সূর্যের ‘হারানো রূপা’ ধাঁধার সমাধান করেছেন জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা

সৌর রসায়নের একটি রহস্যের অবশেষে উত্তর মিলতে পারে

বহু বছর ধরে জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা এক অদ্ভুত কিন্তু স্থায়ী সমস্যার মুখোমুখি হয়েছেন: সূর্যে কতটা রূপা আছে তা মাপলে ফলাফল উল্কাপিণ্ড যা ইঙ্গিত করত তার তুলনায় অনেক কম আসত। কারণ সূর্য এবং সৌরজগতের আদিম উল্কাপিণ্ডগুলি প্রায় ৪.৬ বিলিয়ন বছর আগে একই গ্যাস ও ধূলিকণার মেঘ থেকে তৈরি হয়েছিল, তাই বিজ্ঞানীরা আশা করেন যে তাদের মধ্যে ভারী মৌলগুলোর অনুপাত মোটামুটি মিলবে। রূপা ছিল এমনই এক ব্যতিক্রম যা এই মিল মানতে চাইছিল না।

এখন, উপসালা বিশ্ববিদ্যালয়ের সেমা কালিস্কান নেতৃত্বাধীন নতুন কাজ অনুযায়ী, সেই অমিলের সমাধান হয়েছে বলে মনে হচ্ছে। এর অর্থ এই নয় যে সূর্য হঠাৎ করেই বেশি রূপা পেয়ে গেছে বা উল্কাপিণ্ডগুলো ভুল তথ্য দিয়েছিল। বরং সমস্যাটি ছিল পদ্ধতিগত। আসলে সূর্যে রূপার ঘাটতি ছিল না; বরং সূর্যের বায়ুমণ্ডল এবং সংশ্লিষ্ট পারমাণবিক আচরণের মডেল খুব সরল ছিল বলে জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা রূপা কম গণনা করছিলেন।

এই ধরনের ফলাফল সীমিত বলে মনে হতে পারে, কিন্তু এর গুরুত্ব একটি মৌলের অনেক বাইরে। সূর্যের রাসায়নিক গঠন জ্যোতির্বিজ্ঞানে একটি reference point হিসেবে কাজ করে। এটি বিজ্ঞানীদের নক্ষত্র তুলনা করতে, সৌরজগতের ইতিহাস পুনর্গঠন করতে, এবং গরম নক্ষত্রীয় বায়ুমণ্ডলে পদার্থ কীভাবে আচরণ করে তা পরীক্ষা করতে সাহায্য করে। দীর্ঘদিনের একটি abundance mismatch সংশোধন করা নক্ষত্রের spectra ব্যাখ্যার জন্য ব্যবহৃত বৃহত্তর কাঠামোর ওপর আস্থা বাড়ায়।

রূপা প্রথমে কেন সমস্যা হয়ে উঠল

মূল ধাঁধাটি এসেছিল সৌরজগতের গঠনের দুটি নির্ভরযোগ্য রেকর্ডের মধ্যে একটি স্পষ্ট বিরোধ থেকে। উল্কাপিণ্ড, বিশেষ করে প্রাচীন নমুনা যেগুলি সৌরজগত গঠনের পর থেকে খুব কমই বদলেছে, রাসায়নিক time capsule হিসেবে কাজ করে। ভারী মৌলের abundance-র জন্য এগুলো সাধারণত মানদণ্ড হিসেবে ব্যবহৃত হয়। সূর্য এবং ওই উল্কাপিণ্ডগুলোর উৎস যদি এক হয়, তবে রূপার আপেক্ষিক পরিমাণ তাদের মধ্যে মোটামুটি মিলে যাওয়ার কথা।

কিন্তু সূর্যের রূপা নিয়ে বারবার করা মাপজোক সেই প্রত্যাশার চেয়ে কম ছিল, এবং তা তুচ্ছ পরিমাণে নয়। এই ব্যবধান থেকে সম্ভাবনা তৈরি হয় যে হয়তো সৌর পরিমাপগুলো ভুল ছিল, তুলনার পদ্ধতিতে লুকোনো দুর্বলতা ছিল, অথবা কোনো উপেক্ষিত ভৌত প্রক্রিয়া রিডিংকে বিকৃত করছিল। এই অমিল এতদিন ধরে টিকে ছিল যে তা এমন এক প্রযুক্তিগত কিন্তু গুরুত্বপূর্ণ বিচ্যুতিতে পরিণত হয়েছিল, যাকে বিজ্ঞানীরা স্বস্তিতে এড়িয়ে যেতে পারেন না।

