खोज की एक सदी के बाद, हम अंत में गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाया

वैज्ञानिकों ने पहली बार गुरुत्वाकर्षण की आहट सुनी है।

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जैसा कि दो ब्लैक होल एक-दूसरे की ओर आच्छादित होते हैं और विलीन हो जाते हैं, उन्होंने ब्रह्मांड के कपड़े में तरंगों का निर्माण किया, जिस तरह से भौतिकविदों ने एक सदी के लिए भविष्यवाणी की है: गुरुत्वाकर्षण तरंगें। अंतर्राष्ट्रीय प्रेस कॉन्फ्रेंस के एक सूट के दौरान आज अनावरण किया गया, सिग्नल ब्रह्मांड की एक पूरी नई समझ का मार्ग प्रशस्त करता है।

यूनिवर्सिटी ऑफ फ्लोरिडा के LIGO प्रयोगशाला निदेशक डेविड रीट्ज ने आज वाशिंगटन में एक प्रेस इवेंट में कहा, "यह पहली बार है जब ब्रह्मांड ने गुरुत्वाकर्षण तरंगों के माध्यम से हमसे बात की है। अब तक हम बहरे हो चुके हैं।"

गुरुत्वाकर्षण तरंगों की जड़ में गुरुत्वाकर्षण के अल्बर्ट आइंस्टीन का सिद्धांत है, जो कहता है कि द्रव्यमान के साथ कुछ भी अंतरिक्ष-समय के बहुत कपड़े को ताना देता है। जब बड़े पैमाने पर वस्तुएं चलती हैं, तो वे ब्रह्मांडीय कपड़े में विकृतियां पैदा करती हैं, जिससे गुरुत्वाकर्षण तरंगें पैदा होती हैं। ये तरंगें ब्रह्मांड के माध्यम से तरंगित होती हैं जैसे ध्वनि तरंगें हवा के माध्यम से स्पंदन करती हैं।

आइंस्टीन का सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि ब्रह्मांड गुरुत्वाकर्षण तरंगों के साथ मिल रहा है, लेकिन अब तक हम उनका पता लगाने में सक्षम नहीं थे, क्योंकि भाग असाधारण रूप से बेहोश हैं। लेकिन इससे पहले कि पिछले साल इसके उन्नत उपकरण आधिकारिक तौर पर ऑनलाइन आए, लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (LIGO) ने दो ब्लैक होल के 1.3 बिलियन प्रकाश वर्ष की शक्तिशाली टक्कर से एक स्पष्ट संकेत उठाया।

“एक गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेत का पता लगाने के लिए, जबकि LIGO अभी भी पहले विज्ञान रन में डिजाइन संवेदनशीलता के पास नहीं है, यह आश्चर्यजनक है, यह जबड़े को छोड़ने वाला है, एक अच्छे तरीके से”, जोआन सेंट्रेला कहते हैं, जिन्होंने नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट में गुरुत्वाकर्षण खगोल भौतिकी प्रयोगशाला का नेतृत्व किया था। गोडार्ड में एस्ट्रोफिजिक्स साइंस डिवीजन के उप निदेशक बनने से पहले केंद्र।

उस उत्साह को LIGO के लिविंगस्टन, लुइसियाना, वेधशाला और बाकी दुनिया के माध्यम से जोड़ा गया क्योंकि टीम ने उनकी घोषणा की। ब्रह्मांड के बारे में खगोलविदों ने जो कुछ भी सीखा है, वह प्रकाश के विभिन्न रूपों, जैसे कि दृश्यमान, रेडियो तरंगों और एक्स-रे से आया है। लेकिन जिस तरह से भूकंपीय तरंगें पृथ्वी के अंदर गहरी छिपी हुई संरचनाओं को प्रकट कर सकती हैं, गुरुत्वाकर्षण तरंगें ब्रह्मांड के छिपे हुए गुणों के बारे में जानकारी लेती हैं जो प्रकाश भी प्रकट नहीं कर सकते।

