હબલ કોન્સ્ટન્ટ: કુછ તો ગરબડ હૈ -

Pub. Date : 22.03.2020

બ્રહ્માંડ ધાર્યા કરતા વધારે ઝડપથી વિસ્તરી રહ્યું છે

તાજેતરમાં રોયલ એસ્ટ્રોનોમીકલ સોસાયટીની માસીક જર્નલમાં એક નવો અભ્યાસ લેખ પ્રકાશીત થયો છે. જે બતાવે છે કે બ્રહ્માંડની આપણી સમજમાં ક્યાંક કંઇક ખૂટે છે. સીઆઈડીની ભાષામાં કહીએ તો, 'કુછ તો ગરબડ હૈ. આ ગરબડ શું છે. તેને એક વિસમી સદીનું ભૌતિક શાસ્ત્ર ઉકેલી શકશે ? આ બધા સવાલોનાં ઉત્તર વૈજ્ઞાાનિકો શોધી રહ્યાં છે. આપણા બ્રહ્માંડમાં આપણી સમજમાં ક્યાં ત્રુટી છે ? આપણે બ્રહ્માંડ વિશે શું નથી જાણતા ? ભૌતિક શાસ્ત્રનાં સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં ક્યાં ઉણપ છતી થાય છે ? સવાલ ઘણા બધા છે. એના ઉત્તર હવે આધુનિક ઉપકરણોની મદદથી કોસ્પ્રોલોજીસ્ટ શોધી રહ્યાં છે. આજની તારીખે વૈજ્ઞાાનિકો માટે સૌથી મોટી પઝલ કે સમસ્યા ડાર્ક મેટર અને ખાસ કરીને 'ડાર્ક એનર્જી' સ્વરૂપે છે. બ્રહ્માંડનું આપણું જ્ઞાાન આધુનિક સમસ્યા ઉપર શું કહે છે ? એક નજર ભૌતિક શાસ્ત્રનાં ચશ્મા પહેરીને, બ્રહ્માંડ રચના ઉપર નાખી લઇએ.

કુછ તો ગરબડ હૈ !

વિસમી સદીની શરૂઆતમાં ભૌતિક શાસ્ત્રીઓને લાગવા માંડયું હતું કે 'બ્રહ્માંડને સમજવા માટેનું 'સ્ટાન્ડર્ડ કોસ્મોલોજીકલ મોડેલ'' લગભગ સંપુર્ણ છે. સમય જતાં એમાં પણ કેટલાંક ફરક દેખાવા લાગ્યા કારણ કે નવા અવલોકનો કંઇક નવી દીશા સુચવતા હતાં. આપણાં સ્ટાન્ડર્ડ કોસ્મોલોજીકલ મોડેલ પ્રમાણે બે તૃતિયાંશ એટલે કે ૬૬% બ્રહ્માંડ ડાર્ક એનર્જી વડે ભરાયેલું છે. જેનાં કારણે બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ થઇ રહ્યું હોવાનું વૈજ્ઞાાનિકો માને છે. બ્રહ્માંડનો ચોથો ભાગ એટલે કે લગભગ ૨૫ ટકા હિસ્સો 'ડાર્ક મેટર' વડે રચાયેલો છે. ડાર્ક મેટર બ્રહ્માંડનાં બદલાવ કે ઉત્ક્રાંતિ સાથે સંકળાએલ હોવાનું વૈજ્ઞાાનિકો માને છે. આપણે જે ઓપ્ટીકલ એટલે કે પ્રકાશીય ઉપકરણ વડે બ્રહ્માંડનો પ્રકાશીત કે દ્રશ્યમાન હિસ્સો જોઈ રહ્યાં છીએ એ તો માત્ર બ્રહ્માંડનો સામાન્ય પદાર્થ એટલે કે ઓર્ડીનરી મેટર છે. આ પદાર્થ વડે ગ્રહો, તારાઓ, તારા ગુચ્છો, આકાશગંગા વગેરેની રચના થયેલી છે.

