ఐన్స్టీన్ ఊహించిన గురుత్వాకర్షణ తరంగాలకు మరో కీలక ఆధారం
అల్బర్ట్ ఐన్స్టీన్ తన సాధారణ సాపేక్ష సిద్ధాంతం లో 100 ఏళ్ళ క్రితమే ఒక విప్లవాత్మక భావనను ప్రతిపాదించారు. అంతరిక్షం , కాలం స్థిరమైనవి కావు. భారీ వస్తువులు కదిలినప్పుడు అవి వంగి, సాగి, అలల రూపంలో కదులుతాయి. ఈ అలలనే గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు (Gravitational Waves) అంటారు.
శతాబ్దం పాటు సిద్ధాంతంగానే
దశాబ్దాల పాటు గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు కేవలం సిద్ధాంతంగానే ఉండిపోయాయి. చివరకు 2015లో, శాస్త్రవేత్తలు లేజర్ ఇంటర్ఫెరోమీటర్ల సహాయంతో రెండు బ్లాక్ హోల్స్ ఢీకొని ఒక్కటిగా మారిన సమయంలో ఉత్పన్నమైన గురుత్వాకర్షణ తరంగాలను తొలిసారిగా ప్రత్యక్షంగా గుర్తించారు. ఆ సంకేతం చిన్న ‘చిర్ప్’ లాగా కొన్ని క్షణాలే వినిపించింది. దీంతో ఐన్స్టీన్ అంచనా నిజమని నిర్ధారణ అయింది. అదే ఖగోళ శాస్త్రంలో కొత్త అధ్యాయానికి నాంది పలికింది.
2023లో కొత్త సంచలనం – విశ్వం అంతటా ‘కాస్మిక్ హమ్’
2015లో గుర్తించిన తరంగాలు ఒక్కసారిగా వచ్చిన శబ్దంలా ఉంటే, 2023లో శాస్త్రవేత్తలు విశ్వం అంతటా నిరంతరం వినిపిస్తున్న తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ గురుత్వాకర్షణ తరంగాల నేపథ్యాన్ని గుర్తించినట్లు ప్రకటించారు. దీనిని ఒక గదిలో చాలా మంది మాట్లాడుతున్నప్పుడు వినిపించే మిశ్రమ గోలతో పోల్చవచ్చు. ఒక్కరి మాట స్పష్టంగా వినిపించదు. కానీ అందరి గొంతులు కలిసి ఒక నిరంతర శబ్దంలా అనిపిస్తాయి. అలాగే విశ్వంలో అనేక జంటల సూపర్మాసివ్ బ్లాక్ హోల్స్ సృష్టించే గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు కలిసిపోవడం వల్ల ఈ ‘కాస్మిక్ హమ్’ ఏర్పడుతుందని శాస్త్రవేత్తలు భావిస్తున్నారు.
ఎలా ఏర్పడుతుంది?
విశ్వంలోని అనేక గెలాక్సీల కేంద్రాల్లో ఉన్న భారీ బ్లాక్ హోల్స్ జంటలుగా ఒకదాని చుట్టూ మరొకటి తిరుగుతూ ఉంటాయి. అవి కదులుతున్నప్పుడు అంతరిక్ష-కాలంలో అలలు ఏర్పడతాయి. ఇలాంటి కోట్లాది జంటల నుంచి వచ్చే తరంగాలు ఒకదానితో మరొకటి కలసి విశ్వమంతా వ్యాపించే నిరంతర నేపథ్య సంకేతాన్ని సృష్టిస్తాయి. ఈ తరంగాలు 2015లో గుర్తించిన వాటిలా అధిక ఫ్రీక్వెన్సీతో ఉండవు. ఇవి చాలా నెమ్మదిగా, సంవత్సరాలు లేదా దశాబ్దాల వ్యవధిలో అంతరిక్షాన్ని విస్తరింపజేస్తూ, కుదించేస్తూ ఉంటాయి. అందుకే వీటిని విశ్వానికి నేపథ్య సంగీతంలాంటి ‘బాస్ నోట్’ గా శాస్త్రవేత్తలు అభివర్ణిస్తున్నారు.
