खगोलशास्त्राचे नवे सुवर्णयुग!

जेम्स पीबल्स यांच्यासारख्या बुजुर्ग विश्वउत्पत्तीशास्त्रज्ञांनी वर्णन केलेल्या अफाट विश्वात मानवजातीचे नेमके स्थान काय? आपण सर्व पृथ्वीवासी विश्वाचा वेध घेऊ  शकणारी एकमेव संस्कृती आहोत का? या प्रश्नांचे खगोलशास्त्रीय उत्तर शोधताना पहिला प्रश्न पडतो, तो असा : विश्वामध्ये आपल्या पृथ्वीचे स्थान काही विशेष आहे की पृथ्वीसारखे अनेक ग्रह आपल्या विश्वात आहेत? या प्रश्नाचे उत्तर शोधण्यात महत्त्वाचा हातभार लावला मिशेल मेयर व दिदिएर क्वेलोझ यांनी. या तिघानांही यंदाचे भौतिकशास्त्र विषयाचे नोबेल जाहीर झाले आहे. त्यांच्या संशोधनाचा हा आढावा..

विश्वउत्पत्तीशास्त्र हा एक गहन विषय आहे. आपल्या विश्वाची निर्मिती महास्फोटात नेमकी कधी व कशी झाली? अणू व रेणू यांची उत्पत्ती कोणत्या प्रक्रियेद्वारे झाली? हायड्रोजन वायूपासून पहिले तारे कसे तयार झाले? त्यानंतर आपल्या आकाशगंगेसारख्या अब्जावधी दीर्घिकांची निर्मिती व उत्क्रांती कशा प्रकारे झाली? त्यातील गडद पदार्थ आणि गडद ऊर्जेचे प्रमाण वेळेनुसार कसे बदलत गेले? अशा प्रकारच्या अनेक अवघड प्रश्नांची उत्तरे शोधणे हा विश्वउत्पत्तीशास्त्राचा विषय आहे. अशा संशोधनासाठी एक भक्कम सैद्धांतिक पाया असणे अनिवार्य ठरते. गेल्या अनेक दशकांतील आपल्या संशोधनातून प्रा. जेम्स पीबल्स यांनी हा सैद्धांतिक पाया रोवण्यासाठी मोठे योगदान दिले आहे.

पीबल्स हे मूळ कॅनडातील विनिपेग शहराचे रहिवासी. १९५८ साली वयाच्या २३व्या वर्षी त्यांनी पीएच.डी. पदवीच्या अभ्यासासाठी अमेरिकेच्या प्रिन्सटन विद्यापीठात दाखल झाले. त्यानंतरची संपूर्ण कारकीर्द त्यांनी प्रिन्सटन येथेच घालविली. विश्वउत्पत्तीशास्त्र या विषयातील त्यांचे काम १९६५च्या सुमारास सुरू झाले. त्या वर्षी ‘कॉस्मिक मायक्रोवेव्ह बॅकग्राऊंड (सीएमबी)’चा शोध लागला. अशा प्रकारचे उत्सर्जन अगदी अनपेक्षित होते. मायक्रोवेव्हसारखी तरंगलांबी असलेला हा प्रकाश आकाशातील सर्व दिशांतून एकसमान येत होता. पीबल्स व त्यांच्या तीन सहकाऱ्यांनी सीएमबीचा प्रकाश कसा निर्माण होतो व त्याचा महास्फोटाशी काय संबंध आहे, याबद्दल मूलभूत स्पष्टीकरण दिले. त्यांनी असा युक्तिवाद केला की, सीएमबीचा प्रकाश सुरुवातीपासूनच अंतराळात पसरत होता; विश्वाचा विस्तार जसजसा होत गेला, तसतसा हा प्रकाश अधिक दुर्बल होत गेला. आजच्या या प्रकाशाच्या ऊर्जेवरून, विश्वाच्या आरंभीचे तापमान १० अब्ज डिग्री सेल्सियसपेक्षा जास्त होते, असे अनुमान पीबल्स यांनी आपल्या शोधनिबंधात काढले. महास्फोटानंतरच्या या अतिशय उष्ण काळी विविध अणूंच्या समस्थानिकांचे प्रमाण किती होते, याचा शोधदेखील पीबल्स यांनी लावला. या सर्व संशोधनामुळे महास्फोट सिद्धांताला मोठा दुजोरा मिळाला. १९७० च्या दशकात पीबल्सनी गडद पदार्थ आणि प्रकाशमय पदार्थ एकत्र येऊन विश्वाची बांधणी कशी झाली, विश्वातल्या दीर्घिका कशा विकसित झाल्या, याचे गणित मांडले. १९८० च्या दशकात ‘इंफ्लेशन’ नावाचा महास्फोटावर आधारित विश्वनिर्मिती सिद्धांत विकसित करण्यात पीबल्स यांचे महत्त्वाचे योगदान होते. सैद्धांतिक खगोलभौतिकीच्या इतिहासात क्वचितच एका माणसाने इतके सखोल मूलभूत संशोधन केले असेल! गेल्या तीन दशकांत त्यांनी महास्फोट सिद्धांताबद्दल आपल्या शोधनिबंधांतून केलेली अनेक भाकिते खरी ठरली आहेत. आज वयाच्या ८५व्या वर्षांत पदार्पण केलेल्या पीबल्स यांचे संशोधन अजूनही चालू आहे. खगोलशास्त्राचे सर्व मुख्य पुरस्कार त्यांना याआधीच मिळाले आहेत. नोबेलच्या या सर्वोच्च मानामुळे त्यांची विलक्षण कारकीर्द शिखरावर पोहोचली आहे!

