NASA दुर्बिणीने 90 वर्षे जुन्या क्वांटम सिद्धांताचा संभाव्य पुरावा शोधला

NASA च्या IXPE ने क्वांटम भौतिकशास्त्रातील सर्वात विचित्र भाकितांपैकी एक पकडले असावे

मॅग्नेटार 1E 1547-5408 केंद्रित समन्वित निरीक्षण मोहिमेने व्हॅक्यूम बायरिफ्रिंजन्स (vacuum birefringence) साठी आतापर्यंतचा सर्वात स्पष्ट संकेत दिला आहे, असे NASA सांगते. हा सुमारे 90 वर्षांपूर्वी क्वांटम इलेक्ट्रोडायनॅमिक्सने वर्तवलेला, दीर्घकाळ अपेक्षित परिणाम आहे. 5 ऑगस्ट रोजी Nature मध्ये प्रसिद्ध झालेला हा निकाल त्या घटनेवर अंतिम निर्णय देत नाही, पण प्रत्यक्ष पुरावा मिळणे अवघड राहिलेल्या क्षेत्रात तो एक महत्त्वाचा टप्पा आहे.

हा दावा महत्त्वाचा आहे कारण व्हॅक्यूम बायरिफ्रिंजन्स ही प्रतिवादात्मक वाटणारी कल्पना आहे: तीव्र चुंबकीय क्षेत्रात, रिकाम्या अवकाशाने खर्‍या अर्थाने रिकाम्यासारखे वागू नये. त्याऐवजी, क्वांटम सिद्धांत असा अंदाज बांधतो की व्हॅक्यूम प्रकाशीयदृष्ट्या सक्रिय बनते आणि प्रकाश त्यातून कसा प्रवास करतो ते बदलते. भौतिकशास्त्रज्ञांनी दशकानुदशके याला क्वांटम रचनेचा वास्तविक परिणाम मानले आहे, पण हा परिणाम ब्रह्मांडातील काही सर्वात टोकाच्या वातावरणांमध्येच मोजता येत असल्याने तो थेट पाहणे अत्यंत कठीण झाले आहे.

मॅग्नेटार अगदी असेच वातावरण देतात. ही न्यूट्रॉन तारे आहेत, म्हणजे महाकाय तार्‍यांच्या मृत्यूनंतर उरलेले अतिघन अवशेष, पण त्यांची चुंबकीय क्षेत्रे सामान्य न्यूट्रॉन तार्‍यांपेक्षा कितीतरी अधिक प्रबळ असतात. NASA मॅग्नेटारांना दृश्य ब्रह्मांडातील कोणत्याही ज्ञात वस्तूपेक्षा सर्वात मजबूत चुंबकीय क्षेत्र असलेले म्हणून वर्णन करते. त्यामुळे पृथ्वीवर पुन्हा तयार करता न येणाऱ्या भौतिकशास्त्राची चाचणी घेण्यासाठी त्या नैसर्गिक प्रयोगशाळा ठरतात.

दुर्मिळ लक्ष्य, असामान्य उपयुक्त संकेतांसह

या प्रकरणातील लक्ष्य 1E 1547-5408 हा विशेष रंजक मॅग्नेटार आहे, कारण तो तेजस्वी रेडिओ ऊर्जा आणि एक्स-रे प्रकाश दोन्ही उत्सर्जित करतो. तो सुमारे दर 2.1 सेकंदांनी एक फेरी पूर्ण करतो, त्यामुळे एक पुनरावृत्ती होणारी निरीक्षण भूमिती तयार होते, ज्यामुळे तारा फिरताना त्याच्या विकिरणाचे ध्रुवीकरण कसे बदलते हे संशोधकांना पाहता येते. हे बदलणारे ध्रुवीकरण संकेत नव्या निष्कर्षाच्या केंद्रस्थानी आहेत.

NASA च्या म्हणण्यानुसार, मार्च आणि एप्रिल 2025 दरम्यान Imaging X-ray Polarimetry Explorer, म्हणजे IXPE, वापरून 140 तासांहून अधिक निरीक्षणे गोळा करण्यात आली. या मोहिमेत NASA चे NICER उपकरण आणि ऑस्ट्रेलियातील CSIRO चे Parkes रेडिओ दुर्बीण Murriyang यांचाही समावेश होता. संस्थेच्या मते, हा पहिलाच समन्वित रेडिओ आणि एक्स-रे ध्रुवीकरण मोजमापाचा प्रयोग होता.

