2022 में जब से जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) ने पृथ्वी पर डेटा भेजना शुरू किया है, तब से इसने खगोल विज्ञान को बहुत प्रभावित किया है, और इसकी सबसे क्रांतिकारी उपलब्धियों में से एक है अब तक देखी गई कुछ सबसे दूर की आकाशगंगाओं का अवलोकन। हालाँकि, चूँकि प्रकाश तुरन्त यात्रा नहीं करता है – बल्कि निर्वात में लगभग 300 मिलियन मीटर (985 मिलियन फ़ीट) प्रति सेकंड की गति से चलता है – हम उन आकाशगंगाओं को आज की तरह नहीं देखते हैं, बल्कि अरबों साल पहले जैसी दिखती हैं।
इसके अलावा, हमारा ब्रह्मांड 13.8 बिलियन वर्ष पुराना होने का अनुमान है। इसलिए, हमें यह मान लेना चाहिए कि सबसे दूर की आकाशगंगा जिसे हम कभी भी देख सकते हैं, वह 13.8 बिलियन प्रकाश वर्ष से अधिक दूर नहीं है। (एक प्रकाश वर्ष वह दूरी है जो प्रकाश एक वर्ष में तय करता है)। वह बिंदु एक तरह का “ब्रह्मांडीय क्षितिज” होना चाहिए – जिसके आगे कोई भी दूरबीन नहीं देख पाएगी। और, क्योंकि कोई भी चीज़ अंतरिक्ष में c से तेज़ गति से यात्रा नहीं कर सकती है, इसका मतलब है कि 13.8 बिलियन प्रकाश वर्ष से अधिक दूर कोई आकाशगंगा नहीं होनी चाहिए, और हर समय अधिक दूर होने से पृथ्वी पर असर पड़ सकता है। है न?
ग़लत। काश ब्रह्मांड इतना सरल होता।
एरिज़ोना विश्वविद्यालय के खगोलशास्त्री जेक हेल्टन, जो जेडब्लूएसटी एडवांस्ड डीप एक्स्ट्रागैलेक्टिक सर्वे (जेएडीईएस) टीम का भी हिस्सा हैं, ने स्पेस.कॉम को बताया कि “ब्रह्मांडीय क्षितिज वह अधिकतम दूरी है, जहां से कोई संभवतः जानकारी प्राप्त कर सकता है।”
हेल्टन ने आगे कहा, “कुछ अलग-अलग ब्रह्माण्ड संबंधी क्षितिज हैं, जिनकी अलग-अलग परिभाषाएँ हैं और जो विभिन्न ब्रह्माण्ड संबंधी मात्राओं पर निर्भर करते हैं। यहाँ सबसे प्रासंगिक ब्रह्माण्ड संबंधी क्षितिज है जो कि वह अधिकतम दूरी है जहाँ से प्रकाश ब्रह्मांड की आयु में हम तक पहुँच सकता था। यह परिभाषित करता है
अवलोकनीय ब्रह्माण्ड का किनारा।”
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मार्च 2024 में, JADES वैज्ञानिकों ने खुलासा किया कि शक्तिशाली दूरबीन ने JADES-GS-z14-0 को देखा है, जो मानवता द्वारा अब तक देखी गई सबसे दूर और प्रारंभिक आकाशगंगा है। हालाँकि, विरोधाभास यह है कि JADES-GS-z14-0 लगभग 33.8 बिलियन प्रकाश वर्ष दूर स्थित है।
हम इतनी दूर स्थित किसी वस्तु से प्रकाश कैसे देख सकते हैं, जबकि ब्रह्मांड इतना पुराना नहीं है कि वह हम तक पहुँच सके? क्या 33.8 बिलियन प्रकाश वर्ष दूर JADES-GS-z14-0 की स्थिति का अर्थ यह नहीं है कि हम उसे 33.8 बिलियन वर्ष पहले जैसा देख सकते हैं, जो निश्चित रूप से ब्रह्मांड की आयु के अनुमान को चुनौती देगा?
