रोमन टेलीस्कोप शनिवार को लॉन्च — 1 अरब आकाशगंगाओं से डार्क एनर्जी का रहस्य सुलझाएगा

नैन्सी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप (Nancy Grace Roman Space Telescope) शनिवार को ब्रह्माण्ड विज्ञान की सबसे बड़ी खुली माप समस्या के बीच में लॉन्च हो रहा है: ब्रह्माण्ड के विस्तार की गति मापने के दो स्वतंत्र तरीकों के बीच 8 प्रतिशत का अंतर है। ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि — बिग बैंग के 380,000 साल बाद के प्रकाश — को मापें तो विस्तार दर लगभग 67 किलोमीटर प्रति सेकंड प्रति मेगापारसेक आती है। पास के सेफ़िड तारों और टाइप Ia सुपरनोवा को मापें तो लगभग 73 मिलता है। इनके बीच का अंतर 4 से 6 मानक विचलन चौड़ा है। भौतिकी में यह कोई गोल-मटोल त्रुटि नहीं है। यह एक संकेत है कि मानक मॉडल में कुछ गड़बड़ है।

नैन्सी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप, 7:26 AM पूर्वी समय पर कैनेडी स्पेस सेंटर से स्पेसएक्स फाल्कन हैवी रॉकेट पर उड़ान भरते हुए, अब तक का सबसे सक्षम उपकरण है जो यह पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया है कि वह क्या है। 2.4-मीटर दर्पण — हबल के समान व्यास — और 300-मेगापिक्सल नियर-इन्फ्रारेड कैमरा जो हबल के देखने के क्षेत्र से 200 गुना चौड़े आकाश के टुकड़े को देखता है, रोमन आकाशगंगा वितरण के बड़े पैमाने के मानचित्र बना सकता है जिनकी वर्तमान तनाव को मांग है।

वह सबूत जिसने मानक मॉडल को तोड़ दिया

डार्क एनर्जी की पहचान 1998 में हुई थी जब टाइप Ia सुपरनोवा की दूरियों और पीछे हटने की गति को मापने वाली दो स्वतंत्र टीमों ने पाया कि दूर की आकाशगंगाएँ गुरुत्वाकर्षण के तहत धीमी होने वाले विस्तार की अनुमति से अधिक तेज़ी से दूर जा रही थीं। इस अवलोकन ने 2011 का नोबेल पुरस्कार अर्जित किया और ब्रह्माण्ड विज्ञान के मानक मॉडल में एक पद — ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक Λ — डाला। Λ मानता है कि डार्क एनर्जी घनत्व और चरित्र दोनों में स्थिर है, अंतरिक्ष की एक निश्चित संपत्ति है।

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दो हालिया निष्कर्षों ने इस तस्वीर को जटिल बना दिया है। डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट (DESI) ने परिणाम जारी किए जो दर्शाते हैं कि बैरियन ध्वनिक दोलन — बिग बैंग के 380,000 साल बाद से ब्रह्मांडीय जाल में जमे आवधिक घनत्व पैटर्न — डेटा में बेहतर फिट बैठते हैं यदि डार्क एनर्जी की ताकत समय के साथ बदली हो। यह निष्कर्ष परिवर्तन साबित नहीं करता; यह एक संकेत है, और सांख्यिकीय मामला अभी निर्णायक नहीं है। लेकिन यह नोबेल के बाद से Λ के लिए सबसे महत्वपूर्ण अनुभवजन्य चुनौती है।

हबल तनाव एक दूसरा दबाव बिंदु जोड़ता है। यदि मानक मॉडल सही है, तो प्रारंभिक-ब्रह्मांड और स्थानीय दोनों मापों को एक ही विस्तार दर पर अभिसरित होना चाहिए। वे नहीं होते। JWST-कैलिब्रेटेड सेफ़िड का उपयोग करने वाले सबसे हालिया विश्लेषण ने 73 किमी/सेकंड/एमपीसी के पास स्थानीय मान की पुष्टि की है। CMB-व्युत्पन्न मान 67 के पास ही रहता है। विसंगति अधिक डेटा के साथ कम नहीं हुई है — यह बढ़ी है।

रोमन क्या मापेगा और कैसे

रोमन डार्क एनर्जी समस्या पर तीन स्वतंत्र चैनलों के माध्यम से हमला करेगा।

पहला है टाइप Ia सुपरनोवा, जो मानकीकरणीय दूरी चिह्नक के रूप में कार्य करते हैं: प्रत्येक एक पूर्वानुमानित चरम चमक तक पहुँचता है जो बताता है कि वह कितनी दूर है। दूरी की तुलना रेडशिफ्ट से — किसी आकाशगंगा के प्रकाश को ब्रह्मांड के विस्तार द्वारा कितना खींचा गया है — उस ब्रह्मांडीय युग में विस्तार दर देता है। रोमन से प्रति वर्ष हजारों सुपरनोवा खोजने की उम्मीद है, जो जमीन-आधारित सर्वेक्षणों की तुलना में कहीं अधिक व्यापक रेडशिफ्ट रेंज में फैले होंगे, और ब्रह्मांड के त्वरण इतिहास को ऐसी सटीकता से मैप करेंगे जिसे वर्तमान उपकरण नहीं छू सकते।

