यूक्लिड ने एक वर्ष में उतने प्राचीन क्वेज़ार खोजे जितने विज्ञान ने एक दशक में नहीं खोजे थे

पिछले एक दशक में, ब्रह्मांड की आयु के एक अरब वर्ष से भी कम समय में एक अरब सूर्य के बराबर द्रव्यमान वाले ब्लैक होल द्वारा संचालित एक क्वासर की पुष्टि करने के लिए कई दूरबीनों के समन्वित प्रयास और महीनों तक चलने वाली अनुवर्ती स्पेक्ट्रोस्कोपी की ज़रूरत पड़ती थी। इन प्रयासों का कुल संचित परिणाम लगभग दस पुष्ट वस्तुओं का था। यूक्लिड (Euclid) ने अपने वैज्ञानिक संचालन के पहले वर्ष में ही बारह क्वासरों की पुष्टि कर दी।

यह आंकड़ा लीडेन विश्वविद्यालय के डॉक्टरेट छात्र डैमिंग यांग और उनके सहयोगियों द्वारा एस्ट्रोनॉमी एंड एस्ट्रोफिजिक्स में प्रकाशित एक शोधपत्र का मुख्य निष्कर्ष है। यह शोधपत्र 41 पत्रों के एक विशेष अंक का हिस्सा है, जो यूक्लिड के आकाश के पहले चौथाई हिस्से के आंकड़ों पर आधारित है। पूरी सूची में ब्रह्मांड के सबसे प्रारंभिक युग के 31 पहले से अज्ञात क्वासर शामिल हैं — प्राचीन प्रकाश स्रोत, जिनमें से प्रत्येक लगभग एक खरब सूर्यों के बराबर ऊर्जा उत्सर्जित कर रहा है, और जो उस समय मौजूद अतिविशाल ब्लैक होल द्वारा संचालित हैं जब ब्रह्मांड अपनी वर्तमान आयु का एक अंश मात्र था।

सूची में सबसे दूर की दो वस्तुएं, जिन्हें EUCL J172902.75+641018.1 और EUCL J125308.55+705432.3 नामित किया गया है, की रेडशिफ्ट 7.77 और 7.69 है, जो उन्हें किसी भी सर्वेक्षण में व्यक्तिगत रूप से पहचानी गई सबसे दूर की वस्तुओं में शामिल करती हैं। उनका प्रकाश उस समय उत्सर्जित हुआ था जब ब्रह्मांड लगभग 670 मिलियन वर्ष पुराना था।

यूक्लिड उन वस्तुओं की कैसे पहचान करता है जो साधारण तारों जैसी दिखती हैं

प्राचीन क्वासरों का पता लगाना सुई और घास के ढेर की समस्या है। अत्यधिक दूरी पर, एक क्वासर का पराबैंगनी उत्सर्जन ब्रह्मांड के विस्तार के कारण निकट-अवरक्त में स्थानांतरित हो जाता है, जो इसकी विशिष्ट वर्णक्रमीय रेखाओं को उन तरंगदैर्ध्यों पर रखता है जहाँ अधिकांश ज़मीनी उपकरण कुशलतापूर्वक काम नहीं कर पाते। अधिक व्यावहारिक रूप से, इसके परिणामस्वरूप, ये वस्तुएं धुंधली और लाल दिखाई देती हैं, जो मानक दृश्य-प्रकाश छवियों में अधिक निकट और अधिक संख्या में पाए जाने वाले M-बौने तारों से लगभग अप्रभेद्य हो जाती हैं। यूक्लिड से पहले अधिकांश पहचानें कई सर्वेक्षणों में अलग-अलग गहराई और फ़िल्टर कवरेज के साथ वस्तुओं का मिलान करने और फिर बड़ी दूरबीनों पर महंगे अवलोकन समय के लिए उम्मीदवारों को प्राथमिकता देने पर निर्भर थीं।