నానోగ్రావ్ పరిశోధన
2023లో NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) బృందం తన పరిశోధన ఫలితాలను ది ఆస్ట్రోఫీసికాల్ జర్నల్ లెటర్స్ లో ప్రచురించింది. ఈ అధ్యయనంలో వారు గుర్తించిన సంకేతాలు, శాస్త్రవేత్తలు ఎన్నో ఏళ్లుగా ఊహించిన గురుత్వాకర్షణ తరంగాల నేపథ్య నమూనాలకు దగ్గరగా ఉన్నాయని వెల్లడించారు.
ఈ తరంగాలను ఎలా గుర్తించారు?
2015లో లేజర్ ఇంటర్ఫెరోమీటర్లను ఉపయోగించినప్పటికీ, ఈసారి శాస్త్రవేత్తలు పూర్తిగా భిన్నమైన పద్ధతిని అనుసరించారు. వారు భూమిపై యంత్రాలను నిర్మించలేదు. బదులుగా ప్రకృతే తయారు చేసిన అద్భుతమైన ఖగోళ గడియారాలను ఉపయోగించారు. అవే పల్సార్లు (Pulsars).
పల్సార్లు అంటే ఏమిటి?
పల్సార్లు అంటే సూపర్నోవా పేలుళ్ల తర్వాత మిగిలిపోయే అత్యంత సాంద్రత కలిగిన న్యూట్రాన్ నక్షత్రాలు. ఇవి అత్యంత వేగంగా తిరుగుతూ క్రమం తప్పకుండా రేడియో తరంగాలను విడుదల చేస్తాయి. కొన్ని మిల్లీసెకండ్ పల్సార్లు ఒక్క సెకనులో వందల సార్లు తిరుగుతాయి. అవి విడుదల చేసే రేడియో సంకేతాలు అంత ఖచ్చితంగా ఉంటాయి కాబట్టి, వాటి సమయపాలనను అణు గడియారాలతో కూడా పోలుస్తారు.
గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు ఎలా గుర్తించబడతాయి?
ఒక గురుత్వాకర్షణ తరంగం భూమి మరియు పల్సార్ మధ్య ప్రయాణించినప్పుడు, ఆ రెండింటి మధ్య ఉన్న అంతరిక్షం స్వల్పంగా సాగడం లేదా కుదించబడడం జరుగుతుంది. దీని ప్రభావంతో పల్సార్ నుంచి వచ్చే రేడియో సంకేతం భూమికి చేరే సమయం మైక్రోసెకండ్లోని అతి చిన్న భాగం మేర మారుతుంది. ఈ సూక్ష్మమైన సమయ మార్పులను ఎన్నో సంవత్సరాల పాటు అత్యంత ఖచ్చితంగా కొలిచి విశ్లేషించడం ద్వారా శాస్త్రవేత్తలు విశ్వంలో వ్యాపించిన గురుత్వాకర్షణ తరంగాల నేపథ్యాన్ని గుర్తించగలిగారు.
పరిశోధన ప్రాముఖ్యత
ఈ ఆవిష్కరణ విశ్వ చరిత్రను అర్థం చేసుకోవడంలో కొత్త అవకాశాలను తెరిచింది. గెలాక్సీలు ఎలా ఏర్పడ్డాయి? సూపర్మాసివ్ బ్లాక్ హోల్స్ ఎలా విలీనం అవుతున్నాయి? విశ్వ పరిణామం ఎలా కొనసాగుతోంది? వంటి కీలక ప్రశ్నలకు సమాధానాలు కనుగొనే దిశగా ఈ పరిశోధన శాస్త్రవేత్తలకు కొత్త మార్గాలను చూపుతోంది. గురుత్వాకర్షణ తరంగాల (Gravitational Waves) అధ్యయనంలో శాస్త్రవేత్తలు మరో కీలక ముందడుగు వేశారు. దాదాపు 15 సంవత్సరాల పాటు డజన్ల కొద్దీ పల్సార్లను పరిశీలించిన పరిశోధకులు, విశ్వమంతా వ్యాపించి ఉన్న తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ గురుత్వాకర్షణ తరంగాల నిరంతర నేపథ్యాన్ని (Gravitational Wave Background) గుర్తించినట్లు వెల్లడించారు. ఈ పరిశోధన విశ్వ పరిణామాన్ని అర్థం చేసుకోవడంలో కొత్త దారులు తెరిచింది.