બિગબેંગ એટલે કે બ્રહ્માંડ સર્જનની 'મહાવિસ્ફોટ' નામે જાણીતી થિયરી બતાવે છે કે બ્રહ્માંડ સર્જનની શરૂઆતની થોડી મિનીટો છોડી દઇએ ત્યારથી બ્રહ્માંડ ચારેયદિશામાં વિસ્તરતું જાય છે. બ્રહ્માંડ વિસ્તરણની વાત આપણને વિસમી સદીમાં એડવિન હબલ દ્વારા સમજાવવામાં આવી હતી. બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ જે ઝડપે થઇ રહ્યું છે તેની આંકડાકીય માહિતી હબલ કોનસ્ટન્ટ તરીકે ઓળખાય છે. એડવિન હબલનાં સમયમાં બ્રહ્માંડનાં વિસ્તરણની જે ઝડપ માપવામાં આવી હતી એ ઝડપ અને, આધુનિક પ્લાન્ડ સેટેલાઇટ, જેને યુરોપીયન સ્પેસ એજન્સીએ ભ્રમણ કક્ષામાં ગોઠવ્યો છે. તેણે મેળવેલ હબલ કોન્સ્ટન્ટનું મુલ્ય અલગ અલગ છે. જો મુલ્ય એક સરખું રહે તો જ તેને 'કોન્સ્ટન્ટ' એટલે કે 'અચળ' સંખ્યા કહેવાય. તેમાં ફેરફાર થાય કે આંકડાઓ ચલીત થયે રાખે તો તેને યુનીવર્સલ કોનસ્ટન્ટ કહેવાય નહીં. આખરે આપણી ગણતરીમાં ભુલ છે કે આપણાં અવલોકનોનું અર્થઘટન બરાબર થઇ રહ્યું નથી ?

હબલ કોન્સ્ટન્ટ: બદલાતો જાય છે

બ્રહ્માંડની આપણી સમજમાં જ્યાં થોડીક ગરબડ લાગે છે. એ વિસ્તાર એટલે બ્રહ્માંડનાં વિસ્તરણની ઝડપ દર્શાવતો અચળાંક એટલે કે 'હબલ કોન્સ્ટન્ટ'. પ્લાન્ક સેટેલાઇટ દ્વારા વૈજ્ઞાાનિકોએ હબલ કોન્સ્ટન્ટ માટે મેળવેલ વેલ્યુ છે: '૪૬,૨૦૦ માઈલ પ્રતિ કલાક. એટલે કે બ્રહ્માંડનો દસ લાખ પ્રકાશ વર્ષ જેટલો વિસ્તાર દર કલાકે ૪૬,૨૦૦ માઇલ જેટલો વિસ્તરી રહ્યો છે. બીજી બાજુ 'સીફેઇડ'' નામનાં પલ્સાર એટલે કે પલ્સેટીંગ સ્ટારનાં તરંગો ઝીલીને બ્રહ્માંડનાં વિસ્તરણનો અચળાંક કાઢવામાં આવે તો તેનું મુલ્ય થાય છે. ૫૦,૪૦૦ માઈલ પ્રતિ કલાક એટલે કે બંને આંકડા વચ્ચે ૪,૨૦૦ માઈલ પ્રતિ કલાકનો તફાવત છે. જે ટકાવારીની દ્રષ્ટિએ દસ ટકા જેટલો મોટો તફાવત કહેવાય.

અહી બે સંભાવના પેદા થાય છે. જો પહેલો આંકડો સાચો માનીએ તો, અર્થ એ થયો કે આપણે છેલ્લાં દાયકાઓમાં બ્રહ્માંડમાં અતિશય દુર આવેલ આકાશગંગા કે અવકાશી પીંડનાં અંતર એટલે કે 'ડિસ્ટન્સ' ગણવામાં ભુલ કરી રહ્યાં છીએ. અથવા બીજી સંભાવના જોઇએ તો, આપણી સમક્ષ નવું વૈજ્ઞાાનિક મોડેલ ઉભું છે. જે બતાવે છે કે બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ કોઈ એક ચોક્કસઝડપે નહી પરંતુ ધાર્યા કરતાં વધારે ઝડપથી થઇ રહ્યું છે. ભૌતિક શાસ્ત્રની ભાષામાં વેગમાં થતો ઉત્તરોત્તર વધારો પ્રવેશ એસેલહેશન તરીકે ઓળખાય છે. બ્રહ્માંડ વિસ્તરણનાં પ્રવેશનો આંકડો પણ હવે વધી રહ્યો છે. વિસમી સદીમાં આ સમસ્યા જોવા મળી હતી. જેને વૈજ્ઞાાનિકો 'ક્રાઈસીસ' તરીકે ઓળખતા હતાં. આ ક્રાઈસીસ પાછળ વૈજ્ઞાાનિકો રહસ્યમય ડાર્ક એનર્જીને જવાબદાર ગણી રહ્યાં છે.