"हम एक बहुत ही उच्च संभावित भुगतान के साथ एक उच्च जोखिम वाली नौकरी के साथ शुरू हुए, " कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में एक LIGO सह-संस्थापक और एक गुरुत्वाकर्षण भौतिक विज्ञानी, किप थॉर्न ने कहा। "और हम आज यहां एक महान विजय के साथ हैं - ब्रह्मांड को देखने के लिए एक नया तरीका।"

प्रारंभिक सुराग

गुरुत्वाकर्षण तरंगों का शिकार एक सदी पहले शुरू हुआ, जिसमें आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत का प्रकाशन था। 1970 के दशक के मध्य में, भौतिक विज्ञानी रसेल ए। हुल्स और जोसेफ एच। टेलर, जूनियर ने बेहद ठोस साक्ष्य पकड़े कि ये तरंग मौजूद हैं। उन्होंने दो घने न्यूट्रॉन सितारों के लिए लगने वाले समय को मापा - एक बार-बड़े सितारों के कुचल कोर - एक दूसरे की परिक्रमा करने के लिए।

आइंस्टीन के काम के आधार पर, वे जानते थे कि इन तारों को गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा का विकिरण करना चाहिए क्योंकि वे अलग हो जाते हैं, और यह कि खोई हुई ऊर्जा उन्हें एक दूसरे की ओर सर्पिल कर सकती है। अगले कुछ वर्षों के लिए दोनों सितारों का अध्ययन करने के बाद, उन्होंने देखा कि सामान्य सापेक्षता द्वारा भविष्यवाणी की गई राशि से कक्षा में कमी आई है।

जबकि उस खोज ने भौतिकी में 1993 के नोबेल पुरस्कार को अर्जित किया, अधिकांश भौतिक विज्ञानी इसे गुरुत्वाकर्षण तरंगों का प्रत्यक्ष पता नहीं कहेंगे।

2001 में, LIGO ने दो स्थानों पर 1, 875 मील की दूरी पर काम करना शुरू किया - एक लिविंगस्टन, लुइसियाना में और दूसरा हनफोर्ड, वाशिंगटन में। कुछ साल बाद, यूरोपीय गुरुत्वाकर्षण-तरंग दूरबीन कन्या भी ऑनलाइन आ गई। दोनों उन्नयन के लिए ऑफ़लाइन होने से पहले, क्रमशः 2010 और 2011 तक संचालित हुए।

जबकि वैज्ञानिकों को उम्मीद थी कि ये प्रारंभिक वेधशालाएं गुरुत्वाकर्षण तरंगों को पकड़ लेंगी, उन्हें पता था कि यह एक लंबा शॉट था। ये तरंग बहुत कमजोर संकेत हैं, और यंत्र अपने फुसफुसाते हुए सुनने के लिए संवेदनशील नहीं थे। लेकिन शुरुआती रन अगली पीढ़ी के उपकरणों के लिए प्रौद्योगिकी के परीक्षण के रूप में कार्य करता है।

कन्या को अभी भी अपग्रेड किया जा रहा है, लेकिन LIGO टीम ने 2015 में दोनों डिटेक्टरों पर अपना काम पूरा कर लिया। अब उन्नत LIGO कहा जाता है, लुइसियाना और वाशिंगटन वेधशालाओं ने 18 सितंबर, 2015 से 12 जनवरी के बीच पहले विज्ञान-अवलोकन रन के दौरान गुरुत्वाकर्षण तरंगों के लिए सुनी। 2016. आज घोषित किए गए संकेत को पहले आधिकारिक रन से ठीक पहले उठाया गया था, क्योंकि टीम डिटेक्टरों के परिचालन परीक्षण चला रही थी।

लेजर परिशुद्धता

पृथ्वी से होकर गुज़रने वाली एक लहर को महसूस करने के लिए दुनिया भर में काम करने वाले चतुर इंजीनियरिंग, कंप्यूटर शक्ति और 1, 000 से अधिक वैज्ञानिकों की आवश्यकता होती है।