यूक्लिड एक साथ दोनों समस्याओं का समाधान करता है। इसका नियर-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर और फ़ोटोमीटर (NISP) 0.95 से 2.0 माइक्रोन तक की तरंगदैर्ध्य को कवर करता है, जहाँ z≥7 क्वासरों से रेडशिफ्टेड लाइमैन-अल्फा उत्सर्जन आता है, साथ ही यह ब्रॉडबैंड फोटोमेट्री भी कैप्चर करता है जो प्रारंभिक उम्मीदवार चयन को सक्षम बनाता है। सर्वेक्षण का क्षेत्र, जिसे अंततः ज़मीन से अप्राप्य गहराई पर आकाश के एक तिहाई हिस्से को कवर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, दुर्लभतम वस्तुओं के उपयोगी नमूने रखने के लिए पर्याप्त बड़ा सांख्यिकीय आयतन उत्पन्न करता है। “उनका आदिम प्रकाश धुंधला है और हमारे करीब स्थित तारों के प्रकाश से भ्रमित होना आसान है,” यूक्लिड टीम के एक ESA शोध फेलो एंटोनियो ला मार्का ने कहा।

यांग की टीम ने Q1 डेटा पर एक फोटोमेट्रिक चयन एल्गोरिदम लागू किया, z≥7 पर क्वासरों के अनुरूप उम्मीदवारों की पहचान की, और NISP के स्पेक्ट्रोस्कोपिक मोड का उपयोग करके, एक अलग ज़मीनी अभियान की आवश्यकता के बिना पुष्टि की। पिछले सर्वेक्षण विधियों की तुलना में दक्षता लाभ यह है कि एक दशक के संचित परिणाम की तुलना में एक वर्ष में बारह पुष्ट वस्तुएँ प्राप्त हुई हैं।

रेडशिफ्ट-7 की सीमा का वास्तव में क्या मतलब है

रेडशिफ्ट यह मापता है कि किसी दिए गए फोटॉन के उत्सर्जित होने के बाद से ब्रह्मांड का कितना विस्तार हुआ है। रेडशिफ्ट z=7 ब्रह्मांड के अपने वर्तमान रैखिक आकार के लगभग आठवें हिस्से के अनुरूप है, जो बिग बैंग के बाद लगभग 13 अरब वर्ष पीछे देखने के समय और 670 मिलियन वर्ष की ब्रह्मांडीय आयु का संकेत देता है। उस समय, ब्रह्मांड पुनर्आयनीकरण (reionization) पूरा कर रहा था, वह संक्रमण जिसमें पहले चमकीले स्रोतों से पराबैंगनी उत्पादन ने हाइड्रोजन गैस को आयनित किया जिसने प्रारंभिक ब्रह्मांड को अपारदर्शी रखा था।

z≥7 पर क्वासर पुनर्आयनीकरण के मुख्य चालकों में से थे, लेकिन वे इसके विरोधाभास भी हैं: उन्हें ऐसे अतिविशाल ब्लैक होल की आवश्यकता होती है जो ब्रह्मांडीय इतिहास में इतनी तेज़ी से बढ़े कि वे अरबों सौर द्रव्यमान तक पहुँच सकें, जबकि संरचना निर्माण के मानक मॉडल के अनुसार, पहले तारों के बनने के लिए मुश्किल से ही समय मिला होगा। हमारी आकाशगंगा, मिल्की वे के केंद्रीय ब्लैक होल, सैजिटेरियस A* का द्रव्यमान लगभग चालीस लाख सौर द्रव्यमान है और इसने ब्रह्मांड की पूरी 13.8 अरब वर्ष की आयु में यह द्रव्यमान अर्जित किया है। यूक्लिड सूची में z≥7 क्वासरों को शक्ति प्रदान करने वाले ब्लैक होल का द्रव्यमान इससे सैकड़ों से हज़ारों गुना अधिक है, फिर भी उन्होंने यह द्रव्यमान उसी समयावधि के 5% से भी कम समय में अर्जित किया।