নতুন কাজটি বলছে, সমস্যা ছিল সূর্যালোক থেকে মাপজোক কীভাবে বের করা হচ্ছিল তাতে। জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা সরাসরি সূর্য থেকে পদার্থ তুলে নিয়ে পরমাণু গোনেন না। তারা আলোর মধ্যে থাকা রাসায়নিক স্বাক্ষর পড়েন। সূর্যালোক তার বাইরের স্তর দিয়ে গেলে, পরমাণুগুলো নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্য শোষণ করে, ফলে স্পেকট্রামে গাঢ় রেখা তৈরি হয়। এই absorption features মৌলগুলোর fingerprint-এর মতো কাজ করে। সমস্যা হলো, স্পেকট্রামের একটি রেখাকে abundance estimate-এ রূপান্তর করা নির্ভর করে গবেষকেরা সেই পরিবেশ কতটা সঠিকভাবে মডেল করেছেন, যেখানে রেখাটি তৈরি হয়েছিল।

আরও ভালো মডেল উত্তর বদলে দিল

কালিস্কান ও সহকর্মীরা সূর্যের বাইরের স্তরগুলোর একটি আরও বাস্তবসম্মত মডেল তৈরি করেন, যেখানে বায়ুমণ্ডলকে পুরনো সরলীকৃত অনুমানের বদলে অশান্ত ও গতিশীল হিসেবে ধরা হয়েছে। তারা রূপা পরমাণু কীভাবে আলো এবং পরিবেশের সঙ্গে ক্রিয়া করে তার আরও সুনির্দিষ্ট পারমাণবিক পদার্থবিদ্যাও যুক্ত করেন। এই সমন্বয় abundance calculation-কে এমনভাবে বদলে দেয় যে উল্কাপিণ্ডের মাপজোকের সঙ্গে ফারাকটি বন্ধ হয়ে যায়।

একটি বিষয় বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ মনে হয়: এই মডেলটি বিবেচনায় নেয় যে আলো নিজেই absorption lines-এর জন্য দায়ী পরমাণুগুলোকে কীভাবে প্রভাবিত করে। আগের সহজ গণনাগুলো সেই প্রভাব উপেক্ষা করেছিল। একবার সেই অনুপস্থিত পদার্থবিদ্যা যুক্ত হলে, রূপার অনুমান উল্কাপিণ্ড যা দেখিয়ে আসছিল তার সঙ্গে মিলে যায়।

এটি আধুনিক জ্যোতির্বিজ্ঞানে পরিচিত একটি ধারা। পর্যবেক্ষণ যত বেশি নির্ভুল হয়, একসময় অদ্ভুত নতুন পদার্থবিদ্যার ইঙ্গিত বলে মনে হওয়া অমিলগুলো অনেক সময় মনে করিয়ে দেয় যে data-র মতোই modeling layer-ও সমান গুরুত্বপূর্ণ। এই ক্ষেত্রে, সমাধানের জন্য নতুন ধরনের যন্ত্র বা কোনো চমকপ্রদ সৌর প্রক্রিয়া লাগেনি। দরকার ছিল সৌর বায়ুমণ্ডলের অবস্থার আরও faithful representation এবং রূপার পারমাণবিক আচরণের আরও সঠিক বর্ণনা।

একটি মৌলের বাইরেও কেন এই ফল গুরুত্বপূর্ণ

রূপার এই সংশোধনকে একটি ক্ষুদ্র হিসাবের কাজ বলে ভাবা সহজ, কিন্তু abundance measurements মৌলিক। সূর্য সবচেয়ে কাছের নক্ষত্র এবং নক্ষত্রীয় বিজ্ঞানে ব্যবহৃত কৌশল পরীক্ষা করার জন্য জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের কাছে সবচেয়ে ভালো calibrated laboratory। যদি একটি মৌলের abundance অসম্পূর্ণ বায়ুমণ্ডল মডেলের কারণে ভুল হয়, তাহলে প্রশ্ন ওঠে অন্য ছোটখাটো অমিলও কি উন্নত পদার্থবিদ্যা দিয়ে ঠিক করা যেতে পারে কিনা।

এই ফল উল্কাপিণ্ডকে তুলনামূলক রেকর্ড হিসেবে তাদের মূল্যও জোরালো করে। প্রাচীন শিলাগুলোকে benchmark হিসেবে ব্যবহারের যুক্তিকে দুর্বল করার বদলে, নতুন বিশ্লেষণ সেটিকে আরও শক্তিশালী করে। উল্কাপিণ্ডগুলো সঠিক দিকেই ইঙ্গিত করছিল, আর সূর্য-মডেলিং তাদের সঙ্গে মেলানোর মতো নির্ভুলতার স্তর থেকে পিছিয়ে ছিল।