हा समन्वय महत्त्वाचा आहे, कारण ध्रुवीकरण ताऱ्याच्या तीव्र चुंबकीय वातावरणातून बाहेर पडताना प्रकाश ज्या भौतिक परिस्थितींना सामोरे जातो त्याची माहिती देतो. केवळ स्त्रोत किती तेजस्वी आहे हे मोजण्याऐवजी, संशोधक येणारे फोटॉन कितपत संरेखित आहेत आणि त्या संरेखनात ताऱ्याच्या फिरण्याबरोबर कसा बदल होतो हे विचारू शकतात. टोकाच्या वस्तूंमध्ये, असे नमुने आजूबाजूचे वातावरण सिद्धांतानुसार विकिरणात बदल घडवत आहे का, हे उघड करू शकतात.

NASA म्हणते की 1E 1547-5408 कडून आढळलेले ध्रुवीकरण तत्सम स्रोतांमध्ये यापूर्वी दिसलेल्या तुलनेत जवळपास तीनपट जास्त होते. त्याहून महत्त्वाचे म्हणजे, ते बदल मॅग्नेटारच्या फिरण्याच्या कालावधीत सुरळीत आणि सुसंगत राहिले. या गुणधर्मांनी एकत्र येऊन, एजन्सीने व्हॅक्यूम बायरिफ्रिंजन्ससाठी आतापर्यंतचा सर्वात निर्णायक संकेत म्हटलेला परिणाम दिला.

हा केवळ खगोलशास्त्रातील टप्पा का नाही

हा निकाल खगोलभौतिकी आणि मूलभूत सिद्धांत यांच्या संगमावर आहे. IXPE हे एक्स-रे ध्रुवीकरण मोजण्यासाठी तयार केले गेले, ज्यामुळे ब्लॅक होल, पल्सार आणि मॅग्नेटारसारख्या उच्च-ऊर्जा वस्तूंवर नवीन खिडकी उघडते. येथे ही क्षमता केवळ दूरच्या ताऱ्याचे वर्णन करण्यासाठी नव्हे, तर अत्यंत ताणाखाली क्वांटम क्षेत्र कसे वागतात हे तपासण्यासाठी वापरली जात आहे.

व्हॅक्यूम बायरिफ्रिंजन्स क्वांटम इलेक्ट्रोडायनॅमिक्समधून उद्भवते, जी प्रकाश आणि आवेशित कणांच्या परस्परक्रियेचे वर्णन करणारी चौकट आहे. दैनंदिन परिस्थितीत हा परिणाम अत्यल्प असतो. पण मॅग्नेटारजवळ, जिथे चुंबकीय क्षेत्र प्रयोगशाळेत माणसे निर्माण करू शकतील त्यापेक्षा कितीतरी प्रचंड असते, तेथे सिद्धांतानुसार व्हॅक्यूमने ध्रुवीकरणासाठी जवळपास प्रिझमसारखे वागले पाहिजे, आणि प्रकाशाच्या विविध दिशांच्या प्रवासाचा मार्ग बदलला पाहिजे.

जर ही व्याख्या खरी ठरली, तर त्याचा अर्थ अवकाश कोणत्यातरी अज्ञात पदार्थाने भरलेला आहे असा नाही, तर प्रचंड क्षेत्रांना सामोरे गेल्यावर क्वांटम व्हॅक्यूमची स्वतःची मोजण्याजोगी रचना असते असा आहे. ही 20व्या शतकाच्या सुरुवातीला कागदावर विकसित केलेल्या कल्पना निसर्गातील वास्तविक वर्तनाचे वर्णन करतात याची ठळक पुष्टी ठरेल.

हे अंतराळ वेधशाळा मूलभूत भौतिकशास्त्रासाठी साधने म्हणून किती महत्त्वाच्या आहेत हेही अधोरेखित करेल. कण प्रवेगक आणि प्रयोगशाळेतील प्रयोग अजूनही आवश्यक आहेत, पण निसर्गाच्या काही अवस्था केवळ ब्रह्मांडातच उपलब्ध आहेत. शहराएवढा आकार आणि तारकांएवढे वस्तुमान असलेले मॅग्नेटार त्या काही ठिकाणांपैकी एक आहेत, जिथे अशा अवस्था थेट अभ्यासता येतात.

शास्त्रज्ञांना अजून काय माहीत नाही

NASA च्या मांडणीतही, हा निकाल काळजीपूर्वक मांडलेला आहे, अंतिम नाही. एजन्सी म्हणते IXPE ने कदाचित सिद्धांत “प्रमाणित केला असेल” आणि संकेताला आतापर्यंतचा सर्वात मजबूत म्हणते, पण तो अंतिम शब्द नाही. अशी सावध भूमिका योग्य आहे. पहिल्यांदाच झालेली अशी मोजणी, विशेषतः अत्यंत असामान्य वस्तूवर आधारित, अद्याप पर्यायी अर्थ, मॉडेल गृहितके आणि भविष्यातील निरीक्षणांच्या कसोटीवर तपासावी लागेल.

