलनातून मेंडेलिफच्या आवर्तसारणीमध्ये (Periodic table) लोखंडानंतर (Iron) क्रमांक असलेली जड मुलद्रव्ये (Heavier Elements) तयार होत असावीत असा कयास होता. तो खरा ठरला आहे. GW170817 च्या घटनेत कित्तेक पृथ्वी मावेल एवढे सोने आणि प्लॅटीनम तयार झाले. लहरींच्या अभ्यासातून हि गोष्ट समोर आली.
३) जड मुलद्रव्यांच्या निर्मितीसाठी न्युट्रॉनताऱ्याचा जो स्फोट होतो तो 'KiloNova' या प्रकारात मोडत असावा असा कयास होता. पहिल्यांदाच आपणास असा 'KiloNova' अनुभवास मिळाला आहे.
४) एडवीन हबल (Edwin Hubble) या शास्त्रज्ञाला १९२० मध्ये माउंट विल्सन येथील निरिक्षणकक्षातून (Observatory) आकाश न्याहाळतांना एक गोष्ट जाणवली ते म्हणजे अति दुरवर असलेल्या अवकाशीय वस्तू (Deep sky objects) या काही निव्वळ हायड्रोजनचे ढग (Hydrogen cloud) किंवा एकटा-दुकटा तारा वगैरे नसून त्यातील बऱ्याचशा दिर्घिका (Galaxy) आहेत आणि त्यात अब्जावधी तारे आहेत. आणखी विशेष गोष्ट म्हणजे या दिर्घिका एकमेकांपासून दुर जात आहेत. जर त्या दुर जात असतील तर विश्वात कुठेतरी यासाठी जागा तयार होत असणार. म्हणजेच हे विश्व प्रत्येकक्षणी प्रसरण (Expanding universe) पावत आहे. यासाठी हबलने डॉप्लर परिणामात उल्लेखलेल्या 'तांम्रस्मृती'चा (Doppler effect and Red-Shift) आधार घेतला. जर विश्व प्रसरण पावत असेल तर त्याचा प्रसरणाचा वेग (Rate of expansion of the universe) किती असणार हे सुद्धा हबलने मांडले त्या वेगाला 'हबलचा स्थिरांक (Hubble constant)' असे म्हणतात.
आत्तापर्यंत केलेल्या विविध प्रयोगांतून, निरिक्षणांतून आणि गणितातून हबल स्थिरांकाची किंमत ६७ ते ७२ किलोमिटर प्रतिसेकंद प्रती मेगापर्सेक येत होती. परंतु GW170817 मुळे हिच किंमत आता जवळपास ७० आहे असा निष्कर्ष निघत आहे.
GW170817 मध्ये विविधस्त्रोतांच्या माध्यमातून माहिती मिळाली यामुळे 'Multi-Messenger Astronomy' या वेगळ्या प्रकारच्या खगोल अभ्यास पद्धतीची मुहर्तमेढ झाली असेच म्हणावे लागेल.
(वाचकांना विनंती :- आपला अभिप्राय जरुर कळवा. Please register your comments below)
Very interesting and ground breaking news from the astro world presented in lucid and easy language. The sequence of events is logical and easy to understand for any novice. Astonishing finding has further increased my interest in astro physics. Wonderful keep it up Yogesh!
ReplyDelete@Vikrant, I am grateful for your feedback and great encouraging words. Thanks a million.
DeleteAtisundar ani abhyaspurna. What is your profession?
ReplyDeleteDear Reader, I remain indebted for your valuable feedback. I am an IT Consultant by profession.
DeleteAwesome write ups, Kudos.
ReplyDeleteMany thanks for this excellent write-ups. Keep sharing great articles!
ReplyDeleteVery nice article yogesh sir.Specially life cycle of star,hubble telescope and work of jocelyn bell are interesting points for me.
ReplyDeleteThanks and Regards,
Chetan Puranik
@Chetan, Thanks for your appreciation. Very soon we will have new telescope JAMES WEBB which shall help finding the exoplanets and possibly life elsewhere in the universe.
DeleteIt is important to explain the technical information in a simple way. You have done it nicely in your blogposts. At astron, we follow our motto, "Science and creativity hand in hand" which is reflected in our online courses at https://www.udemy.com/user/astron-shk-trust/
ReplyDelete