ग्रॅव्हिटेशनल-वेव्ह बॅकग्राउंड (GWB): डायरेक्ट डिटेक्शन मध्ये एक प्रगती

गुरुत्वीय लहरी 2015 मध्ये आइन्स्टाईनच्या सापेक्षतेच्या सामान्य सिद्धांताने केलेल्या अंदाजाच्या शतकानंतर 1916 मध्ये प्रथमच थेट आढळून आले. परंतु, सतत, कमी वारंवारता गुरुत्वाकर्षण-वेव्ह पार्श्वभूमी (GWB) जी संपूर्णपणे उपस्थित असल्याचे मानले जाते विश्व आतापर्यंत थेट आढळले नाही. साठी उत्तर अमेरिकन नॅनोहर्ट्झ वेधशाळेतील संशोधक गुरुत्वाकर्षण लहरी (NANOGrav) ने अलीकडेच 'ग्रॅव्हिटेशनल-वेव्ह बॅकग्राउंड (GWB)' असा कमी-फ्रिक्वेंसी सिग्नल शोधल्याचा अहवाल दिला आहे.   

आइन्स्टाईनने 1916 मध्ये मांडलेला सापेक्षतेचा सामान्य सिद्धांत असे भाकीत करतो की सुपरनोव्हा किंवा विलीनीकरणासारख्या प्रमुख वैश्विक घटना काळा राहील उत्पादन केले पाहिजे गुरुत्वाकर्षण लहरी च्या माध्यमातून प्रसार की विश्वाची. पृथ्वीने ओघळली पाहिजे गुरुत्वाकर्षण लहरी सर्व दिशांनी सर्व वेळ, परंतु हे सापडत नाहीत कारण ते पृथ्वीवर पोहोचल्यानंतर अत्यंत कमकुवत होतात. 2015 मध्ये LIGO-Virgo टीमला शोधण्यात यश आले तेव्हा गुरुत्वाकर्षणाच्या लहरींचा थेट शोध घेण्यास सुमारे एक शतक लागले गुरुत्वाकर्षण लहरी दोन विलीन झाल्यामुळे उत्पादित काळा राहील पृथ्वीपासून १.३ अब्ज प्रकाशवर्षे अंतरावर आहे ⁽¹⁾. याचा अर्थ असा होतो की सापडलेल्या लहरी सुमारे 1.3 अब्ज वर्षांपूर्वी घडलेल्या वैश्विक घटनेबद्दल माहिती वाहक होत्या.  

2015 मध्ये प्रथम शोध झाल्यापासून, चांगली संख्या गुरुत्वाकर्षण लहरी आजपर्यंत नोंदवले गेले आहेत. त्यापैकी बहुतेक दोघांच्या विलीनीकरणामुळे होते काळा राहील, दोन न्यूट्रॉन ताऱ्यांच्या टक्कर झाल्यामुळे काही होते ⁽²⁾. सर्व आढळले गुरुत्वाकर्षण लहरी आतापर्यंत एपिसोडिक होते, बायनरी जोडीमुळे झाले काळा राहील किंवा न्यूट्रॉन तारे सर्पिल होतात आणि विलीन होतात किंवा एकमेकांशी आदळतात ⁽³⁾ आणि उच्च वारंवारता, लहान तरंगलांबी (मिलिसेकंदांच्या श्रेणीत) होत्या.   

मात्र, मोठ्या प्रमाणात स्त्रोत असण्याची शक्यता असल्याने गुरुत्वाकर्षण लहरी मध्ये विश्व म्हणून अनेक गुरुत्वाकर्षण लहरी सर्वत्र एकत्र विश्व पार्श्वभूमी किंवा आवाज बनवून सतत पृथ्वीवरून जात असू शकते. हे सतत, यादृच्छिक आणि कमी वारंवारतेचे लहान लहर असावे. त्याचा काही भाग महाविस्फोटातून निर्माण झाला असावा असा अंदाज आहे. कॉल केला गुरुत्वाकर्षण-wave Background (GWB), हे आतापर्यंत आढळले नाही ⁽³⁾.  

परंतु आम्ही कदाचित प्रगतीच्या मार्गावर आहोत - उत्तर अमेरिकन नॅनोहर्ट्झ वेधशाळेतील संशोधकांसाठी गुरुत्वाकर्षण लहरी (NANOGrav) ने कमी-फ्रिक्वेंसी सिग्नल शोधल्याचा अहवाल दिला आहे जो 'ग्रॅव्हिटेशनल-वेव्ह बॅकग्राउंड (GWB) असू शकतो. ^(4,5,6).  

LIGO-virgo टीमच्या विपरीत ज्याने शोधले गुरुत्वाकर्षण लहरी च्या वैयक्तिक जोड्यांमधून काळा राहील, NANOGrav टीमने 'एकत्रित' सारखे सतत, आवाज शोधले आहे गुरुत्वाकर्षण लहरी खूप मोठ्या कालावधीत असंख्य लोकांनी तयार केले ब्लॅकहोल्स मध्ये विश्व. फोकस 'खूप लांब तरंगलांबी' वर होता गुरुत्वाकर्षण लहरी 'गुरुत्वीय लहरी स्पेक्ट्रम' च्या दुसऱ्या टोकाला.