15 ఏళ్ల పరిశీలన ఫలితం
పల్సార్లు ఖచ్చితమైన ఖగోళ గడియారాల్లా పనిచేస్తాయి. వీటి నుంచి వచ్చే రేడియో సంకేతాల సమయాన్ని శాస్త్రవేత్తలు 15 సంవత్సరాల పాటు నిరంతరం పరిశీలించారు. ఒకే సమయంలో అనేక పల్సార్లలో ఒకే విధమైన సూక్ష్మ సమయ మార్పులు కనిపిస్తే, అది భూమి చుట్టూ ఉన్న అంతరిక్ష-కాలం స్వల్పంగా వంగి, సాగుతోందని సూచిస్తుంది. పరిశోధకులు గమనించిన నమూనా కూడా ఇదే.
ప్రధాన కారణం – సూపర్మాసివ్ బ్లాక్ హోల్స్
ఈ గురుత్వాకర్షణ తరంగాల నేపథ్యానికి ప్రధాన కారణం సూపర్మాసివ్ బ్లాక్ హోల్స్ జంటలు అని ప్రస్తుతం శాస్త్రవేత్తలు భావిస్తున్నారు. విశ్వ చరిత్రలో అనేక గెలాక్సీలు ఒకదానితో ఒకటి ఢీకొని విలీనం అయ్యాయి. అప్పుడు వాటి కేంద్రాల్లో ఉన్న భారీ బ్లాక్ హోల్స్ కూడా జంటలుగా ఏర్పడతాయి. ఈ బ్లాక్ హోల్స్ సూర్యుడి కంటే లక్షల నుంచి వందల కోట్ల రెట్లు ఎక్కువ ద్రవ్యరాశి కలిగి ఉంటాయి.
ఎలా ఏర్పడుతున్నాయి గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు?
ఈ భారీ బ్లాక్ హోల్స్ ఒకదాని చుట్టూ మరొకటి తిరుగుతూ ఉండగా, అవి తమ శక్తిలో కొంత భాగాన్ని గురుత్వాకర్షణ తరంగాల రూపంలో విడుదల చేస్తాయి. దీంతో వాటి మధ్య దూరం క్రమంగా తగ్గుతూ, అవి ఒకదానికొకటి మరింత దగ్గరవుతాయి. ఈ ప్రక్రియలో విశ్వమంతా వ్యాపించే దీర్ఘకాలిక, తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు ఉత్పన్నమవుతాయి. విశ్వంలో ఉన్న వేల నుంచి లక్షల సంఖ్యలోని బ్లాక్ హోల్ జంటల నుంచి వచ్చే తరంగాలు కలిసిపోవడం వల్లే ప్రస్తుతం గుర్తించిన ‘కాస్మిక్ హమ్’ ఏర్పడిందని శాస్త్రవేత్తలు భావిస్తున్నారు.
ప్రారంభ విశ్వం నుంచీ సంకేతాలా?
