"कमजोर लाइकिंग" खगोलविदों को ब्रह्मांड के द्रव्यमान का मानचित्र बनाने में मदद करता है

साधारण दृश्य प्रकाश में, आकाशगंगाओं का यह समूह ज्यादा नहीं दिखता है। उनमें बड़ी और अधिक नाटकीय दिखने वाली आकाशगंगाओं के साथ बड़े क्लस्टर हैं। लेकिन आकाशगंगाओं की तुलना में इस छवि में अधिक है, यहां तक ​​कि दृश्य प्रकाश में भी। क्लस्टर से गुरुत्वाकर्षण आवर्धन करता है और इसके पास से गुजरने वाले प्रकाश को विकृत करता है, और उस विरूपण को मैप करने से किसी पदार्थ के बारे में कुछ पता चलता है जो आमतौर पर हमसे छिपा होता है: डार्क मैटर।

आकाशगंगाओं के इस संग्रह को "बुलेट क्लस्टर" के नाम से जाना जाता है और इसके अंदर के गहरे पदार्थ को "कमजोर गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग" नामक एक विधि के माध्यम से पता लगाया गया था, क्योंकि प्रकाश में विकृतियों को ट्रैक करने से यह क्लस्टर से होकर गुजरता है, खगोलविद एक प्रकार का स्थलाकृतिक बना सकते हैं। क्लस्टर में द्रव्यमान का मानचित्र, जहां "पहाड़ियां" मजबूत गुरुत्वाकर्षण के स्थान हैं और "घाटियां" कमजोर गुरुत्वाकर्षण के स्थान हैं। डार्क मैटर का कारण- रहस्यमय पदार्थ जो ब्रह्मांड में अधिकांश द्रव्यमान बनाता है - अध्ययन के लिए इतना कठिन है क्योंकि यह प्रकाश का उत्सर्जन या अवशोषित नहीं करता है। लेकिन इसमें गुरुत्वाकर्षण होता है, और इस प्रकार यह इस तरह के स्थलाकृतिक मानचित्र में दिखाई देता है।

बुलेट क्लस्टर डार्क मैटर के प्रभावों को देखने के लिए सबसे अच्छी जगहों में से एक है, लेकिन यह केवल एक ही वस्तु है। कमजोर गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग की वास्तविक शक्ति में आकाश के बड़े पैच को कवर करने वाली हजारों या लाखों आकाशगंगाओं को देखना शामिल है।

ऐसा करने के लिए, हमें बड़ी दूरबीनों की आवश्यकता है, जो ब्रह्मांड को मैप करने में सक्षम हो। इनमें से एक लार्ज सिंटोपिक सर्वे टेलीस्कोप (LSST) है, जो चिली में निर्माणाधीन है, और 2022 में परिचालन शुरू करना चाहिए और 2032 तक चलना चाहिए। यह एक महत्वाकांक्षी परियोजना है जो अंततः ब्रह्मांड का स्थलाकृतिक मानचित्र बनाएगी।

एलएसटी के डिप्टी डायरेक्टर बेथ विलमैन कहते हैं, '' एलएसएसटी] दस साल की अवधि में आकाश के आधे हिस्से का निरीक्षण करने जा रहा है। वेधशाला में "अंधेरे ऊर्जा और कमजोर [गुरुत्वाकर्षण] लेंसिंग से लेकर सौर प्रणाली का अध्ययन करने, मिल्की वे का अध्ययन करने, रात के समय के साथ रात का आकाश कैसे बदलता है, का अध्ययन करने के लिए विज्ञान के लक्ष्यों की एक विस्तृत श्रृंखला है।"

वर्तमान में चिली (माइकल मुलेन डिजाइन, एलएसटीएस कॉर्पोरेशन) में निर्माणाधीन बड़े सिनॉप्टिक सर्वे टेलिस्कोप के कलाकारों का प्रतिपादन।