जेम्स पीबल्स यांच्यासारख्या विश्वउत्पत्तीशास्त्रज्ञांनी वर्णन केलेल्या या अफाट विश्वात मानवजातीचे नेमके स्थान काय? आपण सर्व पृथ्वीवासी विश्वाचा वेध घेऊ  शकणारी एकमेव संस्कृती आहोत का? या प्रश्नांचे खगोलशास्त्रीय उत्तर शोधताना पहिला प्रश्न पडतो, तो असा : विश्वामध्ये आपल्या पृथ्वीचे स्थान काही विशेष आहे कीपृथ्वीसारखे अनेक ग्रह आपल्या विश्वात आहेत, या प्रश्नाचे उत्तर शोधण्यात महत्त्वाचा हातभार लावला मिशेल मेयर व दिदिएर क्वेलोझ या दोन स्विस शास्त्रज्ञांनी! नोबेल पुरस्कार जिंकणारे नेमके कोणते कार्य या दोघांनी केले, याचा आढावा घेऊ या. आपला सूर्य हा आकाशगंगेतील एक सामान्य तारा आहे. पृथ्वी आणि सूर्यमालेचे इतर सात ग्रह सूर्याच्या भोवती फिरतात. आकाशगंगेच्या इतर ताऱ्यांभोवती फिरणारे असेच ग्रह आहेत का? असल्यास त्यांचे वस्तुमान किती आहे? त्यांचा व्यास किती आहे? ताऱ्यापासून अशा ग्रहांचे अंतर किती आहे? ते ग्रह गुरूसारखे वायूचे बनलेले आहेत, कीपृथ्वीसारखे खडकाळ आहेत? त्या ग्रहांवर द्रव्य स्वरूपात पाणी उपलब्ध आहे का? वातावरण आहे का? जीवसृष्टी असू शकेल का? यांसारख्या अनेक प्रश्नांची उत्तरे जाणण्यासाठी आपण उत्सुक आहोत. पण इतर ताऱ्यांच्या भोवती फिरणाऱ्या ग्रहांचे प्रत्यक्ष निरीक्षण करणे हे फार कठीण काम आहे. याचे मुख्य कारण हे की, ग्रह हे ताऱ्यांप्रमाणे स्वयंप्रकाशित नसतात. त्याचबरोबर तेजस्वी ताऱ्याच्या खूप जवळ असल्यामुळे प्रत्यक्ष छायाचित्रे काढणे अशक्य असते. परंतु जर एखादा मोठा ग्रह (गुरूसारखा) ताऱ्याच्या अगदी जवळच्या कक्षेत असेल (बुधाच्या कक्षेसारखा किंवा त्याहूनही जवळ), तर त्या ग्रहाच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे तारा मागे-पुढे होत असतो. जर ग्रहाचे वस्तुमान जास्त असेल आणि तो ग्रह ताऱ्याच्या अगदी जवळ असेल, तर त्या ग्रहाची गुरुत्वाकर्षण शक्ती जास्त असते. त्यामुळे ताऱ्यावर होणारा परिणामही जास्त असतो आणि त्याची मागे-पुढे होण्याची हालचालही जास्त असते. याचे निरीक्षण मोठय़ा दुर्बिणीला जोडलेला स्पेक्ट्रोग्राफ वापरून करता येते. डॉप्लर प्रभावाच्या आधारे ग्रहामुळे होणारी ताऱ्याची सूक्ष्म हालचाल (फक्त पाच ते दहा मीटर प्रति सेकंद वेगाने) ही ताऱ्याचा वर्णपट काळजीपूर्वक निरीक्षून अचूक मोजता येते. १९९४ साली मेयर आणि त्यांचे त्या वेळचे पीएच.डी.चे विद्यार्थी क्वेलोझ यांनी ‘एलोडी’ नावाचा एक नवीन स्पेक्ट्रोग्राफ तयार केला. फ्रान्स येथील एका दुर्बिणीवर तो बसवला आणि निरीक्षणाला सुरुवात केली. अशा प्रकारचे प्रयत्न आधीही अनेकदा झाले होते, पण कोणालाच यश लाभले नव्हते. मेयर-क्वेलोझ यांच्या स्पेक्ट्रोग्राफचे डिझाइन श्रेष्ठ होते किंवा त्यांचे भाग्य चांगले होते- काहीही कारण असो; पण १९९५च्या जुलै महिन्यात त्यांनी ‘५१ पेगॅसी’ नावाच्या ताऱ्याभोवती फिरणारा ग्रह शोधून काढला आणि खगोलीय अभ्यासाचे एक नवीन क्षेत्र जन्माला आले! ‘५१ पेगॅसी’ हा आपल्या सूर्यासारखा एक सामान्य तारा आहे. त्याचा ग्रह हा गुरूसारखा मोठा आहे; पण तो ताऱ्याच्या खूप जवळ आहे. केवळ चार दिवसांत तो ‘५१ पेगॅसी’ची परिक्रमा पूर्ण करतो.

