कॉस्मिक डॉन: ब्रह्मांड के पहले सितारों को खोजने के लिए खगोल विज्ञान की प्राचीन खोज

उन्होंने कहा, 'मुझे केवल लाल लोगों की परवाह है।' 'बाकी सब कुछ अग्रभूमि है।'

हबल अल्ट्रा डीप फील्ड, स्पेस टेलीस्कोप साइंस इंस्टीट्यूट के सौजन्य से।

इस गिरावट की एक सुबह, मैंने खुद को जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप के प्रोजेक्ट साइंटिस्ट मास्सिमो स्टियावेली के साथ चाय पीते हुए पाया, जो हबल, अल्ट्रा डीप फील्ड द्वारा निर्मित सबसे प्रसिद्ध और गहन छवियों में से एक को घूर रहा था। बाल्टीमोर में स्पेस टेलीस्कोप साइंस इंस्टीट्यूट में अपने कार्यालय में, स्टियावेली के पास देखने योग्य ब्रह्मांड के सबसे दूर के अंतराल में इस मर्मज्ञ टकटकी का एक बड़ा, चमकदार प्रिंट है।
जो समझ में आता है, क्योंकि 2004 में उनकी टीम ने इसे बनाया था।
उन्होंने हबल को आकाश के एक छोटे से कोने पर इंगित किया, जिससे वह दस दिनों तक प्रकाश का ढेर लगा रहा। परिणामी छवि में पाँच हज़ार से अधिक झिलमिलाती आकाशगंगाएँ हैं, जिनमें से कई खूबसूरती से विस्तृत हैं। मैंने स्टियावेली से कुछ बड़े लोगों के बारे में पूछना शुरू किया, भड़कीले ब्रह्मांडीय बाउबल्स पूरी छवि में इधर-उधर एकत्रित हुए। लेकिन उन्होंने कहा कि उनके लिए उनका कोई उपयोग नहीं था।
इसके बजाय, उन्होंने छवि के शीर्ष के पास एक छोटे से लाल बिंदु की ओर इशारा किया, एक बिंदु इतना छोटा कि आप इसे ऊपर के निम्न-रिज़ॉल्यूशन संस्करण में नहीं देख सकते।
उन्होंने कहा, 'मुझे केवल लाल लोगों की परवाह है।' 'बाकी सब कुछ अग्रभूमि है।' स्टियावेली पहली रोशनी में दुनिया के अग्रणी विशेषज्ञों में से एक है, जो बिग बैंग के बाद बनने वाले पहले सितारों का अध्ययन करने के लिए समर्पित खगोल भौतिकी का एक उपक्षेत्र है। वह छोटी, लाल आकाशगंगाओं को पसंद करता है क्योंकि वे पुरानी और दूर की होती हैं। वास्तव में, एक प्रकाश स्रोत पृथ्वी से जितना दूर होता है, उतना ही अधिक फैला हुआ और लाल उसका प्रकाश हमें दिखाई देता है - एक घटना जिसे हम रेडशिफ्ट कहते हैं। कुछ प्रकाश इतना दूर है कि यह हमारी दृश्य सीमा से बाहर और इन्फ्रारेड में फैला है, जहां केवल एक विशेष दूरबीन ही इसे देख सकती है।
स्टियावेली की छोटी बिंदी की रेडशिफ्ट की गई रोशनी हमें बताती है कि जब ब्रह्मांड एक अरब वर्ष से कम पुराना था, तब उसने अपनी घरेलू आकाशगंगा छोड़ दी थी। जब तक यह हबल के दर्पण पर उतरा, तब तक यह बारह अरब से अधिक वर्षों से यात्रा कर रहा था। सुनिश्चित करने के लिए एक लंबा समय, लेकिन इतना लंबा नहीं कि पहली रोशनी के रूप में योग्य हो। इस बिंदु को बनाने वाले सितारों के पूर्वज थे।
एक तरह से खगोलविद स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण का उपयोग करके आकाशगंगा के सितारों की सापेक्ष आयु निर्धारित करते हैं। इसकी धातुता का परीक्षण करने के लिए एक स्पेक्ट्रोमीटर के माध्यम से एक प्राचीन आकाशगंगा के प्रकाश को चलाने की चाल है, क्योंकि धातुता स्टार टर्नओवर के लिए एक उत्कृष्ट प्रॉक्सी है। तारे थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन द्वारा संचालित होते हैं, एक प्रक्रिया जो धातुओं सहित नए तत्व उत्पन्न करती है। जब वे मर जाते हैं, तो वे अपने कोर की समृद्ध, धातु सामग्री को आसपास के ब्रह्मांड में विस्फोट कर देते हैं। एक आकाशगंगा में जितने अधिक तारे फटते हैं, उसका श्रृंगार उतना ही अधिक धात्विक होता है। स्टियावेली जैसे पहले प्रकाश शिकारी 'प्राचीन आकाशगंगाओं' को खोजना चाहते हैं, जो शुद्ध हाइड्रोजन-और-हीलियम सितारों के शुरुआती संग्रह हैं, जो उनके विस्फोटित पूर्वजों के छर्रे से अप्रभावित हैं। स्टियावेली जैसे पहले प्रकाश शिकारी 'प्राचीन आकाशगंगाओं' को खोजना चाहते हैं, जो शुद्ध हाइड्रोजन-और-हीलियम सितारों के शुरुआती संग्रह हैं, जो उनके विस्फोटित पूर्वजों के छर्रे से अप्रभावित हैं।