ब्रह्मांड की संरचना का अध्ययन करने के लिए, खगोलविद दो बुनियादी रणनीतियों को नियुक्त करते हैं: गहरा जा रहा है, और व्यापक जा रहा है। हबल स्पेस टेलीस्कोप, उदाहरण के लिए, गहराई में जाने में अच्छा है: इसकी डिजाइन इसे ब्रह्मांड में कुछ बेहोश आकाशगंगाओं की तलाश करने देती है। दूसरी ओर, एलएसटीटी व्यापक होगा।

"टेलिस्कोप का आकार ही उल्लेखनीय नहीं है, " विलमैन कहते हैं। LSST 27 फीट व्यास का होगा, जो इसे मौजूदा दूरबीनों की मध्य सीमा में रखता है। "LSST के इंस्ट्रूमेंटेशन का अनूठा हिस्सा [अपने] कैमरे के देखने का क्षेत्र है, जो उस पर लगाया जाएगा, जो लगभग पूर्णिमा के आकार का 40 गुना है।" इसके विपरीत, एक सामान्य दूरबीन LSST के समान आकार का होता है। चंद्रमा के आकार के एक-चौथाई से कम आकाश का एक पैच देखें।

दूसरे शब्दों में, एलएसएसटी एक सामान्य डिजिटल कैमरा का उपयोग करके आकाश की बड़ी-तस्वीर वाली छवि को संयोजित करेगा, एक बड़ी दूरबीन द्वारा प्रदान की गई दृष्टि की गहराई के साथ। संयोजन लुभावनी होगा, और यह सब दूरबीन के अद्वितीय डिजाइन के कारण है।

एलएसटीटी तीन बड़े दर्पणों को नियोजित करेगा, जहां अधिकांश अन्य बड़े दूरबीन दो दर्पणों का उपयोग करते हैं। (खगोलविदों की जरूरत के अनुसार लेंस बनाना असंभव है, इसलिए अधिकांश वेधशालाएं दर्पण का उपयोग करती हैं, जो तकनीकी रूप से किसी भी आकार के हो सकते हैं।) उन दर्पणों को कैमरे पर जितना संभव हो उतना प्रकाश केंद्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो 63 इंच का होगा। 3.2 बिलियन पिक्सेल के पार।

विलमैन कहते हैं, "एक बार जब इसे एक साथ रखा जाता है और आकाश पर तैनात किया जाता है, तो यह खगोलविदों के ऑप्टिकल अवलोकन के लिए उपयोग किया जा रहा सबसे बड़ा कैमरा होगा।"

जबकि साधारण कैमरों को उन रंगों और प्रकाश स्तरों को फिर से बनाने के लिए डिज़ाइन किया जाता है जिन्हें मानव आँख द्वारा देखा जा सकता है, LSST का कैमरा पाँच रंगों को "देखेगा"। उन रंगों में से कुछ हमारी आंखों में रेटिना कोशिकाओं द्वारा देखे गए ओवरलैप करते हैं, लेकिन वे स्पेक्ट्रम के अवरक्त और पराबैंगनी भाग में प्रकाश भी शामिल करते हैं।

बिग बैंग के बाद, ब्रह्मांड कणों का एक गर्म गड़बड़ था। जल्द ही, वह दलदल ठंडा हो गया और उस बिंदु तक विस्तारित हो गया, जहां कण एक दूसरे को आकर्षित करना शुरू कर सकते हैं, पहले तारों और आकाशगंगाओं को बनाने के लिए एक साथ चिपके रहते हैं और एक विशाल ब्रह्मांडीय वेब का निर्माण करते हैं। जिन जंक्शनों को बड़े आकाशगंगा समूहों में विकसित किया गया था, वे लंबे पतले फिलामेंट्स से जुड़े थे, और ज्यादातर-खाली voids द्वारा अलग किए गए थे। कंप्यूटर सिमुलेशन के अनुसार कम से कम यह हमारा सबसे अच्छा अनुमान है, जो दिखाता है कि गुरुत्वाकर्षण के खींचने के तहत अंधेरे पदार्थ को एक साथ कैसे टकराया जाना चाहिए।