હવે આ સમસ્યાનાં મુળમાં જવા માટે, વૈજ્ઞાાનિકો પ્રવેશનો દર જેટલો બને એટલો વધારે ચોકસાઇથી માપવા માંગે છે. છેલ્લાં દસ વર્ષથી પ્લાન્ક સેટેલાઇટ, બ્રહ્માંડ સર્જન સમયે પેદા થયેલ કોસ્મીક માઈક્રોવેવ બેક ગ્રાઉન્ડ રેડિયેશન માપી રહ્યાં છે. જેને સરળ ભાષામાં બ્રહ્માંડ સર્જન સમયે પેદા થયેલ ઇકો અથવા પડઘો કહી શકાય.

બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ થઇ રહ્યું છે

બ્રહ્માંડને યોગ્ય પરિપ્રેક્ષ્યમાં જોવાનું કામ ૨૦મી સદીમાં શરૂ થયું. ૧૯૨૫માં અંતરીક્ષમાં દેખાતાં પ્રકાસનાં ધબ્બા જેવી નિહારીકા એટલે કે 'નેબ્યુલા'ને સમજવાની કોશીશ એડવિન હબલ નામનાં ખગોળશાસ્ત્રીએ કરી હતી. તેણે જોયું કે નિહારીકામાંથી આવતાં પ્રકાસનાં તરંગોમાં લાલ રંગ તરફનાં તરંગોનો પટ્ટો થોડો સંકોચાયેલો જોવા મળતો હતો. સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં પ્રકાસની ઝડપ અચળ માનવામાં આવે છે. દ્રશ્યમાન પ્રકાસની રચના કરનાર સાત રંગો જે 'મેઘધનુષ્ય'માં જોવા મળે છે. તેની તરંગ લંબાઈમાં ફેરફાર થતો જોવા મળે છે. ઘટનાનું તારણ કાઢતાં એડવિન હબલે કહ્યું કે જે નિહારીકા આપણા કરતાં દુરની દિશામાં જઇ રહી છે. તેમાં લાલ રંગનાં તરંગોમાં બદલાવ કે શીફ્ટ જોવા મળે છે.

૧૯૨૭માં બેલ્જીયમનાં પાદરી અને ભૌતિકશાસ્ત્રી જ્યોર્જીસ લામિત્રે આ પ્રકારની રેડ શિફ્ટની ઘટના દુર આવેલી આકાશગંગાનાં પ્રકાસનાં વર્ણપટમાં જોઈ હતી. બંને વૈજ્ઞાાનિકો એકબીજાથી સ્વતંત્ર રીતે અલગ અલગ દિશામાં બ્રહ્માંડનો અભ્યાસ કરી રહ્યાં હતાં. જ્યોર્જીસ લામિત્રે પણ સારાંશ કાઢ્યો કે આકાશગંગા આપણાથી દુરની દિશામાં ભાગી રહી છે. છેવટે ૧૯૨૯માં એડવિન હબલે સ્વતંત્ર રીતે જાહેર કર્યું કે બ્રહ્માંડ બધી જ દીશામાં ધીરે ધીરે વિસ્તરી રહ્યું છે. એટલે કે બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ થઇ રહ્યું છે ! બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ શા માટે થઇ રહ્યું છે ? તેની પાછ કયુ પરીબળ કામ કરી રહ્યું છે ? તેની જાણકારી એડવિન હબલને હતી નહીં.

૧૯૬૫માં એસ્ટ્રોફીજીકલ જર્નલમાં બે રિસર્ચ પેપર પ્રકાશીત થયાં. પ્રથમ પેપર પ્રિન્સ્ટન યુની.નાં ચાર વૈજ્ઞાાનિકોનું હતું. જેમમે બિગ બેંગ સમયનાં બ્રહ્માંડનાં તાપમાનની ગણતરી કરીને આગાહી કરી હતી. બીજા સંશોધન લેખમાં બેલ લેબોરેટરીનાં ખગોળશાસ્ત્રીઓએ પ્રવર્તમાન બ્રહ્માંડનાં તાપમાનનાં માંપાક અને અવલોકનો આવ્યા હતાં. બેલ લેબોરેટરીનાં વૈજ્ઞાાનિકોએ રેડિયો એન્ટેના વડે લીધેલ અવલોકનો કોસ્મીક માઇક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડ રેડિયેશન (ભસ્મ્)  તરીકે ઓળખાયાં જે પ્રિન્સટન યુનિ.નાં વૈજ્ઞાાનિકોએ કરેલ આગાહી સાથે 'મેચ' થતા ન'હતાં. પરંતુ તેની નજીક જરૂર હતા. જેનાથી બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ જાણી શકાય.