दूसरा चैनल है बैरियन ध्वनिक दोलन। प्रारंभिक-ब्रह्मांड की उन ध्वनि तरंगों ने आकाशगंगाओं के समूहन में एक विशिष्ट पैमाना छोड़ा — आकाशगंगा जोड़ों के लिए लगभग 490 मिलियन प्रकाश-वर्ष से अलग होने की सांख्यिकीय प्राथमिकता। वह पैमाना एक “मानक पैमाना” के रूप में कार्य करता है: मापें कि यह विभिन्न रेडशिफ्ट पर कितना बड़ा दिखता है और आप प्रत्येक ब्रह्मांडीय युग में ब्रह्मांड के विस्तार इतिहास का पुनर्निर्माण कर सकते हैं। रोमन का विस्तृत-क्षेत्र इमेजिंग लाखों आकाशगंगाओं का मानचित्रण करेगा, जो वर्तमान सर्वेक्षणों की तुलना में अप्रतिम सांख्यिकीय शक्ति प्रदान करेगा।

तीसरा है दुर्बल गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग: अग्रभूमि संरचना के द्रव्यमान द्वारा पृष्ठभूमि आकाशगंगाओं के आकार में मामूली विकृति। लेंसिंग यह ट्रैक करती है कि समय के साथ पदार्थ कैसे जमा हुआ है, जो डार्क मैटर के घनत्व और डार्क एनर्जी के व्यवहार दोनों के प्रति संवेदनशील है। सुपरनोवा और BAO डेटा के साथ संयुक्त, लेंसिंग एक क्रॉस-चेक प्रदान करती है जो अलग कर सकती है कि विस्तार इतिहास में कोई विसंगति वास्तविक है या उपकरणीय।

पहले आए मिशनों से तुलना

हबल का इन्फ्रारेड कैमरा प्रति एक्सपोज़र लगभग 10 वर्ग आर्कमिनट कवर करता है। रोमन लगभग 0.28 वर्ग डिग्री कवर करता है — तुलनात्मक रिज़ॉल्यूशन और गहराई पर लगभग 100 गुना क्षेत्र। इसका वाइड-फील्ड इंस्ट्रूमेंट आकाश के ऐसे टुकड़े देखेगा जिनका सर्वेक्षण करने में हबल को वर्षों लग जाते, कुछ हफ्तों में। JWST असाधारण गहराई प्रदान करता है लेकिन हबल के समान देखने का क्षेत्र; JWST सूक्ष्मदर्शी है, रोमन वाइड-एंगल लेंस। ESA का यूक्लिड (Euclid), 2023 में लॉन्च हुआ और पहले से डेटा लौटा रहा है, रोमन से व्यापक क्षेत्र कवर करता है लेकिन कम स्थानिक रिज़ॉल्यूशन और गहराई पर; दोनों मिशनों से एक-दूसरे के पूरक होने की उम्मीद है।

पैमाने का अंतर मिशन का मुख्य तर्क है। डार्क एनर्जी के गुणों को उस सटीकता से मापने के लिए जो एक वास्तविक ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक को एक विकसित होने वाले से अलग करने के लिए आवश्यक है, लाखों वस्तुओं के सांख्यिकीय नमूनों की आवश्यकता है। हबल तनाव को छोटे सर्वेक्षणों से हल नहीं किया जा सकता — इसके लिए एक जनगणना की आवश्यकता है।

रोमन क्या तय नहीं करेगा

रोमन के माप डार्क एनर्जी पर बाधाओं को काफी हद तक तेज करेंगे, लेकिन वे इससे जुड़े हर प्रश्न का समाधान नहीं करेंगे। उपकरण सीधे डार्क एनर्जी का पता नहीं लगा सकता — यह अवलोकनीय मात्राओं पर इसके प्रभावों को मापता है, और उन मापों की अपनी प्रणालीगत अनिश्चितताएँ होती हैं। टाइप Ia सुपरनोवा अंशांकन, उदाहरण के लिए, सेफ़िड दूरी मापों पर निर्भर करता है, जो बदले में इस बात पर निर्भर करता है कि उन तारों की स्पंदन विशेषताएँ उनके रासायनिक वातावरण से कैसे प्रभावित होती हैं। अंशांकन की यह श्रृंखला ठीक वहीं है जहाँ हबल तनाव वर्तमान में रहता है।

यदि रोमन का डेटा H0 अंतर को कम करता है — स्थानीय और प्रारंभिक-ब्रह्मांड मापों को एक-दूसरे के करीब लाता है — तो यह सुझाव देगा कि तनाव पहले के मापों में बेहिसाब प्रणालीगत त्रुटि से उत्पन्न हुआ था। यदि रोमन के बेहतर अंशांकन के बाद अंतर बना रहता है या बढ़ जाता है, तो यह मजबूत सबूत होगा कि मानक मॉडल वास्तव में अधूरा है। वह परिणाम अधिक परिणामी होगा, लेकिन यह स्वयं यह नहीं बताएगा कि क्या गलत है — केवल यह पुष्टि करेगा कि कुछ गलत है।