प्रत्येक एल आकार के LIGO वेधशाला के अंदर, एक लेजर दो लंबवत ट्यूबों के मिलन बिंदु पर बैठता है। लेज़र एक ऐसे उपकरण से होकर गुजरता है जो प्रकाश को विभाजित करता है, जिससे कि दो बीम प्रत्येक ट्यूब से लगभग 2.5 मील की दूरी तय करते हैं। ट्यूबों के सिरों पर दर्पण अपने स्रोत की ओर वापस प्रकाश को प्रतिबिंबित करते हैं, जहां एक डिटेक्टर इंतजार करता है।

आमतौर पर डिटेक्टर पर कोई प्रकाश भूमि नहीं। लेकिन जब एक गुरुत्वाकर्षण लहर गुजरती है, तो उसे एक पूर्वानुमानित पैटर्न में स्पेस-टाइम को फैलाना और स्क्विश करना चाहिए, एक टॉन के व्यास के एक हजारवें हिस्से के आदेश पर एक छोटी राशि द्वारा ट्यूबों की लंबाई को प्रभावी ढंग से बदलना। फिर, कुछ प्रकाश डिटेक्टर पर उतरेगा।

अविश्वसनीय रूप से छोटे परिवर्तन के लिए, साधन के दर्पण जटिल प्रणालियों से जुड़े होते हैं जो उन्हें अधिकांश कंपन से अलग करते हैं। LIGO वैज्ञानिकों के पास विशेष कंप्यूटर प्रोग्राम भी हैं जो विभिन्न प्रकार की पृष्ठभूमि शोर के माध्यम से फ़िल्टर कर सकते हैं, जैसे कभी-कभार के झटके, और यह निर्धारित करते हैं कि कोई भी आने वाले सिग्नल सामान्य सापेक्षता का उपयोग करके गणना किए गए खगोलीय स्रोतों से मेल खाते हैं या नहीं।

लुइसियाना और वाशिंगटन साइट एक साथ एक दृश्य को सत्यापित करने के लिए काम करते हैं। लुइसियाना टीम के सदस्य एम्बर स्टुवर लुइसियाना विश्वविद्यालय के सदस्य एम्बर स्टुवर कहते हैं, "हमें विश्वास नहीं होता है कि हम एक गुरुत्वाकर्षण तरंग देखते हैं जब तक कि दोनों डिटेक्टर समय के भीतर एक ही संकेत को देखते हैं कि गुरुत्वाकर्षण तरंग दो साइटों के बीच यात्रा करेगी।" इस मामले में, लहर पृथ्वी से होकर गुजरी और दो डिटेक्टरों को सिर्फ सात मिली सेकेंड तक अलग किया।

एक बार लुइसियाना और वाशिंगटन साइटों पर एक संभावित गुरुत्वाकर्षण का पता लगाने के बाद, वैज्ञानिकों को विश्लेषण पर काम करना है। LIGO ने 14 सितंबर को इस संकेत को उठाया था, लेकिन अब केवल उच्च निश्चितता के साथ कहने में सक्षम है कि उन्होंने गुरुत्वाकर्षण तरंगों को देखा।

"यह हमें सावधानीपूर्वक जाँच, फिर से जाँच, विश्लेषण के महीनों लग गए, ताकि दर्शन के बारे में सुनिश्चित करने के लिए डेटा के हर टुकड़े के साथ काम किया जा सके", Reitze ने DC इवेंट के दौरान कहा। "और हमने खुद को आश्वस्त किया है कि मामला है।" इस सप्ताह परिणाम भौतिक समीक्षा पत्रों में दिखाई देते हैं।

गुरुत्वाकर्षण तरंग का संकेत जो खगोलविदों ने हाल ही में देखी गई टिप्पणियों से निकाला है कि वे दो ब्लैक होल के एक-दूसरे की ओर बढ़ने की उम्मीद कर रहे थे। नृत्य एक पूर्वानुमानित आवृत्ति और शक्ति पर गुरुत्वाकर्षण तरंगों को भेजता है, जो इस बात पर निर्भर करता है कि वस्तुएं कितनी दूर हैं और उनके द्रव्यमान पर।