संशोधक अजूनही हे समजून घेण्याचा प्रयत्न करत आहेत की हा मॅग्नेटार रेडिओ आणि एक्स-रे दोन्ही पट्ट्यांमध्ये इतका मजबूत आणि सातत्यपूर्ण उत्सर्जक का आहे. NASA नोंदवते की हा स्त्रोत असामान्य आहे आणि वैज्ञानिक अजून त्याचे कारण शोधत आहेत. याचा अर्थ, निरीक्षण शक्य करणारी तीच वस्तू गुंतागुंतही आणते: उत्सर्जन क्षेत्रांची भूमिती, चुंबकीय क्षेत्राची रचना, आणि प्रमुख एक्स-रे हॉट स्पॉट्सचे स्थान हे सर्व ध्रुवीकरण संकेत कसा समजायचा यावर परिणाम करतात.

तरीही, इथे व्यावहारिक वैज्ञानिक निकष परिपूर्णता नाही तर प्रगती आहे. दीर्घकालीन निरीक्षणे, अनेक उपकरणे, आणि तरंगलांबी पट्ट्यांमधील ध्रुवीकरण मोजमाप एकत्र करून, संघाने सैद्धांतिक भाकित आणि चाचणीयोग्य निरीक्षणीय संकेत यातील दरी कमी केली आहे. अनेक प्रसिद्ध कल्पना पडताळणे कठीण असलेल्या क्षेत्रात हे खरे प्रगतीपाऊल आहे.

हा निकाल आत्ता का ठळक वाटतो

ही घोषणा अशा वेळी आली आहे जेव्हा अंतराळ-आधारित वेधशाळा केवळ त्यांनी पाठवलेल्या प्रतिमा किंवा तयार केलेल्या यादींसाठी नव्हे, तर त्या कोणत्या मूलभूत प्रश्नांची उत्तरे देऊ शकतात यासाठीही मोजल्या जात आहेत. व्यापक सर्वेक्षण दुर्बिणींशी तुलना करता IXPE हे तुलनेने विशेषीकृत मिशन आहे, पण हा निकाल विशिष्ट भौतिकशास्त्रासाठी लक्ष्य केलेल्या अचूक उपकरणांचे मूल्य दाखवतो.

NASA साठी, ही आठवणही आहे की काही सर्वात महत्त्वाच्या शोधांचा स्रोत नवीन वस्तू शोधणे नसून, ओळखीच्या वस्तूचे नवीन प्रकारे मोजमाप करणे असते. मॅग्नेटारांचा वर्षानुवर्षे अभ्यास होत आला आहे. इथे बदलला आहे तो ध्रुवीकरण डेटाचा दर्जा आणि समन्वय, ज्यामुळे पुरावा अधिक प्रभावी स्तरावर जात असल्याचे दिसते.

भविष्यातील निरीक्षणे अखेरीस निष्कर्ष पक्का करतील किंवा त्यात सुधारणा करतील, तरी या मोहिमेचे महत्त्व आधीच स्पष्ट आहे. वैज्ञानिकांकडे आता क्वांटम सिद्धांताच्या सर्वात विचित्र भाकितांपैकी एकावर अधिक मजबूत निरीक्षणात्मक पकड आहे, जी एका मृत ताऱ्यातून मिळाली आहे, ज्याचे चुंबकीय क्षेत्र इतके टोकाचे आहे की रिकामे अवकाशही काही क्षणांसाठी रिकाम्यासारखे वागणे थांबवू शकते.

मुख्य मुद्दे

• NASA च्या IXPE ने 2025 मध्ये 140 तासांहून अधिक काळ मॅग्नेटार 1E 1547-5408 चे निरीक्षण केले.
• या मोहिमेत एक्स-रे आणि रेडिओ ध्रुवीकरण मोजमापांचा समावेश होता, जो मॅग्नेटारसाठी पहिलाच प्रयोग होता.
• NASA म्हणते की डेटा व्हॅक्यूम बायरिफ्रिंजन्ससाठी आतापर्यंतचा सर्वात मजबूत संकेत देतो, जो क्वांटम इलेक्ट्रोडायनॅमिक्सचा भाकीत आहे.
• हा निकाल महत्त्वाचा आहे, पण तो अद्याप दीर्घकालीन सिद्धांताची पुष्टी करणाऱ्या पुराव्याप्रमाणेच सावधपणे मांडला आहे.

हा लेख science.nasa.gov वरील अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.