Fast Radio Bursts দিয়ে বিজ্ঞানীরা মহাবিশ্বের হারিয়ে যাওয়া পদার্থের খোঁজ পাচ্ছেন

Fast radio bursts হয়ে উঠছে মহাজাগতিক হিসাব-নিকাশের নতুন হাতিয়ার

দশকের পর দশক ধরে জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা মহাবিশ্বের তালিকায় এক জেদি অসামঞ্জস্যের মুখোমুখি হয়েছেন। প্রাথমিক মহাবিশ্বের হিসাব দেখায় যে সাধারণ পদার্থ, অর্থাৎ তারা, গ্রহ, গ্যাস এবং মানুষ গঠনের পরমাণুগুলি, আজ টেলিস্কোপ দিয়ে গ্যালাক্সি ও তারার ভেতরে সরাসরি যতটা গণনা করা যায় তার তুলনায় অনেক বেশি পরিমাণে দৃশ্যমান মহাবিশ্বে থাকা উচিত। ২১ জুলাই, গবেষকেরা এই হারিয়ে যাওয়া অংশ খুঁজে বের করার নতুন একটি উপায় বর্ণনা করেন, যেখানে জ্যোতির্বিজ্ঞানের সবচেয়ে সংক্ষিপ্ত ও শক্তিশালী সংকেতগুলির একটি, fast radio bursts, ব্যবহার করা হয়েছে।

MIT বিজ্ঞানীদের নেতৃত্বে CHIME/FRB Collaboration-এর অংশ হিসেবে করা এবং Physical Review Letters-এ প্রকাশিত এই কাজটি ব্যবহার করে radio bursts কীভাবে আন্তঃগ্যালাকটিক মহাশূন্য পেরোতে গিয়ে বিকৃত হয়। ফলাফল এমন একটি চিত্রের দিকে ইঙ্গিত করে, যা অনেক cosmologist দীর্ঘদিন ধরে সন্দেহ করছিলেন কিন্তু সরাসরি প্রমাণে নিশ্চিত করতে পারেননি: মহাবিশ্বের “হারিয়ে যাওয়া” সাধারণ পদার্থের বড় অংশ গ্যালাক্সির গুচ্ছগুলোর চারপাশে বিস্তৃত বিস্তৃত মেঘে ছড়িয়ে আছে বলে মনে হচ্ছে, যা প্রত্যাশার চেয়ে আরও দূর পর্যন্ত বিস্তৃত।

যা হারিয়েছিল তা পদার্থ নয়, বরং একটি নির্ভরযোগ্য মানচিত্র

সমস্যা কখনও এই ছিল না যে বিজ্ঞানীরা ভেবেছিলেন পদার্থ হারিয়ে গেছে। বরং, তরুণ মহাবিশ্ব এবং পরবর্তী ব্রহ্মাণ্ডীয় গঠনের পরিমাপ দীর্ঘদিন ধরে ইঙ্গিত দিয়ে এসেছে যে সাধারণ পদার্থের একটি উল্লেখযোগ্য অংশ সেই উজ্জ্বল কাঠামোর বাইরে থাকতে হবে, যেগুলোর সঙ্গে অধিকাংশ মানুষ মহাবিশ্বকে যুক্ত করেন। নক্ষত্র ও গ্যালাক্সিগুলি প্রত্যাশিত মোটের কেবল একটি অংশ ধারণ করে। বাকি অংশটি গ্যালাক্সির মাঝখানে ও চারপাশে অত্যন্ত পাতলা গ্যাসে ছড়িয়ে আছে বলে মনে করা হয়েছিল, ফলে তা সরাসরি শনাক্ত করা কঠিন ছিল।

সেখানেই fast radio bursts, বা FRBs, কাজে লাগে। এগুলো হলো রেডিও তরঙ্গের অত্যন্ত উজ্জ্বল ঝলক, যা মাত্র কয়েক মিলিসেকেন্ড স্থায়ী হয় এবং দূরবর্তী মহাবিশ্বের শক্তিশালী ঘটনা থেকে উৎপন্ন হয়। একটি FRB মহাশূন্য দিয়ে অগ্রসর হওয়ার সময়, সেটি যে পদার্থের মধ্য দিয়ে যায় তার দ্বারা তার সংকেত প্রভাবিত হয়। সরবরাহিত প্রতিবেদনে, সংকেতকে সময়ের মধ্যে “smeared” হয়ে যাওয়া হিসেবে বর্ণনা করা হয়েছে। পথে যত বেশি পদার্থ থাকবে, burst পৃথিবীতে পৌঁছানোর সময় তত বেশি smear হবে।