कमजोर गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग इन सिमुलेशन का परीक्षण करने के लिए वास्तव में एक अच्छा तरीका है। अल्बर्ट आइंस्टीन ने गणितीय रूप से दिखाया कि गुरुत्वाकर्षण प्रकाश के मार्ग को प्रभावित करता है, इसे अपनी सीधी रेखा की गति से थोड़ा बाहर खींचता है। 1919 में, ब्रिटिश खगोलशास्त्री आर्थर एडिंगटन और उनके सहयोगियों ने इस आशय को सफलतापूर्वक मापा, जो आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत के लिए पहली बड़ी जीत थी।

राशि प्रकाश झुकता गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की ताकत पर निर्भर करता है जिसका वह सामना करता है, जो स्रोत के द्रव्यमान, आकार और आकार द्वारा नियंत्रित होता है। लौकिक शब्दों में, सूर्य द्रव्यमान में छोटा और कम है, इसलिए यह केवल एक छोटी राशि से प्रकाश को कम करता है। लेकिन आकाशगंगाओं में अरबों और अरबों तारे हैं, और बुलेट क्लस्टर जैसी आकाशगंगा समूहों में सैकड़ों या हजारों आकाशगंगाएं होती हैं, साथ ही बहुत सारे गर्म प्लाज्मा और अतिरिक्त डार्क मैटर उन सभी को एक साथ पकड़ते हैं और प्रकाश पर संचयी प्रभाव काफी महत्वपूर्ण हो सकता है। (मजेदार तथ्य: आइंस्टीन को लगता नहीं था कि लेंसिंग वास्तव में उपयोगी होगी, क्योंकि उन्होंने केवल सितारों के संदर्भ में ही सोचा था, आकाशगंगाओं के बारे में नहीं।)

जापानी खगोलविदों द्वारा कमजोर लेंसिंग (सातोशी मियाज़ाकी, एट अल।) का उपयोग करके बनाया गया एक डार्क मैटर मैप।

मजबूत गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग का उत्पादन बहुत बड़े पैमाने पर वस्तुओं द्वारा किया जाता है जो अपेक्षाकृत कम जगह लेते हैं; एक ही द्रव्यमान के साथ एक वस्तु लेकिन एक बड़ी मात्रा में फैली हुई अभी भी प्रकाश को विक्षेपित करेगी, लेकिन नाटकीय रूप से नहीं। यह कमजोर गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग है - जिसे आमतौर पर "कमजोर लेंसिंग" कहा जाता है - सार।

ब्रह्मांड में जितनी भी दिशा आप देखते हैं, आप बहुत सी आकाशगंगाएँ देखते हैं। सबसे दूर की आकाशगंगाएँ देखने में बहुत ही बेहोश हो सकती हैं, लेकिन हम अभी भी उनके कुछ प्रकाश फ़िल्टरिंग को पृष्ठभूमि प्रकाश के रूप में देखते हैं। जब वह प्रकाश पृथ्वी के करीब एक आकाशगंगा या आकाशगंगा समूह तक पहुंचता है, तो कमजोर लेंसिंग उस प्रकाश को थोड़ा तेज कर देगा। यह एक छोटा सा प्रभाव है (यही कारण है कि हम "कमजोर", सब के बाद) कहते हैं, लेकिन खगोलविद इसका उपयोग ब्रह्मांड में द्रव्यमान को मैप करने के लिए कर सकते हैं।

अवलोकनीय ब्रह्मांड में 100 बिलियन या उससे अधिक आकाशगंगाएं कमजोर लेंसिंग के लिए बहुत सारे अवसर प्रदान करती हैं, और यही वह स्थान है जहां LSST जैसी वेधशालाएं आती हैं। अधिकांश अन्य वेधशालाओं के विपरीत, LSST एक व्यक्तिगत पैटर्न के बजाय आकाश के बड़े पैच का सर्वेक्षण करेंगे, बजाय व्यक्तिगत बताने के। जहां दूरबीन इंगित करता है, वहां खगोलशास्त्री तानाशाही करते हैं। इस तरह यह स्लोन डिजिटल स्काई सर्वे (SDSS) से मिलता-जुलता है, जो लगभग 20 वर्षों से खगोलविदों के लिए एक अग्रणी वेधशाला है।

