প্রারম্ভিক মহাবিশ্বের অধ্যয়ন: মহাজাগতিক হাইড্রোজেন থেকে অধরা 21-সেমি লাইন সনাক্ত করতে পরীক্ষায় পৌঁছান 

26 সেমি পর্যবেক্ষণ রেডিও মহাজাগতিক হাইড্রোজেনের হাইপারফাইন ট্রানজিশনের কারণে সৃষ্ট সংকেতগুলি প্রাথমিক গবেষণার জন্য একটি বিকল্প সরঞ্জাম সরবরাহ করে বিশ্ব. শিশুর নিরপেক্ষ যুগের জন্য বিশ্ব যখন কোন আলো নির্গত হয় নি, 26 সেমি লাইন সম্ভবত শুধুমাত্র জানালা। যাইহোক, এই redshifted রেডিও প্রথম দিকে মহাজাগতিক হাইড্রোজেন দ্বারা নির্গত সংকেত বিশ্ব অত্যন্ত দুর্বল এবং এ পর্যন্ত অধরা হয়েছে. 2018 সালে, EDGE পরীক্ষায় 26 সেমি সংকেত সনাক্তকরণের রিপোর্ট করা হয়েছিল কিন্তু ফলাফলগুলি স্বাধীনভাবে নিশ্চিত করা যায়নি। প্রধান সমস্যা ছিল যন্ত্রটি পদ্ধতিগত এবং আকাশ থেকে অন্যান্য সংকেতগুলির সাথে দূষণ। রিচ এক্সপেরিমেন্ট হল বাধা কাটিয়ে উঠতে অনন্য পদ্ধতি ব্যবহার করা। আশা করা যায় যে এই গবেষণা দলটি অদূর ভবিষ্যতে এই অধরা সংকেতগুলি নির্ভরযোগ্যভাবে সনাক্ত করতে সক্ষম হবে। সফল হলে, REACH এক্সপেরিমেন্ট প্রথম দিকের গবেষণায় '26 সেমি রেডিও অ্যাস্ট্রোনমি'কে সামনের দিকে নিয়ে আসতে পারে বিশ্ব এবং প্রথম দিকের রহস্য উদঘাটনে আমাদের অনেক সাহায্য করে বিশ্ব. 

এর পড়াশুনার কথা যখন আসে প্রারম্ভিক মহাবিশ্ব, সম্প্রতি চালু করা নাম জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপ (JWST) আমাদের মনে পপ আপ. জেডব্লিউএসটি, ব্যাপকভাবে সফল একটি উত্তরসূরী হাবল টেলিস্কোপ, একটি স্থান-ভিত্তিক, ইনফ্রারেড অবজারভেটরি যা প্রথম দিকের নক্ষত্র এবং গ্যালাক্সি থেকে অপটিক্যাল/ইনফ্রারেড সিগন্যাল ক্যাপচার করতে সজ্জিত বিশ্ব বিগ ব্যাং এর পরেই¹। যাহোক, জেডব্লিউএসটি এর নিরপেক্ষ যুগ থেকে সংকেত বাছাই পর্যন্ত কিছু সীমাবদ্ধতা রয়েছে প্রারম্ভিক মহাবিশ্ব উদ্বিগ্ন.  

সারণী: ইতিহাসের যুগ বিশ্ব বিগ ব্যাং থেকে  

(সূত্র: কসমোলজির দর্শন – 21 সেমি ব্যাকগ্রাউন্ড। এ উপলব্ধ http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

বিগ ব্যাং এর 380 k বছর পর, বিশ্ব আয়নযুক্ত গ্যাসে ভরা ছিল এবং সম্পূর্ণ অস্বচ্ছ ছিল। 380k - 400 মিলিয়ন বছরের মধ্যে, বিশ্ব নিরপেক্ষ ও স্বচ্ছ হয়ে উঠেছিল। বিগ ব্যাং এর পর 400 মিলিয়ন থেকে শুরু হওয়া এই পর্বের পর পুনর্মিলনের যুগ শুরু হয়।  

প্রারম্ভিক নিরপেক্ষ যুগের সময় বিশ্ব, যখন বিশ্ব নিরপেক্ষ গ্যাসে ভরা ছিল এবং স্বচ্ছ ছিল, কোন অপটিক্যাল সংকেত নির্গত হয়নি (অতএব অন্ধকার যুগ বলা হয়)। ইউনিয়নকৃত উপাদান আলো নির্গত করে না। এটি প্রাথমিক অধ্যয়নের ক্ষেত্রে একটি চ্যালেঞ্জ তৈরি করে বিশ্ব নিরপেক্ষ যুগের। যাইহোক, হাইপারফাইন ট্রানজিশনের (সমান্তরাল স্পিন থেকে আরও স্থিতিশীল অ্যান্টি-প্যারালাল স্পিন) এর ফলে এই যুগে ঠান্ডা, নিরপেক্ষ মহাজাগতিক হাইড্রোজেন দ্বারা নির্গত 21 সেমি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের (1420 মেগাহার্টজ অনুরূপ) মাইক্রোওয়েভ বিকিরণ গবেষকদের সুযোগ দেয়। এই 21 সেমি মাইক্রোওয়েভ বিকিরণ পৃথিবীতে পৌঁছানোর পরে লাল স্থানান্তরিত হবে এবং রেডিও তরঙ্গ হিসাবে 200MHz থেকে 10 MHz ফ্রিকোয়েন্সিতে পর্যবেক্ষণ করা হবে।^2,3.  