“ये दानव — जिनका द्रव्यमान हमारे सूर्य के द्रव्यमान से अरबों गुना है — किसी तरह तब मौजूद थे जब ब्रह्मांड अपनी प्रारंभिक अवस्था में था,” यांग के पर्यवेक्षक और शोधपत्र के सह-लेखक, यूसी सांता बारबरा के जोसेफ हेनावी ने कहा। एक वर्ष के आंकड़ों में एक दर्जन से अधिक ऐसी वस्तुओं का खोजा जाना यह दर्शाता है कि वे सांख्यिकीय विसंगतियाँ नहीं हैं: अब नमूना इतना बड़ा है कि इसे एक जनसंख्या के रूप में माना जा सकता है।

यह सूची किन सवालों का जवाब नहीं देती

अतिरिक्त पुष्ट पहचान एक मात्रात्मक मामले को मजबूत करती हैं, लेकिन वे प्रस्तावित निर्माण तंत्रों के बीच अभी तक अंतर नहीं कर पाती हैं। प्रमुख उम्मीदवारों में निरंतर सुपर-एडिंगटन अभिवृद्धि (sustained super-Eddington accretion) शामिल है, जिसमें गैस एक बीज ब्लैक होल में विहित विकिरण-दबाव सीमा से तेज़ गति से गिरती है, जो देखे गए द्रव्यमानों के निर्माण के लिए पर्याप्त लंबी अवधि तक जारी रहती है; विशाल आदिम गैस बादलों का सीधे उन बीज ब्लैक होल में विलय होना जो किसी भी तारकीय अवशेष से कहीं अधिक भारी हों; और पहली पीढ़ी के अतिविशाल ब्लैक होल के सक्रिय होने से पहले घने प्रारंभिक तारा समूहों का तीव्र विलय। प्रत्येक तंत्र को स्वतंत्र अवलोकन संबंधी बाधाओं का सामना करना पड़ता है, और यूक्लिड के आंकड़ों में अभी तक उन मेज़बान आकाशगंगाओं (host-galaxy) के लक्षण शामिल नहीं हैं जो इनका सीधे परीक्षण करने के लिए आवश्यक हैं।

यांग के पेपर में कहा गया है कि 31 वस्तुओं की सूची एक बड़ी अंतर्निहित आबादी के एक चमकीले उपसमूह का प्रतिनिधित्व करती है, जो इतने चमकीले हैं और रेडशिफ्ट और आकाश स्थिति के सही संयोजन पर हैं कि वे Q1 डेटा से स्पष्ट रूप से उभर कर आ सके। पूर्णता मॉडल के लिए संपूर्ण यूक्लिड वाइड सर्वेक्षण की आवश्यकता होगी, जो अभी भी अवलोकन कर रहा है। एक व्यावहारिक सावधानी सभी 31 वस्तुओं पर लागू होती है: निर्माण मॉडल के परीक्षण के लिए आवश्यक मेज़बान आकाशगंगा के लक्षण निर्धारण के लिए सर्वेक्षण द्वारा प्रदान किए गए अवलोकनों की तुलना में अधिक गहन अवलोकनों की आवश्यकता है। हीडलबर्ग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोनॉमी की सिल्विया बेलडिट्टा ने सूची में दूसरी सबसे दूर की वस्तु के लिए अनुवर्ती स्पेक्ट्रोस्कोपी की; नियोजित ज़मीनी अभियान पूरे नमूने को संबोधित करेंगे।

यूक्लिड के प्राचीन क्वासरों के बारे में सामान्य प्रश्न

वास्तव में क्वासर क्या है, और इसकी चमक क्यों मायने रखती है?

क्वासर एक आकाशगंगा का अत्यधिक चमकीला केंद्रक होता है, जो एक अतिविशाल ब्लैक होल द्वारा संचालित होता है जो अपने आस-पास की गैस को सक्रिय रूप से ग्रहण कर रहा होता है। जैसे-जैसे अभिवृद्धि डिस्क में पदार्थ गर्म होता है, यह विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में इतनी चमक के साथ विकिरण करता है कि वह मेज़बान आकाशगंगा के सभी तारों को एक साथ मिलाकर भी मात कर सकता है। यहाँ बताई गई दूरियों पर, केवल केंद्रीय इंजन का ही पता लगाया जा सकता है; मेज़बान आकाशगंगा बहुत धुंधली और बहुत संहत (compact) है कि उसे अलग से देखा जा सके। अत्यधिक चमक ही वह चीज़ है जो यूक्लिड को 13 अरब प्रकाश-वर्ष दूर से वस्तुओं का पता लगाने में सक्षम बनाती है।

इन वस्तुओं को ब्रह्मांड विज्ञान के लिए एक समस्या क्यों बताया जाता है?