కొంతమంది పరిశోధకులు ఈ సంకేతాల్లో కొంత భాగం విశ్వం ఆవిర్భావం తర్వాత జరిగిన ‘కాస్మిక్ ఇన్ఫ్లేషన్’ వంటి ప్రారంభ సంఘటనల నుంచి కూడా వచ్చి ఉండవచ్చని పరిశీలిస్తున్నారు. అయితే ప్రస్తుతం లభించిన ఆధారాల ప్రకారం, ఈ నేపథ్యానికి ప్రధాన మూలం సూపర్మాసివ్ బ్లాక్ హోల్ జంటలే అని శాస్త్రవేత్తలు స్పష్టం చేస్తున్నారు. భవిష్యత్ పరిశోధనలతో దీనిపై మరింత స్పష్టత వచ్చే అవకాశం ఉంది.
ఖగోళ పరిశోధనలో కొత్త అధ్యాయం
ఇప్పటి వరకు ఖగోళ శాస్త్రం ప్రధానంగా కాంతిపై ఆధారపడింది. టెలిస్కోపులు కనిపించే కాంతి, రేడియో తరంగాలు, ఎక్స్-రేలు, ఇన్ఫ్రారెడ్ కిరణాలను ఉపయోగించి విశ్వాన్ని అధ్యయనం చేశాయి. కానీ గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు పూర్తిగా భిన్నమైనవి. ఇవి కాంతిపై ఆధారపడవు. వస్తువుల ద్రవ్యరాశి, కదలికలకు సంబంధించిన సమాచారాన్ని నేరుగా తీసుకువస్తాయి. అంతేకాకుండా పదార్థాల గుండా కూడా పెద్దగా ప్రభావితం కాకుండా ప్రయాణిస్తాయి.
విశ్వ చరిత్రను వినిపిస్తున్న ‘కాస్మిక్ హమ్’
ఈ గురుత్వాకర్షణ తరంగాల నేపథ్యం ద్వారా గెలాక్సీలు ఎలా ఏర్పడ్డాయో, సూపర్మాసివ్ బ్లాక్ హోల్స్ ఎలా అభివృద్ధి చెందాయో, బిలియన్ల సంవత్సరాలుగా విశ్వ నిర్మాణం ఎలా మారిందో తెలుసుకునే అవకాశాలు శాస్త్రవేత్తలకు లభిస్తున్నాయి. వీటి మీద ఇంకా పరిశోధనలు కొనసాగుతున్నాయి. శాస్త్రవేత్తల అభిప్రాయం ప్రకారం, ప్రస్తుతం లభించిన ఆధారాలు బలంగా ఉన్నప్పటికీ, మరిన్ని సంవత్సరాల పరిశీలనతో ఈ ఫలితాలపై గణాంకపరమైన నమ్మకం మరింత పెరుగుతుంది. ప్రపంచంలోని పల్సార్ పరిశీలన కేంద్రాలు పరస్పరం సహకరిస్తూ తమ నెట్వర్క్ను విస్తరిస్తున్నాయి. దీంతో భవిష్యత్తులో మరింత స్పష్టమైన గురుత్వాకర్షణ తరంగాల సంకేతాలను గుర్తించే అవకాశం ఉంది.
ఐన్స్టీన్ సమీకరణల నుంచి విశ్వ సంగీతం వరకు
శతాబ్దం క్రితం ఐన్స్టీన్ తన నోట్బుక్లో రాసిన సమీకరణాలుగా ప్రారంభమైన ఈ సిద్ధాంతం, నేడు శాస్త్రవేత్తలు కొలవగలిగే వాస్తవంగా మారింది. మొదట బ్లాక్ హోల్స్ ఢీకొన్నప్పుడు వచ్చే చిన్న ‘చిర్ప్’ లను మనిషి వినగలిగాడు. ఇప్పుడు విశ్వ చరిత్ర అంతటా ప్రతిధ్వనిస్తున్న నిరంతర “కాస్మిక్ హమ్”ను కూడా గుర్తిస్తున్నాడు. ఇది కేవలం మరో శాస్త్రీయ ఆవిష్కరణ మాత్రమే కాదు. విశ్వాన్ని కేవలం చూడటమే కాకుండా, దాని అంతర్లీన సంగీతాన్ని ‘వినగలిగే’ కొత్త యుగానికి నాంది.