एसडीएसएस और एलएसएसटी जैसी परियोजनाओं का एक प्रमुख लक्ष्य, गांगेय आबादी की एक जनगणना है। कितनी आकाशगंगाएँ बाहर हैं, और वे कितने विशाल हैं? क्या वे बेतरतीब ढंग से आकाश में बिखरे हुए हैं, या वे पैटर्न में आते हैं? क्या स्पष्ट स्वर वास्तविक हैं- यानी, कुछ या कुछ आकाशगंगाओं वाली जगहें?

आकाशगंगाओं की संख्या और वितरण सबसे बड़े ब्रह्मांडीय रहस्यों की जानकारी देता है। उदाहरण के लिए, वही कंप्यूटर सिमुलेशन जो ब्रह्मांडीय वेब का वर्णन करते हैं, हमें बताते हैं कि हमें अपनी दूरबीनों में शो करने की तुलना में अधिक छोटी आकाशगंगाएं देखनी चाहिए, और कमजोर लेंसिंग हमें उन्हें खोजने में मदद कर सकती है।

इसके अतिरिक्त, आकाशगंगाओं की मैपिंग अंधेरे ऊर्जा के लिए एक मार्गदर्शिका है, जिस नाम को हम ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार देते हैं। यदि डार्क एनर्जी हर समय स्थिर रहती है, या यदि विभिन्न स्थानों और समयों में इसकी अलग-अलग ताकत होती है, तो ब्रह्मांडीय वेब को प्रतिबिंबित करना चाहिए। दूसरे शब्दों में, कमजोर लेंसिंग से स्थलाकृतिक मानचित्र हमें सभी में से एक सबसे बड़े प्रश्न का उत्तर देने में मदद कर सकता है: बस अंधेरे ऊर्जा क्या है ?

अंत में, कमजोर लेंसिंग हमें सबसे कम द्रव्यमान वाले कणों के साथ मदद कर सकती है जिन्हें हम जानते हैं: न्यूट्रिनो। ये तेजी से फैलने वाले कण आकाशगंगाओं में चारों ओर नहीं चिपकते हैं, क्योंकि वे ऊर्जा और द्रव्यमान को दूर ले जाते हैं। यदि वे बहुत अधिक दूर ले जाते हैं, तो आकाशगंगा बड़े नहीं होते हैं, इसलिए कमजोर लेंसिंग सर्वेक्षण हमें यह पता लगाने में मदद कर सकते हैं कि बड़े पैमाने पर न्यूट्रिनों के पास कितनी मात्रा है।

SDSS की तरह, LSST खगोलविदों को अपना डेटा जारी करेगा चाहे वे सहयोग के सदस्य हों, किसी भी इच्छुक वैज्ञानिक को अपने शोध में इसका उपयोग करने में सक्षम बनाते हैं।

विलमैन ने कहा, "टेलीस्कोप को सर्वेक्षण मोड में चलाना, और फिर पूरे वैज्ञानिक समुदाय के लिए उन उच्च-स्तरीय कैलिब्रेटेड डेटा उत्पादों को प्राप्त करना वास्तव में गठबंधन करने वाला है, जो खगोल विज्ञान के इतिहास में सबसे अधिक उत्पादक सुविधा है।" "यही तो मैं वैसे भी लक्ष्य कर रहा हूं।"

खगोल विज्ञान की शक्ति दिलचस्प विचारों का उपयोग कर रही है - यहां तक ​​कि हमने एक बार सोचा था कि यह उपयोगी नहीं होगा - अप्रत्याशित तरीकों से। कमजोर लेंसिंग हमें अदृश्य या बहुत छोटी चीजों को देखने का एक अप्रत्यक्ष तरीका देता है। "कमजोर" नामक किसी चीज़ के लिए, कमजोर लेंसिंग ब्रह्मांड को समझने की हमारी खोज में एक मजबूत सहयोगी है।