ब्लैक होल वृद्धि के मानक मॉडल अभिवृद्धि दर पर एक प्राकृतिक सीमा निर्धारित करते हैं, जिसे एडिंगटन सीमा (Eddington limit) के रूप में जाना जाता है। एक तारकीय-द्रव्यमान वाला बीज, जो एक तारे द्वारा छोड़ा जाने वाला सबसे बड़ा ब्लैक होल है, यदि इस दर से लगातार अभिवृद्धि करता है, तो बिग बैंग और इन क्वासरों के अस्तित्व के युग के बीच उपलब्ध समय में एक अरब सौर द्रव्यमान तक नहीं पहुँच सकता। एक ही सर्वेक्षण वर्ष में एक दर्जन से अधिक खोजने का मतलब है कि वे इतने सामान्य हैं कि कोई एक विदेशी घटना उन्हें समझा नहीं सकती; निर्माण तंत्र को बड़े पैमाने पर काम करना होगा।

इस प्रकार की वस्तु के लिए पिछले सर्वेक्षणों की तुलना में यूक्लिड कैसा है?

यूक्लिड वाइड सर्वेक्षण अंततः लगभग 14,000 वर्ग डिग्री को निकट-अवरक्त संवेदनशीलता पर कवर करेगा, जो तुलनीय क्षेत्रों पर ज़मीनी सर्वेक्षणों के लिए अप्राप्य है। सर्वेक्षणों की पिछली पीढ़ी, जिसमें स्लोअन डिजिटल स्काई सर्वे और UKIRT इन्फ्रारेड डीप स्काई सर्वे शामिल हैं, ने संयुक्त अवलोकनों के एक दशक से अधिक समय में पिछली अधिकांश z≥7 क्वासर सूची की पहचान की थी। यूक्लिड का NISP उपकरण प्रारंभिक चयन और स्पेक्ट्रोस्कोपिक स्क्रीनिंग के समकक्ष एक साथ करता है, जिससे पहले जिस काम के लिए अलग-अलग अभियानों की आवश्यकता होती थी, वह एक ही अवलोकन पास में संपीड़ित हो जाता है।

इस शोध कार्यक्रम में आगे क्या होगा?

रेडशिफ्ट मापन को परिष्कृत करने और मेज़बान आकाशगंगाओं की विशेषता बताने के लिए पूरे 31-वस्तु नमूने के लिए ज़मीनी अनुवर्ती स्पेक्ट्रोस्कोपी की योजना बनाई गई है। यूक्लिड के अतिरिक्त डेटा विमोचन (data releases) सर्वेक्षण क्षेत्र के विस्तार के साथ सूची का विस्तार करेंगे। यूक्लिड का Q2 डेटा विमोचन, जिसने 26 घंटे के अवलोकन में 60 मिलियन सितारों के साथ मिल्की वे के गैलेक्टिक बल्ज को कवर किया, जून के अंत में प्रकाशित हुआ था; बाद के विमोचन उच्च-रेडशिफ्ट क्वासर खोजों से संबंधित अधिक एक्स्ट्रागैलेक्टिक आकाश क्षेत्र जोड़ेंगे। “उन्हें खोजकर और उनका अध्ययन करके,” यांग ने लिखा, “हम बेहतर ढंग से समझ सकते हैं कि ये विशाल तंत्र कैसे बने और इतनी तेज़ी से बढ़े।”

सन्दर्भ: यांग एट अल., “Euclid: Discovery of 31 high-redshift quasars including two of the most distant quasars known,” Astronomy & Astrophysics, 2026. DOI: 10.1051/0004-6361/202658883

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