गुरुत्वाकर्षण-तरंग पृष्ठभूमि (GWB): प्रत्यक्ष पहिचान मा एक सफलता

गुरुत्वाकर्षण तरंग सन् १९१६ मा आइन्स्टाइनको सापेक्षताको सामान्य सिद्धान्तले गरेको भविष्यवाणीको एक शताब्दीपछि सन् २०१५ मा पहिलो पटक प्रत्यक्ष रूपमा पत्ता लागेको थियो। तर, निरन्तर, कम आवृत्ति गुरुत्वाकर्षण-वेभ ब्याकग्राउन्ड (GWB) जुन पूरै उपस्थित भएको मानिन्छ ब्रह्माण्डको अहिलेसम्म प्रत्यक्ष रूपमा पत्ता लागेको छैन। उत्तर अमेरिकी नानोहर्ट्ज अब्जर्भेटरीका अनुसन्धानकर्ताहरूले यसका लागि गुरुत्वाकर्षण तरंगहरू (NANOGrav) ले भर्खरै 'ग्रेभिटेशनल-वेभ ब्याकग्राउन्ड (GWB)' हुनसक्ने कम-फ्रिक्वेन्सी सङ्केत पत्ता लागेको रिपोर्ट गरेको छ।   

आइन्स्टाइनले सन् १९१६ मा प्रस्तुत गरेको सापेक्षताको सामान्य सिद्धान्तले सुपरनोभा वा विलय जस्ता प्रमुख ब्रह्माण्डीय घटनाहरूको भविष्यवाणी गरेको छ। काला प्वालहरू उत्पादन गर्नुपर्छ गुरुत्वाकर्षण तरंगहरु जसको माध्यमबाट प्रचार प्रसार हुन्छ ब्रह्मांड। धरती भिजेको हुनुपर्छ गुरुत्वाकर्षण तरंगहरु हरेक समय सबै दिशाबाट तर यिनीहरू पत्ता लगाउन सकिँदैन किनभने तिनीहरू पृथ्वीमा पुग्दा अत्यन्तै कमजोर हुन्छन्। 2015 मा LIGO-Virgo टोली पत्ता लगाउन सफल हुँदा गुरुत्वाकर्षण लहरहरूको प्रत्यक्ष पत्ता लगाउन लगभग एक शताब्दी लाग्यो। गुरुत्वाकर्षण तरंगहरु दुईको मर्जरका कारण उत्पादन भएको हो काला प्वालहरू पृथ्वीबाट १.३ बिलियन प्रकाश वर्षको दूरीमा अवस्थित छ ⁽¹⁾। यसको मतलब यो पनि हो कि पत्ता लगाइएका तरंगहरू लगभग 1.3 बिलियन वर्ष पहिले भएको ब्रह्माण्ड घटनाको बारेमा जानकारी वाहक थिए।  

सन् २०१५ मा पहिलो पटक पत्ता लागेदेखि, राम्रो संख्यामा गुरुत्वाकर्षण लहरहरू आज सम्म रेकर्ड गरिएको छ। तीमध्ये धेरै जसो दुईको मर्जरका कारण हुन् काला प्वालहरू, दुई न्यूट्रोन ताराहरु को टक्कर को कारण केहि थियो ⁽²⁾। सबै पत्ता लाग्यो गुरुत्वाकर्षण तरंगहरु अहिलेसम्म एपिसोडिक थिए, बाइनरी जोडीको कारणले गर्दा काला प्वालहरू वा न्यूट्रोन ताराहरू घुमिरहेका र एक अर्कासँग मिल्ने वा टक्कर गरिरहेका छन् ⁽³⁾ र उच्च आवृत्ति, छोटो तरंग दैर्ध्य (मिलीसेकेन्ड दायरामा) को थिए।   

तर, स्रोतको ठूलो संख्या हुने सम्भावना रहेकोले गुरुत्वाकर्षण तरंगहरु मा ब्रह्माण्डको त्यसैले धेरै गुरुत्वाकर्षण तरंगहरु सबै बाट सँगै ब्रह्माण्डको पृष्ठभूमि वा आवाजको रूपमा पृथ्वीमा निरन्तर रूपमा गुजरिरहेको हुन सक्छ। यो निरन्तर, अनियमित र कम आवृत्ति सानो तरंग हुनुपर्छ। यसको केही अंश बिग ब्याङ्गबाट ​​पनि उत्पत्ति भएको हुनसक्ने अनुमान गरिएको छ । बोलाइयो गुरुत्वाकर्षण-wave Background (GWB), यो अहिलेसम्म पत्ता लागेको छैन ⁽³⁾.  

तर हामी एक सफलताको कगारमा हुन सक्छौं - उत्तर अमेरिकी नानोहर्ट्ज वेधशालाका अनुसन्धानकर्ताहरू गुरुत्वाकर्षण तरंगहरू (NANOGrav) ले कम-फ्रिक्वेन्सी सिग्नल पत्ता लगाउने रिपोर्ट गरेको छ जुन 'ग्रेभिटेशनल-वेभ ब्याकग्राउन्ड (GWB) हुन सक्छ। ^(4,5,6).  