प्रकाश आणि इतर इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनच्या विपरीत, गुरुत्वीय लहरींचे थेट दुर्बिणीने निरीक्षण करता येत नाही.  

NANOGrav संघाने निवडले मिलीसेकंद pulsars (MSPs) जे दीर्घकालीन स्थिरतेसह अतिशय वेगाने फिरतात. या स्पंदनांमधून प्रकाशाचा स्थिर नमुना येतो जो गुरुत्वाकर्षण लहरींनी बदलला पाहिजे. पृथ्वीवर सिग्नल्सच्या आगमनाच्या वेळेत परस्परसंबंधित बदलांसाठी अल्ट्रा-स्टेबल मिलिसेकंद पल्सर (एमएसपी) च्या जोडणीचे निरीक्षण करणे आणि त्यांचे निरीक्षण करणे ही कल्पना होती आणि त्यामुळे "आकाशगंगा-आकाराचे" ग्रॅव्हिटेशनल-वेव्ह डिटेक्टर आपल्या स्वतःमध्ये आकाशगंगा. टीमने अशा 47 पल्सरचा अभ्यास करून पल्सर टायमिंग ॲरे तयार केले. अरेसिबो वेधशाळा आणि ग्रीन बँक टेलिस्कोप हे होते रेडिओ मोजमापासाठी दुर्बिणी वापरल्या जातात.   

आतापर्यंत प्राप्त झालेल्या डेटा सेटमध्ये 47 MSP आणि 12.5 वर्षांपेक्षा जास्त निरीक्षणे समाविष्ट आहेत. याच्या आधारावर, GWB ची थेट तपासणी निर्णायकपणे सिद्ध करणे शक्य नाही, जरी आढळलेले कमी वारंवारता सिग्नल असे दर्शवतात. कदाचित, पुढील पायरी म्हणजे अॅरेमध्ये अधिक पल्सर समाविष्ट करणे आणि संवेदनशीलता वाढवण्यासाठी त्यांचा दीर्घ कालावधीसाठी अभ्यास करणे.  

चा अभ्यास करण्यासाठी विश्व, शास्त्रज्ञ प्रकाश, क्ष-किरण, यांसारख्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनवर पूर्णपणे अवलंबून होते. रेडिओ तरंग इ. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनशी पूर्णपणे असंबंधित असल्याने, 2015 मध्ये गुरुत्वाकर्षणाच्या शोधामुळे शास्त्रज्ञांना खगोलीय पिंडांचा अभ्यास करण्याची आणि त्यांना समजून घेण्यासाठी संधीची एक नवीन विंडो उघडली. विश्व विशेषत: त्या खगोलीय घटना ज्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक खगोलशास्त्रज्ञांना अदृश्य आहेत. पुढे, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनच्या विपरीत, गुरुत्वाकर्षण लहरी पदार्थांशी संवाद साधत नाहीत म्हणून त्यांच्या उत्पत्तीबद्दल आणि स्त्रोताविषयी कोणतीही विकृती नसताना अक्षरशः बिनदिक्कत प्रवास करतात.⁽³⁾

ग्रॅव्हिटेशनल-वेव्ह बॅकग्राउंड (GWB) शोधणे ही संधी आणखी विस्तृत करेल. बिग बँगमधून निर्माण झालेल्या लहरी शोधणे देखील शक्य होऊ शकते जे आपल्याला मूळ समजण्यास मदत करू शकते विश्व अधिक चांगल्या प्रकारे.

***

संदर्भ:  

1. Castelvecchi D. आणि Witze A.,2016. आइन्स्टाईनच्या गुरुत्वीय लहरी शेवटी सापडल्या. निसर्ग बातम्या 11 फेब्रुवारी 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  

2. Castelvecchi D., 2020. 50 गुरुत्वीय लहरी घटना विश्वाबद्दल काय प्रकट करतात. 30 ऑक्टोबर 2020 रोजी प्रकाशित निसर्ग बातम्या. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  

3. LIGO 2021. गुरुत्वीय लहरींचे स्रोत आणि प्रकार. येथे ऑनलाइन उपलब्ध आहे https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources 12 जानेवारी 2021 रोजी प्रवेश केला. 

4. NANOGrav सहयोग, 2021. NANOGrav ला कमी-फ्रिक्वेंसी गुरुत्वीय लहरी पार्श्वभूमीचे संभाव्य 'पहिले संकेत' सापडले. येथे ऑनलाइन उपलब्ध आहे http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html 12 जानेवारी 2021 रोजी प्रवेश केला 

5. NANOGrav सहयोग 2021. प्रेस ब्रीफिंग - NANOGrav डेटाच्या 12.5 वर्षांमध्ये गुरुत्वाकर्षण-वेव्ह पार्श्वभूमी शोधत आहे. 11 जानेवारी 2021. येथे ऑनलाइन उपलब्ध http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  

6. Arzoumanian Z., et al 2020. NANOGrav 12.5 वर्ष डेटा संच: समस्थानिक स्टोकास्टिक गुरुत्वीय लहरी पार्श्वभूमी शोधा. द अॅस्ट्रोफिजिकल जर्नल लेटर्स, खंड 905, क्रमांक 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

***