ડાર્ક એનર્જી: પડદા પાછળનાં ખેલાડી ?

૨૦૦૧માં હબલ સ્પેસ ટેલીસ્કોપ વડે બ્રહ્માંડનાં વિસ્તરણ માટે જવાબદાર 'હબલ કોન્સ્ટન્ટ'ની ચોક્કસ અને વિશ્વસનીય 'ફીગર' મેળવી આપી હતી. જે માટે સીફેઇડ વેરીએબલ તરીકે ઓળખાતાં પલ્સારને 'સ્ટાન્ડર્ડ' પોઇન્ટ ઓફ રેફરન્સ તરીકે લેવામાં આવ્યો હતો. ત્યારબાદ 'જીર્લ્લંઈજી' એટલે કે સુપરનોવા વિસ્ફોટને ધ્યાનમાં લઇને માત્ર ખગોળીય સંશોધન માટે 'હબલ કોન્સ્ટન્ટ'નુંમુલ્ય શોધવાનો પ્રયત્ન આદમ જી. રિએસ અને તેનાં સાથી વૈજ્ઞાાનિકોએ કર્યો હતો. ૨૦૧૧માં તેમને નોબેલ પ્રાઇઝમાં ભાગ મળ્યો. તેમણે ૧૯૯૮માં બ્રહ્માંડ વિસ્તરણનાં વેગમાં થતો વધારો એટલે કે પ્રવેગની શોધ કરવામાં અગત્યની ભુમિકા ભજવી હતી. આ વખતે પોઇન્ટ ઓફ રેફરન્સ તરીકે સીક્રેઇડ અને સુપરનોવા બંનેનો ઉપયોગ થયો હતો. તાજેતરમાં પ્લાન્ક સેટેલાઇટે લીધેલા અવલોકનો બતાવે છે કે આપણે ધારીએ છીએ તેનાં કરતાં બ્રહ્માંડ વધારે ઝડપથી વિસ્તરી રહ્યું છે. કારણ ?

વૈજ્ઞાાનિકો માને છે કે આકાશગંગામાં રહેલાં તારાઓને એકબીજા સાથે પકડી રાખે અને દુર જવા ન દે તે માટે ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ કામ કરે છે. વૈજ્ઞાાનિકોએ ગણતરી કરીને જોયું કે આકાશગંગામાં રહેલાં તારાઓનું દ્રવ્ય/માસ એટલો બધો નથી કે તેમને એકબીજા સાથે જકડી રાખે ! તો પછી વિસ્તરી રહેલ આકાશગંગાનાં તારાઓને કોઇક બીજુ પરીબળ પકડી રાખી રહ્યું છે. જેમ ગુરૂત્વાકર્ષણ બળનું મુલ્ય ઓછું છે એજ રીતે કોઇ બીજુ નબળુ પરીબળ/ફોર્સ જે પરમાણુ કક્ષો લાગે છે તે વધારાનું દ્રવ્ય/માસ પેદા કરે છે. અને તારાઓ ગુરૂત્વાકર્ષણ બળથી પકડાતુ રહે છે. આમ ન દેખાતા દ્રવ્ય/ માસ વાળા પદાર્થને વૈજ્ઞાાનિકો 'ડાર્ક મેટર' કહે છે. તે જે કણોથી બનેલ છે. તેને વિકલી ઇન્ટરેકટીંગ મેસીવ પાર્ટીકલ એટલે કે 'વિમ્સ' કહે છે. જેની પ્રેક્ટીકલ શોધ હજી થઈ નથી.

બ્રહ્માંડ વિસ્તરણ માટે જવાબદાર ઉર્જા 'ડાર્ક એનર્જી' તરીકે ઓળખાય છે. જેનાં ઉપર વૈજ્ઞાનિક સંશોધનો ચાલુ જ છે.