जेसन रोड्स (Jason Rhodes), नासा की जेट प्रोपल्शन लैबोरेटरी में ब्रह्मांड विज्ञानी और मिशन से जुड़े, ने वर्तमान परिदृश्य को स्पष्ट रूप से वर्णित किया: “हम प्रारंभिक ब्रह्मांड के मापों और देर के ब्रह्मांड के मापों के बीच तनाव देखना शुरू कर रहे हैं।” रोमन को विशेष रूप से इसलिए डिज़ाइन किया गया था ताकि ये तनाव या तो गायब हो जाएँ या एक पुष्ट विसंगति में बदल जाएँ।

लॉन्च के बाद कमीशनिंग में लगभग 90 से 100 दिन लगते हैं; वैज्ञानिक संचालन 2027 की शुरुआत में शुरू होने की उम्मीद है। टेलीस्कोप L2 लैग्रेंज पॉइंट पर संचालित होगा, जो पृथ्वी से लगभग 1.5 मिलियन किलोमीटर दूर है, जहाँ JWST पहले से परिक्रमा करता है। प्राथमिक मिशन पाँच वर्षों तक चलता है।

रोमन टेलीस्कोप और डार्क एनर्जी से जुड़े सामान्य प्रश्न

डार्क एनर्जी वास्तव में क्या है?
डार्क एनर्जी वह नाम है जो ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार के अज्ञात कारण को दिया गया है। यह वर्तमान अनुमानों के अनुसार ब्रह्मांड की कुल ऊर्जा सामग्री का लगभग 68 प्रतिशत है, लेकिन इसका भौतिक स्वरूप अज्ञात बना हुआ है। सबसे सरल मॉडल इसे खाली स्थान में निहित एक स्थिर ऊर्जा घनत्व के रूप में मानता है। अधिक जटिल मॉडल इसे समय के साथ बदलने या ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक से चरित्र में भिन्न होने की अनुमति देते हैं। रोमन उन संभावनाओं के बीच अंतर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

हबल तनाव क्या है?
हबल स्थिरांक (H0) मापता है कि ब्रह्मांड वर्तमान में कितनी तेज़ी से विस्तार कर रहा है। माप की दो व्यापक श्रेणियाँ — एक जो ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि को प्रारंभिक बिंदु के रूप में उपयोग करती है, दूसरी जो सेफ़िड तारों और सुपरनोवा जैसे पास के मानक मोमबत्तियों का उपयोग करती है — लगातार अलग-अलग मान देती हैं, क्रमशः 67 और 73 किमी/सेकंड/एमपीसी के पास। विसंगति सांख्यिकीय रूप से इतनी महत्वपूर्ण है कि इसे संयोग से समझाया नहीं जा सकता, लेकिन इसका कारण अनसुलझा है।

रोमन जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप से कैसे भिन्न है?
JWST व्यक्तिगत वस्तुओं के गहरे, संकीर्ण-क्षेत्र अवलोकनों के लिए असाधारण संवेदनशीलता के साथ अनुकूलित है। रोमन का दर्पण आकार हबल के समान है लेकिन देखने का क्षेत्र 100 से 200 गुना बड़ा है; यह गहराई के बदले चौड़ाई को प्राथमिकता देता है। दोनों टेलीस्कोप एक साथ काम करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं: रोमन बड़े पैमाने पर खोज और सर्वेक्षण करता है, JWST विशिष्ट लक्ष्यों पर विस्तार से अनुसरण करता है।

डार्क एनर्जी ब्रह्मांड विज्ञान से परे क्यों मायने रखती है?
डार्क एनर्जी ब्रह्मांड के दीर्घकालिक भाग्य को निर्धारित करती है। यदि यह वास्तव में स्थिर है, तो ब्रह्मांड अनिश्चित काल तक त्वरित होता रहेगा, अंततः आकाशगंगाओं को एक-दूसरे के प्रकाश की पहुँच से परे अलग कर देगा। यदि डार्क एनर्जी समय के साथ बदलती है — या उलट जाती है — तो प्रक्षेपवक्र बदल जाता है। रोमन के माप यह सीमित करेंगे कि इनमें से कौन सा परिदृश्य भौतिक रूप से संभव है।

यदि हबल तनाव रोमन की जांच में बच निकलता है, तो ब्रह्मांड विज्ञान को एक नए मॉडल की आवश्यकता होगी — एक ऐसा मॉडल जो यह समझाने में सक्षम हो कि ब्रह्मांड के सबसे प्रारंभिक और सबसे हाल के विस्तार के संकेत अब सहमत क्यों नहीं हैं।

टैग: nasa, cosmology, Dark Matter, dark energy, Hubble tension, Nancy Grace Roman Space Telescope

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