आज वे तारे - ब्रह्मांडीय भोर के सूर्य, लाल रंग की उँगलियों से बने - हमारे वैज्ञानिक उपकरणों की पहुंच से ठीक बाहर हैं। लेकिन, सिर्फ . दशक खत्म होने से पहले, हम उम्मीद करते हैं कि हमारी दूरबीनें उन्हें देख सकेंगी। उस समय तक, हमारी तकनीकी आंखें ब्रह्मांड के सबसे गहरे कोनों के अंधेरे में समायोजित हो चुकी होंगी।
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प्रकाश की उत्पत्ति के बारे में आश्चर्य करने वाली हमारी पहली पीढ़ी नहीं है। प्रथम प्रकाश में बौद्धिक रुचि आधुनिक खगोल विज्ञान और दूरबीन के आविष्कार दोनों से पहले की थी। प्लेटो और अरस्तू जैसे पश्चिमी दार्शनिकों ने सोचा कि तारे कालातीत हैं, कि वे हमेशा एक शाश्वत ब्रह्मांड के जुड़नार के रूप में मौजूद थे। बौद्ध और हिंदू ब्रह्मांड विज्ञान दोनों एक पुनर्योजी ब्रह्मांड का वर्णन करते हैं, जिसके सितारे सृजन और विनाश के अनंत चक्रों के अधीन हैं। सेंट थॉमस एक्विनास जैसे मध्यकालीन ईसाई धर्मशास्त्री फिएट द्वारा प्रकाश के निर्माण से मोहित थे, जैसा कि उत्पत्ति 1:3 में वर्णित है - 'और भगवान ने कहा' प्रकाश हो, 'और प्रकाश था।' चौथी शताब्दी में, मिलान के एक आर्कबिशप, जिसका नाम सेंट एम्ब्रोस था, ने अपने अस्तित्व का एक कारण, प्रकाश की एक टेलीोलॉजी को सामने रखने का साहस करके एक कदम आगे बढ़ाया। उन्होंने कहा कि ईश्वर ने प्रकाश को 'दुनिया को उसमें चमकने के द्वारा प्रकट करने के लिए' बनाया। . . इसके पहलुओं को सुंदर बनाने के लिए।' प्रथम प्रकाश के बारे में इस प्राचीन जिज्ञासा को संतुष्ट करने के लिए आधुनिक विज्ञान ने बहुत कुछ किया है। वास्तव में, ब्रह्मांड विज्ञानी आश्वस्त हैं कि वे अब उन सटीक भौतिक स्थितियों का वर्णन कर सकते हैं जिन्होंने इसे जन्म दिया।

माइकल एंजेलो की 'प्रकाश को अंधेरे से अलग करना'

बिग बैंग के प्रारंभिक विस्फोट के बाद, ब्रह्मांड लाखों वर्षों तक विस्तारित और ठंडा रहा, एक अवधि जिसे हम ब्रह्मांडीय अंधकार युग कहते हैं। समय के साथ, उस समुद्र के हिस्से एकत्रित होने लगे, जिससे संघनित गैस के क्षेत्र सौ अरब सूर्यों से अधिक विशाल हो गए। इन क्षेत्रों के भीतर - जिन्हें हेलो कहा जाता है - हाइड्रोजन के बादल तारकीय बीजों में सिकुड़ गए जो कि सघन हो गए क्योंकि उन्होंने धीरे-धीरे गुरुत्वाकर्षण के सामने आत्मसमर्पण कर दिया। एक बार जब तारकीय बीज एक निश्चित घनत्व तक पहुंच गए, तो उनके कोर फ्यूजन रिएक्टरों में फट गए। इसके तुरंत बाद, युवा ब्रह्मांड को रोशन करते हुए, उनकी सतहों से ताजा तारों की रोशनी निकलने लगी।
जैसा कि द अटलांटिक के मेगन गार्बर ने इस महीने की शुरुआत में समझाया था, उस शुरुआती स्टारलाइट का अधिकांश हिस्सा आज भी मौजूद है, जो गांगेय स्ट्रीटलाइट्स के बीच ब्रह्मांडीय कोहरे की तरह गहरे अंतरिक्ष में बिखरा हुआ है। लेकिन क्या होगा अगर आप उस सभी प्रकाश को वापस कर दें, इसे मूल सितारों को लौटा दें, जिसने इसे पैदा किया --- वे सितारे क्या दिखेंगे?