LIGO-virgo टोलीले पत्ता लगाएको विपरीत गुरुत्वाकर्षण तरंग व्यक्तिगत जोडीबाट काला प्वालहरू, NANOGrav टोलीले निरन्तर, आवाज जस्तै, 'संयुक्त' खोजेको छ। गुरुत्वाकर्षण तरंग अनगिन्ती द्वारा धेरै लामो समय मा सिर्जना गरियो काला प्वालहरू मा ब्रह्माण्डको। फोकस 'धेरै लामो तरंगदैर्ध्य' मा थियो। गुरुत्वाकर्षण तरंग 'गुरुत्वाकर्षण तरंग स्पेक्ट्रम' को अर्को छेउमा।

प्रकाश र अन्य विद्युत चुम्बकीय विकिरणहरूको विपरीत, गुरुत्वाकर्षण तरंगहरू टेलिस्कोपबाट प्रत्यक्ष रूपमा अवलोकन गर्न सकिँदैन।  

NANOGrav टोलीले छनोट गर्यो मिलीसेकेन्ड pulsars (MSPs) जुन दीर्घकालीन स्थिरता संग धेरै छिटो घुमाउँछ। यी पल्सरहरूबाट आउने प्रकाशको स्थिर ढाँचा छ जुन गुरुत्वाकर्षण तरंगले परिवर्तन गर्नुपर्छ। विचार पृथ्वीमा संकेतहरूको आगमनको समयमा सहसंबद्ध परिवर्तनहरूको लागि अल्ट्रा-स्टेबल मिलिसेकेन्ड पल्सर (MSP) को एक समूहलाई अवलोकन र निगरानी गर्ने थियो जसले गर्दा "ग्यालेक्सी-साइज" हाम्रो आफ्नै भित्र गुरुत्वाकर्षण-वेभ डिटेक्टर आकाशगंगा। टोलीले त्यस्ता पल्सरमध्ये ४७ वटा अध्ययन गरेर पल्सर टाइमिङ एरे बनाएको थियो। अरेसिबो अब्जर्भेटरी र ग्रीन बैंक टेलिस्कोप थिए रेडियो मापनको लागि प्रयोग गरिएको टेलिस्कोप।   

हालसम्म प्राप्त डाटा सेटमा 47 MSP र 12.5 वर्ष भन्दा बढी अवलोकनहरू समावेश छन्। यसको आधारमा, GWB को प्रत्यक्ष पहिचान प्रमाणित गर्न सम्भव छैन यद्यपि पत्ता लगाइएको कम फ्रिक्वेन्सी संकेतहरूले धेरै संकेत गर्दछ। हुनसक्छ, अर्को चरण एरेमा थप पल्सरहरू समावेश गर्न र संवेदनशीलता बढाउनको लागि लामो समयसम्म अध्ययन गर्नु हो।  

को अध्ययन गर्न ब्रह्माण्डकोवैज्ञानिकहरू प्रकाश, एक्स-रे जस्ता विद्युत चुम्बकीय विकिरणहरूमा मात्र निर्भर थिए। रेडियो तरंग आदि। विद्युत चुम्बकीय विकिरणसँग पूर्ण रूपमा असंबद्ध भएकोले, 2015 मा गुरुत्वाकर्षणको पहिचानले वैज्ञानिकहरूलाई आकाशीय पिण्डहरू अध्ययन गर्ने र बुझ्ने अवसरको नयाँ झ्याल खोल्यो। ब्रह्माण्डको विशेष गरी ती खगोलीय घटनाहरू जुन विद्युत चुम्बकीय खगोलविद्हरूलाई अदृश्य छन्। यसबाहेक, विद्युत चुम्बकीय विकिरणको विपरीत, गुरुत्वाकर्षण तरंगहरूले पदार्थसँग अन्तर्क्रिया गर्दैनन् त्यसैले तिनीहरूको उत्पत्ति र स्रोतको बारेमा कुनै पनि विरूपण बिना जानकारी बोक्न वस्तुतः निर्बाध यात्रा गर्दछ।⁽³⁾

गुरुत्वाकर्षण-वेभ ब्याकग्राउन्ड (GWB) को पहिचानले अवसरलाई अझ फराकिलो बनाउनेछ। बिग ब्याङ्गबाट ​​उत्पन्न तरंगहरू पत्ता लगाउन पनि सम्भव हुन सक्छ जसले हामीलाई उत्पत्ति बुझ्न मद्दत गर्न सक्छ ब्रह्माण्डको अझ राम्रो तरिकाले।

***

DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2101121  

***

सन्दर्भ:  

1. Castelvecchi D. र Witze A., 2016। आइन्स्टाइनको गुरुत्वाकर्षण तरंगहरू अन्ततः फेला पर्यो। प्रकृति समाचार 11 फेब्रुअरी 2016। DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  

2. Castelvecchi D., 2020। 50 वटा गुरुत्वाकर्षण-लहर घटनाहरूले ब्रह्माण्डको बारेमा के प्रकट गर्दछ। प्रकृति समाचार प्रकाशित ३० अक्टोबर २०२०। DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  

3. LIGO 2021। गुरुत्वाकर्षण तरंगका स्रोत र प्रकारहरू। मा अनलाइन उपलब्ध छ https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources 12 जनवरी 2021 मा पहुँच। 

4. NANOGrav सहयोग, 2021। NANOGrav ले कम-फ्रिक्वेन्सी गुरुत्वाकर्षण तरंग पृष्ठभूमिको सम्भावित 'पहिलो संकेत' फेला पार्छ। मा अनलाइन उपलब्ध छ http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html 12 जनवरी 2021 मा पहुँच 

5. NANOGrav कोलाबोरेसन 2021. प्रेस ब्रिफिङ - NANOGrav डाटाको १२.५ वर्षमा गुरुत्वाकर्षण-वेभ पृष्ठभूमि खोज्दै। ११ जनवरी २०२१। मा अनलाइन उपलब्ध छ http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  

6. Arzoumanian Z., et al 2020। NANOGrav 12.5 yr डाटा सेट: एक आइसोट्रोपिक स्टोकास्टिक गुरुत्वाकर्षण-तरंग पृष्ठभूमि खोज्नुहोस्। एस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर, भोल्युम 905, नम्बर 2। DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

***