21 সেমি রেডিও জ্যোতির্বিদ্যা: 21-সেন্টিমিটার মহাজাগতিক হাইড্রোজেন সংকেত পর্যবেক্ষণ প্রাথমিক গবেষণার জন্য একটি বিকল্প পদ্ধতির প্রস্তাব করে বিশ্ব বিশেষত নিরপেক্ষ যুগের পর্যায়ে যা কোন আলো নির্গমন বর্জিত ছিল। এটি আমাদের নতুন পদার্থবিদ্যা সম্পর্কেও অবহিত করতে পারে যেমন সময়ের সাথে পদার্থের বিতরণ, অন্ধকার শক্তি, অন্ধকার পদার্থ, নিউট্রিনো ভর এবং মুদ্রাস্ফীতি².  

যাইহোক, প্রারম্ভিক সময়ে মহাজাগতিক হাইড্রোজেন দ্বারা নির্গত 21-সেমি সংকেত বিশ্ব পর্যায় অধরা। এটি অত্যন্ত দুর্বল হবে বলে আশা করা হচ্ছে (আকাশ থেকে নির্গত অন্যান্য রেডিও সংকেতের তুলনায় প্রায় এক লক্ষ গুণ দুর্বল)। ফলস্বরূপ, এই পদ্ধতিটি এখনও শৈশব অবস্থায় রয়েছে।  

2018 সালে, গবেষকরা 78 মেগাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সিতে এই ধরনের একটি রেডিও সংকেত সনাক্ত করার কথা জানিয়েছিলেন যার প্রোফাইল মূলত আদিম মহাজাগতিক হাইড্রোজেন দ্বারা নির্গত 21-সেন্টিমিটার সিগন্যালের প্রত্যাশার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ ছিল।⁴. কিন্তু আদিম 21-সেমি রেডিও সংকেতের এই সনাক্তকরণটি স্বাধীনভাবে নিশ্চিত করা যায়নি তাই পরীক্ষার নির্ভরযোগ্যতা এখনও পর্যন্ত প্রতিষ্ঠিত করা যায়নি। প্রধান সমস্যাটি ফোরগ্রাউন্ড রেডিও সংকেতগুলির সাথে দূষণ বলে মনে হচ্ছে।  

সর্বশেষ মাইলফলক হল 21 জুলাই 2022-এ মহাজাগতিক হাইড্রোজেন (REACH) বিশ্লেষণের জন্য রেডিও এক্সপেরিমেন্টের রিপোর্ট। REACH এই দুর্বল অধরা মহাজাগতিক রেডিও সংকেতগুলি সনাক্ত করতে অভিনব পরীক্ষামূলক পদ্ধতি ব্যবহার করবে এইভাবে 21-সেন্টিমিটার মহাজাগতিক সংকেত নিশ্চিত করার জন্য একটি নতুন আশা প্রদান করবে।  

The Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) is a sky-averaged 21-cm experiment. This aims to improve observations by managing issues faced by instruments related to residual systematic signals in the data. It focusses on detecting and jointly explaining the systematics together with the foregrounds and the cosmological signal using Bayesian statistics. The পরীক্ষা involves simultaneous observations with two different antennas, an ultra-wideband system (redshift range about 7.5 to 28) and a receiver calibrator based on in-field measurements.  

এই উন্নয়নটি তাৎপর্যপূর্ণ কারণ এটির অন্যতম সেরা টুল হওয়ার সম্ভাবনা রয়েছে (এবং সাশ্রয়ী মূল্যের তুলনায় খুবই কার্যকর স্থান-ভিত্তিক পর্যবেক্ষক যেমন জেমস ওয়েব) প্রারম্ভিক অধ্যয়নের জন্য বিশ্ব সেইসাথে নতুন মৌলিক পদার্থবিজ্ঞানের সূচনা হওয়ার সম্ভাবনা।  

*** 

তথ্যসূত্র:  

1. প্রসাদ ইউ., 2021. জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপ (জেডব্লিউএসটি): প্রথম মহাকাশ পর্যবেক্ষণ কেন্দ্র প্রারম্ভিক মহাবিশ্বের অধ্যয়নের জন্য নিবেদিত। বৈজ্ঞানিক ইউরোপীয়. 6 নভেম্বর 2021 পোস্ট করা হয়েছে। এখানে উপলব্ধ http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/ 

2. প্রিচার্ড JA এবং Loeb A., 2012. 21 তম শতাব্দীতে 21 সেমি বিশ্বতত্ত্ব। পদার্থবিদ্যায় অগ্রগতির প্রতিবেদন 75 086901। এ উপলব্ধ https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. arXiv-এ প্রিপ্রিন্ট উপলব্ধ https://arxiv.org/abs/1109.6012  পিডিএফ সংস্করণ  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 

3. অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়. কসমোলজির দর্শন – 21 সেমি ব্যাকগ্রাউন্ড। সহজলভ্য http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. আকাশ-গড় বর্ণালীতে 78 মেগাহার্টজ কেন্দ্রিক একটি শোষণ প্রোফাইল। প্রকৃতি 555, 67–70 (2018)। https://doi.org/10.1038/nature25792 

5. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. রেডশিফ্ট z ≈ 21–7.5 থেকে 28-সেমি হাইড্রোজেন সংকেত সনাক্ত করার জন্য REACH রেডিওমিটার। ন্যাট অ্যাস্ট্রন (2022)। https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  

6. Eloy de Lera Acedo 2022. REACH রেডিওমিটার দিয়ে শিশু মহাবিশ্বের রহস্য উন্মোচন করা। অনলাইনে উপলব্ধ  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

***