स्टियावेली ने मुझे बताया, 'हालांकि हम नहीं जानते कि ये पहले सितारे कैसे दिखते थे, लेकिन इस बात के सबूत हैं कि वे बहुत बड़े होंगे। कुछ ब्रह्मांड विज्ञानी सोचते हैं कि वे तीस सूर्यों के जितने बड़े थे; अन्य, पाँच सौ के रूप में। प्रारंभिक स्टार गठन की जटिल प्रक्रियाओं को पर्याप्त रूप से मॉडल करने में हमारी अक्षमता से अनिश्चितता उत्पन्न होती है। हम पहले तारों का निर्माण करने वाले बड़े हाइड्रोजन हेलो की संरचना के बारे में आश्वस्त हैं, लेकिन हमें यकीन नहीं है कि वे समय के साथ कैसे खंडित हुए। हमें यकीन नहीं है कि हेलो ने कुछ सुपर-सूर्य, या कई छोटी वस्तुओं का उत्पादन किया है।
स्टियावेली ने मुझे बताया, 'हम हाल ही में उस बिंदु पर पहुंच गए हैं जहां हम उस क्षण से एक हजार साल का मॉडल तैयार कर सकते हैं जब तारकीय बीज जमा होना शुरू होता है। 'लेकिन एक तारे के लिए हज़ार साल बहुत कम समय होता है; एक पूरी तस्वीर के लिए, आप सैकड़ों हजारों साल देखना चाहते हैं।'
इन सीमाओं के बावजूद, ब्रह्मांड विज्ञानियों को संदेह है कि पहले तारे गर्म जले थे और परिणामस्वरूप, असाधारण रूप से अल्पकालिक थे।
स्टियावेली ने कहा, 'सूर्य का प्रभावी तापमान 6,000 डिग्री केल्विन से ठीक नीचे है, लेकिन पहले तारों का प्रभावी तापमान लगभग 100,000 केल्विन होगा।' 'यह हमारी आकाशगंगा के किसी भी तारे से अधिक गर्म है।' खगोल भौतिकीविदों का अनुमान है कि ये झुलसा देने वाले 3 मिलियन से भी कम वर्षों में खुद को जला चुके होंगे - हमारे सूर्य जैसे मुख्य अनुक्रम सितारों की तुलना में एक ब्लिप। इन कठोर-जीवित सितारों ने भारी तत्वों, चट्टानी ग्रहों के निर्माण खंड और कार्बन-आधारित जीवन के साथ आकाशगंगाओं को जल्दी से बीज दिया, लेकिन उनके छोटे जीवन काल उन्हें पहले प्रकाश खगोलविदों के लिए मायावी लक्ष्य बनाते हैं। आखिरकार, आप एक ऐसे तारे को कैसे देखते हैं जो ब्रह्मांडीय समय के एक टिमटिमाने से भी कम समय तक चमकता है?
