JWST-এর সবচেয়ে বড় প্রাথমিক-মহাবিশ্ব ধাঁধাগুলোর একটির সম্ভাব্য উত্তর
জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপ মহাবিশ্বের প্রথম যুগে গ্যালাক্সি ও ব্ল্যাক হোল কত দ্রুত পরিপক্ব হয়েছিল, তা নিয়ে জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের আবার ভাবতে বাধ্য করেছে। এটি দেখিয়েছে যে অনেক অত্যন্ত প্রাচীন গ্যালাক্সিতেই ইতিমধ্যেই supermassive black hole ছিল, এবং বিগ ব্যাং-এর মাত্র ১ থেকে ২ বিলিয়ন বছর পরেই প্রত্যাশার চেয়ে বেশি “red and dead” গ্যালাক্সি খুঁজে পেয়েছে। নতুন একটি গবেষণা বলছে, এই দুই বিস্ময় ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত হতে পারে।
Nature-এ প্রকাশিত গবেষণা অনুযায়ী, উজ্জ্বল প্রারম্ভিক কোয়াসারগুলো প্রায়ই এমন চরম গ্যালাক্সি-স্তরের আউটফ্লো তৈরি করত, যা নতুন তারা গঠনের জন্য প্রয়োজনীয় ঠান্ডা গ্যাস সরিয়ে দিতে সক্ষম ছিল। যদি এই প্রক্রিয়াটি সাধারণ হয়ে থাকে, তবে তা ব্যাখ্যা করতে পারে কীভাবে কিছু গ্যালাক্সি মহাজাগতিক ইতিহাসে এত দ্রুত star formation বন্ধ করে দিয়েছিল।
ধারণাটি শুধু এই নয় যে কোয়াসাররা দ্রুত বয়স্ক হয়ে ওঠা গ্যালাক্সির সঙ্গে সহাবস্থান করত; বরং তারা সক্রিয়ভাবে সেগুলো তৈরি করত। যখন একটি supermassive black hole পদার্থ জমা করছে, তখন সেটি একটি active galactic nucleus হয়ে ওঠে। সবচেয়ে শক্তিশালী উদাহরণ হলো কোয়াসার, যা পুরো গ্যালাক্সিকেও ছাপিয়ে উজ্জ্বল হতে পারে। নতুন কাজটি বলছে, প্রাথমিক মহাবিশ্বে এসব বস্তু প্রায়ই এত শক্তিশালী ছিল যে তারা স্বল্প সময়ের মধ্যে তাদের host galaxy quench করতে পারত।
JWST কেন এই প্রশ্নকে জরুরি করে তুলেছে
JWST-এর আগে, গ্যালাক্সি বিবর্তনের প্রচলিত ছবিতে বিগ ব্যাং-এর এত তাড়াতাড়ি বিপুল সংখ্যক পরিপক্ব, নিস্তেজ গ্যালাক্সি হিসাবের মধ্যে আনার চাপ কম ছিল। Webb-এর পর্যবেক্ষণ সেই ধারণাকে জটিল করে তুলেছে। কিছু গ্যালাক্সি আশ্চর্যজনকভাবে দ্রুত তারা গঠন বন্ধ করেছে বলে মনে হয়, আর অনেক প্রাচীন ব্যবস্থায় গ্যালাক্সি ও ব্ল্যাক হোল উভয়ের বাড়ার জন্য খুব অল্প সময় থাকা সত্ত্বেও কেন্দ্রে supermassive black hole দেখা যাচ্ছে।
এই সমন্বয় জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের এমন একটি প্রক্রিয়া খুঁজতে বাধ্য করেছে, যা প্রাথমিক পর্যায়েই গ্যালাক্সিকে নতুনভাবে গড়ে তোলার মতো যথেষ্ট দ্রুত ও শক্তিশালী। quasar feedback দীর্ঘদিন ধরে simulation-এ একটি সম্ভাব্য ব্যাখ্যা ছিল, কিন্তু নতুন গবেষণা দেখাচ্ছে যে উজ্জ্বল প্রারম্ভিক কোয়াসারগুলোর মধ্যে এমন চরম outflow-গুলো ছিল সাধারণ, ব্যতিক্রম নয়।
মূল পাঠে JWST-এ আবিষ্কৃত প্রাচীন “red and dead” গ্যালাক্সি JADES-GS-z7-01-QU-এর কথা উল্লেখ করা হয়েছে, যা গঠনের খুব অল্প সময় পরই নতুন তারা তৈরি করা বন্ধ করে দেয়। এ ধরনের বস্তু এখন চ্যালেঞ্জের প্রতীক হয়ে উঠেছে। মনে হয় যেন তাদের star-forming fuel আগেভাগেই সরিয়ে নেওয়া বা উত্তপ্ত করে দেওয়া হয়েছিল, এমন সময়ে যখন মানক মডেল তা সহজে অনুমান করত না।
কোয়াসার কীভাবে একটি গ্যালাক্সিকে থামাতে পারে
তারকা গঠনের জন্য এমন ঠান্ডা হাইড্রোজেন গ্যাস দরকার, যা মাধ্যাকর্ষণের প্রভাবে ভেঙে পড়তে পারে। যদি সেই গ্যাস উত্তপ্ত হয়, বিঘ্নিত হয়, বা বেরিয়ে যায়, তবে গ্যালাক্সির star-making machinery ধীর হয়ে যায় বা থেমে যায়। নতুন গবেষণা বলছে, প্রাথমিক কোয়াসারগুলো অনেক সময় সরু জেটের বদলে বিশাল galactic wind-এর মতো outflow তৈরি করত, যা host galaxy জুড়ে পদার্থ বাইরে ঠেলে দিত।