जैसे-जैसे वे करीब-करीब नाचना शुरू करते हैं, गुरुत्वाकर्षण तरंगों की तरंग दैर्ध्य सिकुड़ती जाती है और उनका गीत उच्च पिचों तक पहुंचता है। जब ब्लैक होल अंतिम आलिंगन के लिए बंद हो जाता है, तो गुरुत्वाकर्षण तरंग सिग्नल में एक अंतिम उच्च नोट, या "चहक" होता है, जैसा कि खगोलविद कहते हैं।

सितंबर सिग्नल ने इस बात को खूबसूरती से पेश किया कि टीम को दो ब्लैक होल से लगभग 29 और 36 गुना सूर्य के बराबर द्रव्यमान की उम्मीद होगी। उन ब्लैक होल ने सूर्य के द्रव्यमान का 62 गुना एक नया ब्लैक होल बनाने के लिए एक साथ पटक दिया - गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा के लायक 3 सौर द्रव्यमानों को विकीर्ण करना।

अप्रत्याशित की उम्मीद

इस शुरुआती खोज से, खगोलविदों को उम्मीद है कि उन्नत एलआईजीओ गुरुत्वाकर्षण तरंगों को पकड़ना जारी रखेगा और ब्रह्मांड के पहले कुछ क्षणों के बारे में सीखने के लिए सुपरनोवा काम करने के तरीके का पता लगाने से लेकर सभी तरह के वैज्ञानिक अध्ययनों के लिए डेटा बनाना शुरू कर देगा। हालांकि किसी अन्य खगोलीय दूरबीन ने इस ब्लैक होल के टकराव के कोई संकेत नहीं देखे, लेकिन उन्नत LIGO के कुछ अन्य स्रोतों की तलाश है जो दूरबीन से दिखाई देने वाले समकक्षों को प्रकाश पर कब्जा करना चाहिए।

यह विशेष रूप से आशाजनक लगता है कि उन्नत LIGO अभी भी अपनी पूरी संवेदनशीलता पर नहीं है। अगले कुछ वर्षों में आ जाएगा, स्टुवर कहते हैं।

इनमें से प्रत्येक सिग्नल खगोलविदों को देगा जो उनके पास पहले कभी नहीं था: गुरुत्वाकर्षण के चरम मामलों और अदृश्य वस्तुओं के आंदोलनों की जांच करने का एक तरीका। इससे भी अधिक रोमांचक, खगोलविदों को पता है कि प्रत्येक तकनीकी प्रगति के साथ, ब्रह्मांड में हमें आश्चर्यचकित करने का एक तरीका है।

"हर बार जब हमने एक नए तरीके और विभिन्न प्रकार के प्रकाश में देखा है, तो हम कुछ ऐसा खोजते हैं जिसे हम खोजने की उम्मीद नहीं करते हैं, " स्टुवर कहते हैं। "और यह अप्रत्याशित बात है जो ब्रह्मांड की हमारी समझ में क्रांतिकारी बदलाव लाती है।" खगोलविदों ने आकाश में रेडियो एंटेना को चालू करने के बाद, उन्होंने पल्सर नामक एक अप्रत्याशित प्रकार के न्यूट्रॉन तारे की खोज की। और, संभवतः काव्यशास्त्रीय रूप से, यह एक पल्सर और न्यूट्रॉन सितारा था, जो एक कक्षीय नृत्य करता था, जिसे हल्से और टेलर ने 1970 के दशक में अध्ययन किया था।

अब, गुरुत्वाकर्षण-तरंग खगोल विज्ञान की सुबह के साथ, वैज्ञानिकों के पास ब्रह्मांड के नमूने के लिए एक नया उपकरण है। और इसकी आवाज़ से, हम कुछ खूबसूरत संगीत के लिए हैं।

संपादक का नोट: जोन सेंट्रेला की संबद्धता को सही कर दिया गया है।