এই মৌলিক প্রভাব জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের FRBs-কে অন্যথায় কঠিনে দেখা যায় এমন পদার্থের probe হিসেবে ব্যবহার করার সুযোগ দেয়। চ্যালেঞ্জ হলো, বিকৃতির কতটা অংশ গ্যালাক্সির ভেতরের পদার্থ থেকে আসে আর কতটা আসে অন্যত্র থাকা বিস্তৃত গ্যাস থেকে, তা আলাদা করা।

নতুন পদ্ধতি burst ডেটার সঙ্গে গ্যালাক্সির অবস্থান মিলিয়ে দেখে

MIT-নেতৃত্বাধীন দলটি এই সমস্যাটিকে পরিসংখ্যানভিত্তিকভাবে মোকাবিলা করেছে। সরবরাহিত উৎসপাঠ অনুযায়ী, গবেষকেরা পৃথিবীতে শনাক্ত হওয়া হাজার হাজার FRB সংকেতের smear মেপে সেই মাপগুলি মহাবিশ্বজুড়ে গ্যালাক্সির অবস্থানের সঙ্গে তুলনা করেছেন। এতে তারা অনুমান করতে পেরেছেন যে প্রতিটি burst-এর বিকৃতির কতটা অংশ গ্যালাক্সির সঙ্গে সম্পর্কিত পদার্থের কারণে এবং কতটা অংশ আশপাশের মহাশূন্যের অন্য পদার্থের কারণে হয়েছে।

এই ধাপের গুরুত্ব শুধু এই নয় যে এটি হারিয়ে যাওয়া পদার্থের উপস্থিতি নির্দেশ করে। এটি এটাও নির্ধারণ করতে সাহায্য করে যে সেই পদার্থ কোথায় জমা হতে থাকে। গবেষকেরা জানিয়েছেন, সাধারণ পদার্থ গ্যালাক্সির গুচ্ছগুলিকে ঘিরে থাকা অত্যন্ত বিস্তৃত মেঘে কেন্দ্রীভূত, এবং সেই মেঘগুলি বিজ্ঞানীরা যতটা ভেবেছিলেন তার চেয়ে বেশি দূর পর্যন্ত বিস্তৃত।

ব্যবহারিকভাবে, এর মানে হলো গ্যালাক্সি একটি সরল তারা-ও-ডিস্ক ছবির চেয়ে অনেক বিস্তৃত মহাশূন্য অঞ্চলে প্রভাব ফেলতে পারে। পদার্থ কেবল অপটিক্যাল ছবিতে দৃশ্যমান উজ্জ্বল কাঠামোর মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়। বরং, এর একটি উল্লেখযোগ্য অংশ বিস্তৃত, মৃদু halos এবং পরিবেশে থাকতে পারে, যা সরাসরি পর্যবেক্ষণ করা কঠিন।

একটি হিসাবের সমস্যার বাইরেও ফলটি কেন গুরুত্বপূর্ণ

মহাজাগতিক missing-matter গবেষণা কেবল হিসাব-নিকাশের অনুশীলন নয়। সাধারণ পদার্থ শেষ পর্যন্ত কোথায় যায়, তা গ্যালাক্সি কীভাবে গঠন হয়, বাড়ে, এবং নিজেদের নিয়ন্ত্রণ করে তার সঙ্গে যুক্ত। সরবরাহিত লেখায় সংক্ষেপিত ফলাফলটি এই ধারণাকে সমর্থন করে যে শক্তিশালী প্রক্রিয়ার মাধ্যমে পদার্থ গ্যালাক্সি থেকে বাইরে ঠেলে দেওয়া যেতে পারে। এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ গ্যালাক্সির বিবর্তন inflow এবং outflow-এর চক্রের ওপর নির্ভর করে: গ্যাস ভেতরে আসে, তারা গঠন করে, এবং তারপর নক্ষত্রীয় কার্যকলাপ ও অন্যান্য শক্তিশালী ঘটনার মাধ্যমে উত্তপ্ত বা উৎক্ষিপ্ত হতে পারে।

যদি বিপুল পরিমাণ সাধারণ পদার্থ গ্যালাক্সি থেকে দূরে সূক্ষ্ম মেঘে পড়ে থাকে, তবে তা ভবিষ্যতের তারা গঠনের জন্য গ্যালাক্সি কীভাবে জ্বালানি ধরে রাখে এবং আশপাশের সঙ্গে কীভাবে পদার্থ বিনিময় করে, সেটিকে প্রভাবিত করে। এটি আজকের মহাবিশ্বের পর্যবেক্ষণকে প্রাথমিক ব্রহ্মাণ্ড থেকে অনুমিত অবস্থার সঙ্গে যুক্ত করার প্রচেষ্টাকেও আকার দেয়।