বৃহত্তরভাবে দেখলে, এই গবেষণা মনে করিয়ে দেয় যে জ্যোতির্বিজ্ঞান শুধু বিশাল দূরবীক্ষণ, নাটকীয় ছবি, আর নতুন আবিষ্কারের মাধ্যমে এগোয় না, বরং ব্যাখ্যার অদৃশ্য যন্ত্রপাতিকে সূক্ষ্মভাবে উন্নত করার মাধ্যমেও এগোয়। স্পেকট্রাল লাইনগুলো গ্রাফে পাতলা গাঢ় দাগের মতো দেখাতে পারে, কিন্তু নক্ষত্রের গঠন, সৌর ইতিহাস, এবং মহাজাগতিক রসায়নের পুরো গল্পই এগুলো সঠিকভাবে পড়ার ওপর নির্ভর করে।

বিজ্ঞানের এক শান্ত ধরনের অগ্রগতি

এই ফলের আকর্ষণ হলো, এটি কোনো জাঁকজমক ছাড়াই দশকের পুরোনো ধাঁধার সমাধান করেছে। বিজ্ঞানীদের সৌরজগতের ইতিহাস নতুন করে লিখতে হয়নি, কিংবা সূর্যকে প্রত্যাশার চেয়ে বেশি রাসায়নিকভাবে অদ্ভুত বলে প্রস্তাব করতে হয়নি। বরং তারা দেখিয়েছেন যে যত্নশীল modeling বছরের পর বছর টিকে থাকা একটি অসঙ্গতি দূর করতে পারে।

এর মানে এই নয় যে আবিষ্কারটি ছোট। astrophysics-এ নির্ভুলতা গুরুত্বপূর্ণ, আর গবেষকেরা যত বেশি solar abundances-কে meteorite records-এর সঙ্গে মিলিয়ে আনতে পারবেন, planetary science এবং stellar evolution-সম্পর্কিত কাজের ভিত্তি তত শক্তিশালী হবে। প্রতিটি সংশোধিত abundance আরও বড় সিদ্ধান্তের জন্য ব্যবহৃত scaffolding-কে আরও মজবুত করে।

অতএব, সূর্যের আসলে রূপার ঘাটতি কখনোই ছিল না। ঘাটতি ছিল মডেলে। তার বায়ুমণ্ডলের আরও বাস্তবসম্মত বিশ্লেষণ এবং উন্নত পারমাণবিক পদার্থবিদ্যার সঙ্গে, অমিলটি যেন মিলিয়ে যেতে শুরু করেছে। এটি নিজেই একটি উপকারী ফল, আর আরও বিস্তৃত একটি শিক্ষাও দেয়: কখনো কখনো একটি মহাজাগতিক রহস্য সমাধানের পথ দূরে কোথাও তাকানো নয়, বরং যা সবসময় আমাদের সামনে ছিল তা আরও মনোযোগ দিয়ে দেখা।

• সূর্য ও উল্কাপিণ্ড একই আদিম মেঘ থেকে তৈরি হওয়ায় তাদের ভারী মৌলের অনুপাত কাছাকাছি হওয়ার কথা।
• সূর্যে রূপার পরিমাপ দীর্ঘদিন ধরে উল্কাপিণ্ডভিত্তিক প্রত্যাশার চেয়ে কম বলে মনে হয়েছিল।
• নতুন গবেষণায় আরও বাস্তবসম্মত সৌর বায়ুমণ্ডল মডেল এবং রূপার জন্য উন্নত পারমাণবিক পদার্থবিদ্যা ব্যবহার করা হয়েছে।
• সংশোধিত গণনা সূর্যের রূপার abundance-কে উল্কাপিণ্ডের রেকর্ডের সঙ্গে মেলায়।

এই ফল যদি টিকে থাকে, তবে এটি শুধু সৌর রসায়নের এক কৌতূহলজনক অধ্যায়ই বন্ধ করবে না। এটি জ্যোতির্বিজ্ঞানের একটি মূল reference system-ও আরও তীক্ষ্ণ করবে, যার ফলে বিজ্ঞানীরা নক্ষত্রের গঠন ও সৌরজগতের পদার্থগত ইতিহাস আরও ভালোভাবে পড়তে পারবেন।

এই নিবন্ধটি Universe Today-এর রিপোর্টিং-এর ভিত্তিতে লেখা। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.