मेयर-क्वेलोझ यांच्या ठिणगीचा आता वणवा झाला आहे. गेल्या २४ वर्षांत चार हजारांहून अधिक ग्रह शोधले गेले आहेत. काही वायुमय आहेत, काही खडकाळ आहेत. काहींच्या पृष्ठभागावर पाणी आहे. काही एकटे-दुकटे आहेत. सात ग्रहांची एक ग्रहमालाही सापडली आहे. आपल्या आकाशगंगेत सर्वत्र ताऱ्यांभोवती फिरणारे ग्रह मोठय़ा प्रमाणात आहेत. आजवरच्या निरीक्षणातून असे अनुमान केले जाते की, आपल्या आकाशगंगेत कमीत कमी १३० अब्ज ग्रह आहेत. पण सजीवसृष्टी आजवर सापडलेली नाही. याबद्दल क्वेलोझ यांनी स्पष्टपणे म्हटले आहे : ‘‘आपण विश्वातील एकमेव सजीव अस्तित्व आहोत, यावर माझा विश्वास नाही. अवकाशात इतके ग्रह आहेत, इतके तारे आहेत आणि रसायनशास्त्र सर्वत्र एकसमान आहे. जीवनाकडे नेणारी रसायनशास्त्रीय प्रक्रिया इतरत्रही घडली असेलच. म्हणून माझा ठाम विश्वास आहे की, इतरत्र जीवन असलेच पाहिजे आणि पुढच्या ३० वर्षांत आपण याचा पुरावा मिळवू!’’

२०१०च्या दशकात भौतिकशास्त्राचे नोबेल तब्बल तीन वेळा खगोलशास्त्रज्ञांना मिळाले आहे. २०११ साली विश्वाच्या विस्ताराच्या गतिवर्धनाचा शोध लावल्याबद्दल तीन संशोधकांना हा पुरस्कार देण्यात आला होता. २०१७ साली गुरुत्वीय लहरींसंबंधीच्या संशोधनासाठी तीन संशोधकांना देण्यात आला. आणि आता हा तिसरा पुरस्कार. खगोलशास्त्राचे एक नवीन सुवर्णयुग सुरू झाले आहे असे वाटते!

(लेखक पुणे येथील राष्ट्रीय रेडिओ खगोलभौतिकी केंद्रात खगोलशास्त्रज्ञ आहेत. ‘दीर्घिकांची उत्क्रांती’ हा त्यांच्या संशोधनाचा मुख्य विषय आहे.)

yogesh@ncra.tifr.res.in