এই গবেষণার পদ্ধতিটি ফলটির মতোই তাৎপর্যপূর্ণ হতে পারে। FRBs-কে বছরের পর বছর আশাব্যঞ্জক astrophysical tool হিসেবে ধরা হয়েছে, কিন্তু এখন শনাক্ত হওয়া burst-এর সংখ্যা বাড়ছে, যা সেই সম্ভাবনাকে আরও পদ্ধতিগত কিছুতে পরিণত করছে। হাজারো ঘটনার নমুনা গবেষকদের কেবল বিচ্ছিন্ন উদাহরণ ছাড়িয়ে এই সংকেতগুলোকে মহাজাগতিক কাঠামোর বৃহৎ-মাপের probe হিসেবে ব্যবহার করতে দিচ্ছে।

এটি একটি উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন। শুধু সবচেয়ে উজ্জ্বল বা ব্যতিক্রমী ঘটনাগুলির ওপর নির্ভর না করে, জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা এখন FRB জনসংখ্যা ব্যবহার করে বিশাল দূরত্ব জুড়ে পদার্থের বণ্টন অধ্যয়ন শুরু করতে পারেন। শনাক্তকরণের catalog বাড়ার সঙ্গে সঙ্গে সেই মানচিত্রগুলির নির্ভুলতাও বাড়া উচিত।

গবেষকেরা যা পেয়েছেন বলে জানাচ্ছেন

সরবরাহিত লেখায় MIT graduate student Haochen Wang-এর উদ্ধৃতি দেওয়া হয়েছে, যেখানে তিনি বলেন, সামগ্রিকভাবে যেখানে বেশি গ্যালাক্সি আছে, সেখানে তাদের চারপাশে বেশি হারিয়ে যাওয়া পদার্থ থাকে। এই framing গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এটি লুকিয়ে থাকা পদার্থকে বিচ্ছিন্ন ব্যতিক্রমের সঙ্গে নয়, বরং মহাবিশ্বের বৃহত্তর স্থাপত্যের সঙ্গে যুক্ত করে। পদার্থ এলোমেলোভাবে ছড়ানো নয়। এটি গ্যালাক্সি এবং গ্যালাক্সি গুচ্ছের তৈরি পরিবেশ অনুসরণ করছে বলে মনে হয়।

অতএব, এই গবেষণা এমন একটি চিত্রকে শক্তিশালী করে যেখানে সাধারণ পদার্থের বাজেটের বড় অংশ দৃশ্যমান গ্যালাক্সির ভেতরে নয়, বরং তাদের চারপাশের বড়, মৃদু কাঠামোয় অবস্থান করে। এটি আরও ইঙ্গিত দেয় যে এই বিস্তৃত মেঘগুলি কতদূর পর্যন্ত বিস্তৃত, সে সম্পর্কে আগের ধারণাগুলি সম্ভবত অতিরিক্ত রক্ষণশীল ছিল।

দূরপ্রসারী প্রভাবসহ একটি সংক্ষিপ্ত সংকেত

Fast radio bursts আধুনিক জ্যোতির্বিজ্ঞানের সবচেয়ে আকর্ষণীয় ঘটনাগুলির একটি হয়ে আছে, কিন্তু এই কাজটি দেখায় যে তাদের মূল্য শুধু bursts বোঝার মধ্যেই সীমাবদ্ধ নয়। তারা এমনভাবে মহাবিশ্ব মাপার যন্ত্র হয়ে উঠছে, যা প্রচলিত imaging পারে না। প্রতিটি burst-কে যে মহাশূন্য অতিক্রম করে তার একটি probe হিসেবে দেখলে, গবেষকেরা এমন পদার্থ সম্পর্কে জানতে পারেন, যা এতটাই মৃদু এবং এতটাই ছড়ানো যে একা আলাদা হয়ে চোখে পড়ে না।

এতে নতুন ফলাফলটি শুধু একটি সংকীর্ণ cosmology আপডেটের চেয়ে বড় হয়ে ওঠে। এটি প্রমাণ যে জ্যোতির্বিজ্ঞান এমন এক পর্যায়ে প্রবেশ করছে, যেখানে ক্ষণস্থায়ী radio flashes ক্ষেত্রের প্রাচীনতম বৃহৎ-মাত্রার পর্যবেক্ষণগত ফাঁকগুলির একটি পূরণ করতে সাহায্য করতে পারে। হারিয়ে যাওয়া সাধারণ পদার্থ হয়তো প্রকৃত অর্থে কখনও হারিয়েই যায়নি। এটি গ্যালাক্সির চারপাশের বিস্তৃত, মৃদু ভাণ্ডারে অপেক্ষা করছিল, আর fast radio bursts এখন সেটিকে দৃশ্যমান করতে সাহায্য করছে।

এই নিবন্ধটি Phys.org-এর প্রতিবেদনভিত্তিক। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.