এই প্রক্রিয়াকে quenching বলা হয়। নতুন তারার সরবরাহ শুকিয়ে যেতে থাকলে, গ্যালাক্সির জনসংখ্যা ক্রমশ পুরনো, ঠান্ডা, লাল তারায় প্রাধান্য পায়। সময়ের সঙ্গে সঙ্গে সেটি JWST-এ অপ্রত্যাশিত সংখ্যায় দেখা সেই চেহারা নেয়: এমন সিস্টেম, যেগুলো খুবই তরুণ মহাবিশ্বে থেকেও ইতিমধ্যেই বয়স্ক দেখায়।
এখানে গুরুত্বপূর্ণ দাবি হলো frequency। কোয়াসার সবসময়ই শক্তিশালী বস্তু হিসেবে পরিচিত, কিন্তু নতুন কাজটি বলছে উজ্জ্বল প্রারম্ভিক উদাহরণগুলোর মধ্যে শক্তিশালী, গ্যালাক্সি-জুড়ে outflow সাধারণ ছিল। এটি JWST যে quiescent গ্যালাক্সির প্রাচুর্য দেখেছে, তার জন্য quasar feedback-কে আরও সম্ভাব্য ব্যাখ্যা করে তোলে।
ব্ল্যাক হোলকে গ্যালাক্সি বিবর্তনের চালক হিসেবে নতুনভাবে দেখা
এই ফলাফল supermassive black hole ও গ্যালাক্সি কীভাবে একসঙ্গে বাড়ে, সেই বড় প্রশ্নটিকেও আরও স্পষ্ট করে। JWST-এর প্রথম ফলাফল ঘনিষ্ঠ সম্পর্কের ইঙ্গিত দিয়েছিল, কিন্তু কারণ ও ফলের দিকটি নির্ধারণ করা কঠিন ছিল। যদি শক্তিশালী কোয়াসারগুলো নিয়মিতভাবে star-forming gas বের করে দিত, তাহলে ব্ল্যাক হোলের কার্যকলাপ শুধু গ্যালাক্সি বিবর্তনের উপজাত ছিল না। এটি ছিল তার নিয়ন্ত্রক শক্তিগুলোর একটি।
এটি সেই ক্রমবর্ধমান ধারণার সঙ্গে মেলে যে active galactic nuclei গ্যালাক্সির জীবনচক্র নিয়ন্ত্রণ করতে পারে, কোন সময়ে বৃদ্ধি ত্বরান্বিত হবে আর কোন সময়ে শেষ হবে তা নির্ধারণে সাহায্য করে। প্রাথমিক মহাবিশ্বে এই প্রভাব পরবর্তী যুগগুলোর তুলনায় আরও শক্তিশালী হতে পারে, কারণ কোয়াসারগুলো নিজেই তখন বেশি শক্তিশালী ছিল বলে মনে হয়।
Universe Today এটিকে JWST-এর একাধিক puzzling discovery-র সম্ভাব্য একক ব্যাখ্যা হিসেবে দেখাচ্ছে। দ্রুত তৈরি হওয়া, খুব বড় ব্ল্যাক হোল আগেভাগেই ধারণকারী, এবং তারপর দ্রুত quench হওয়া গ্যালাক্সিগুলোকে ধীর, আরও সুশৃঙ্খল বৃদ্ধির গল্পে মেলানো কঠিন। quasar-driven outflow সেই সংকুচিত সময়রেখার একটি পথ দেয়।
এটি কী সমাধান করে, কী করে না
নতুন গবেষণা JWST যে সব রহস্য তুলেছে, তার সবই দূর করে না। সব প্রাচীন গ্যালাক্সিতেই supermassive black hole দেখা যায় না, এবং black-hole growth, gas inflow, ও stellar shutdown-এর সুনির্দিষ্ট সম্পর্ক এখনও সক্রিয় গবেষণার বিষয়। কিন্তু এই ফলাফলগুলো জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের জন্য একটি আরও শক্তিশালী ভৌত প্রক্রিয়া দেয়, যা ব্যাখ্যা করতে পারে কেন তরুণ মহাবিশ্বে এত অনেক সিস্টেম ইতিমধ্যেই বৃদ্ধের মতো দেখায়।
এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ galaxy evolution model-গুলো এই কারণগত সংযোগগুলোর ওপর নির্মিত। যদি প্রারম্ভিক কোয়াসারের feedback একই সঙ্গে সাধারণ ও চরম হয়ে থাকে, তবে simulation-এ প্রথম বড় গ্যালাক্সি গঠনে black hole-driven outflow-কে আরও বড় ভূমিকা দিতে হতে পারে।
ফলাফলটি প্রাথমিক মহাবিশ্বের একটি বেশি গতিশীল চিত্র দেয়। গ্যালাক্সিগুলো শুধু তারা জড়ো করে ধীরে ধীরে তাদের fuel খরচ করেনি; কিছু ক্ষেত্রে কেন্দ্রে থাকা ব্ল্যাক হোলের কার্যকলাপে দ্রুত রূপান্তরিত হয়েছে। এমন পরিস্থিতিতে, যে বস্তু মহাবিশ্বকে সবচেয়ে তীব্রভাবে আলোকিত করছিল, সেটিই ভবিষ্যৎ star formationকে নিভিয়ে দিতেও দায়ী হতে পারে।