काश, मदद रास्ते में होती। 2018 में, जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप लॉन्च करने के लिए निर्धारित है। वेब एक विशाल, अंतरिक्ष-आधारित इन्फ्रारेड वेधशाला है, जो फैली हुई रोशनी की खोज में एक अभूतपूर्व जानकार है। इसके इन्फ्रारेड सेंसर अल्ट्रा डीप फील्ड में हर वस्तु के रासायनिक गुणों को मापने के लिए पर्याप्त संवेदनशील होंगे - यहां तक कि लाल बिंदु भी।
स्टियावेली ने मुझे बताया, 'ब्रह्मांड के इस गहरे केंद्र के बारे में हमारा ज्ञान बहुत विस्तृत होने वाला है। वेब अधिक प्राचीन वस्तुओं को भी देखेगा, आकाशगंगाएँ बहुत पुरानी और फीकी हैं जिन्हें हबल द्वारा उठाया जा सकता है। इसका अल्ट्रा डीप फील्ड लाल बिंदुओं से भरा हुआ हो सकता है, और अच्छी तरह से ब्रह्मांडीय अंधेरे युग में वापस पहुंच सकता है। इसका अल्ट्रा डीप फील्ड ब्रह्मांडीय अंधकार युग में वापस पहुंच सकता है।
यदि नहीं, तो एक और तरीका है जिससे पहली पीढ़ी के सितारे वेब की नज़र में आ सकते हैं: विस्फोट करके। हम अभी तक नहीं जानते हैं कि कितने प्रथम पीढ़ी के तारे सुपरनोवा में विस्फोटित हुए। लेकिन हम जानते हैं कि जो करते हैं उनके काफी चमकदार होने की संभावना है, और हम उम्मीद करते हैं कि उनकी चमक सालों तक बनी रहेगी। अगर वेब इन वस्तुओं में से किसी एक को विस्फोट के बाद देखता है, तो वह समय के साथ इसका निरीक्षण कर सकता है, यह देखने के लिए कि इसके फ्लैश की सीमा, और इसका प्रकाश इसके चारों ओर ब्रह्मांड के साथ कैसे संपर्क करता है। खगोलविद महीनों, या वर्षों तक इसका अनुसरण कर सकते हैं, जब तक कि यह अंततः मंद नहीं हो जाता, ब्रह्मांडीय कोहरे में इसके धीमे फैलाव की शुरुआत करता है।
लेकिन वेब अभी भी आधा दशक दूर है।
इस बीच, मौजूदा इन्फ्रारेड दूरबीनों के साथ काम करने वाले ब्रह्मांड विज्ञानियों ने पहली रोशनी की खोज के लिए एक और सरल तरीका तैयार किया है, एक ऐसा काम जो गुरुत्वाकर्षण के विदेशी, प्रकाश-झुकने वाले गुणों का लाभ उठाता है। बड़े पैमाने पर, हमारा ब्रह्मांड समूहों में व्यवस्थित है - आकाशगंगाओं का संग्रह इतना विशाल है कि उनका सामूहिक गुरुत्वाकर्षण स्वयं प्रकाश को मोड़ सकता है, इसे लेंस की तरह झुका और खींच सकता है। इन समूहों में से एक पर एक दूरबीन को इंगित करें और आप इसके दूर की ओर से प्रकाश पकड़ सकते हैं, प्रकाश जो क्लस्टर के चारों ओर भीगने की प्रक्रिया में बढ़ जाता है। एक तरह से, ये विशाल वस्तुएं व्यवस्थित रूप से होने वाली दूरबीनों की तरह हैं, पूरे ब्रह्मांड में आवर्धन की प्राकृतिक जेबें। एकमात्र पकड़ यह है कि आप हमेशा भविष्यवाणी नहीं कर सकते कि ये दृश्य वर्महोल क्या बढ़ेंगे।
'किसी भी लेंस में, ऐसे बिंदु होते हैं जहां प्रवर्धन एक हजार या उससे भी अधिक होता है,' स्टियावेली ने मुझे बताया। 'लेकिन संभावना है कि इन व्यक्तिगत सितारों में से एक इन बिंदुओं के अनुरूप होगा, बहुत कम है।'
पहले प्रकाश शिकारी के बीच, वेब के लिए एक लक्ष्य की पहचान करने वाला पहला गेम है, एक स्लाइड पर एक नमूना थप्पड़ मारने वाला पहला, ताकि वेब ज़ूम इन कर सके और अपनी हिम्मत देख सके। कुछ खगोलविद मौजूदा इन्फ्रारेड उपकरणों को उनकी पूर्ण सीमा तक धकेल कर अपनी संभावनाओं को बेहतर बनाने की कोशिश कर रहे हैं। पहले से, हमने नजरें गड़ा दी हैं बारह अरब साल पुराना सुपरनोवा। यह सोचना अनुचित नहीं है कि दशक खत्म होने से पहले हम कुछ पुराना देखेंगे।
स्टियावेली उम्मीद कर रहा है कि हम भाग्यशाली होंगे।
उन्होंने कहा, 'आदर्श स्थिति 2016 या 2017 में एक प्राइमरी सुपरनोवा को खोजने की होगी, ताकि 2018 में वेब के ऊपर जाने पर भी यह चमक सके।' 'इस तरह हम इसका अनुसरण कर सकते हैं और स्पेक्ट्रोस्कोपिक जानकारी प्राप्त कर सकते हैं, इसलिए हम निश्चित हो सकते हैं कि यह पहली पीढ़ी का तारा है और कुछ नहीं।'
वेब को पहली प्रकाश वेधशाला के रूप में डिजाइन किया गया था जैसे कि इससे पहले कोई भी नहीं आया था। एक तरह से या किसी अन्य, यह ब्रह्मांडीय भोर पर अपनी जगहें स्थापित करने जा रहा है, सबसे पहले सूर्योदय पर हम अभी तक कल्पना कर सकते हैं। लेकिन यह अच्छा होगा कि आप शुरुआत करें या कम से कम यह जानें कि कहां देखना है।
फर्स्टस्टार.जेपीईजी