ऐसा नहीं है। फिर से, यह इस बात का सबूत है कि ब्रह्मांड में समझदारीपूर्ण और तार्किक निष्कर्षों को उलटने का एक तरीका है।
हेल्टन ने व्यंग्यात्मक लहजे में पूछा, “जेडीईएस-जीएस-जेड14-0 जैसी दूर की आकाशगंगा को कभी कैसे देखा जा सकता है, क्योंकि यह हमसे 13.8 बिलियन प्रकाश वर्ष से भी अधिक दूर है और इसके प्रकाश को हम तक पहुँचने में ब्रह्मांड की आयु से भी अधिक समय लगा होगा?” “इसका उत्तर ब्रह्मांड का विस्तार है।”
समय से भी पुरानी आकाशगंगा देखना
अगर ब्रह्मांड स्थिर रहता, तो 33.8 बिलियन प्रकाश वर्ष दूर स्थित आकाशगंगा से प्रकाश को हम तक पहुँचने में 33.8 बिलियन वर्ष लगते, और बस इतना ही। लेकिन, 1900 के दशक की शुरुआत में, एडविन हबल ने पाया कि दूर की आकाशगंगाएँ एक-दूसरे से दूर होती हुई प्रतीत होती हैं, और जितनी दूर वे थीं, उतनी ही तेज़ी से वे आगे बढ़ रही थीं। दूसरे शब्दों में, ब्रह्मांड स्थिर नहीं है; यह फैल रहा है।
1998 में यह और भी जटिल हो गया, जब 20वीं सदी के अंत में खगोलविदों की दो अलग-अलग टीमों ने देखा कि, न केवल ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, बल्कि यह विस्तार तेज़ भी हो रहा है। इसके लिए जिम्मेदार बल एक रहस्य है, लेकिन इसे “डार्क एनर्जी” का नाम दिया गया है।
ब्रह्मांड के 13.8 अरब साल के इतिहास में विस्तार के दो प्रमुख और अलग-अलग काल हैं। पहला काल तेजी से ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति का प्रारंभिक काल है जिसे अब आम तौर पर “बिग बैंग” कहा जाता है।
इस मुद्रास्फीति युग में ब्रह्मांड का आयतन 10^26 (10 के बाद 25 शून्य) के कारक से बढ़ा। यह आपके नाखून के 1 नैनोमीटर प्रति सेकंड से अचानक 10.6 प्रकाश वर्ष (62) बढ़ने के बराबर है। खरब मील) लंबा था। इस समय, ब्रह्मांड में ऊर्जा का प्रभुत्व था, और इस अवधि को ऊर्जा-प्रधान युग के रूप में जाना जाता है।
इसके बाद बिग बैंग के 47,000 साल बाद पदार्थ-प्रधान युग की शुरुआत हुई। आखिरकार, सार्वभौमिक विस्तार ने ब्रह्मांड को इतना ठंडा होने दिया कि क्वार्क और ग्लूऑन से प्रोटॉन बनने लगे और फिर प्रोटॉन इलेक्ट्रॉनों के साथ बंध गए और हाइड्रोजन के पहले परमाणु बन गए, जिससे पहले तारे और आकाशगंगाएँ बनीं। इस अवधि के दौरान, ब्रह्मांड का बिग-बैंग-संचालित विस्तार लगभग रुक गया।
पदार्थ-प्रधान युग का आश्चर्यजनक अंत तब हुआ जब ब्रह्मांड की आयु मात्र 10 बिलियन वर्ष थी। इस समय, ब्रह्मांड अचानक फिर से तेजी से फैलने लगा। साथ ही, यह विस्तार और भी तेज़ होता गया और आज भी तेज़ी से बढ़ रहा है। ब्रह्मांड की इस तीसरी महत्वपूर्ण अवधि को डार्क-एनर्जी-प्रधान युग कहा जाता है। यह वह युग है जिसमें हम वर्तमान में हैं।
ब्रह्मांड के विस्तार की इन अवधियों के कारण, JADES-GS-z14-0 से प्रकाश वास्तव में केवल 13.5 बिलियन वर्षों से JWST और पृथ्वी की ओर यात्रा कर रहा है, जबकि इसका स्रोत अब 13.5 बिलियन प्रकाश वर्ष दूर होने के बावजूद बहुत दूर है। इसका मतलब है कि JWST JADES-GS-z14-0 को उसी तरह देखता है जैसे वह बिग बैंग के 300 मिलियन वर्ष बाद था। ब्रह्मांड के विस्तार के बिना, JADES-GS-z14-0 अभी भी लगभग 13.5 बिलियन प्रकाश वर्ष दूर होगा, हालाँकि यह अभी भी छोटी स्थानीय गतियों का अनुभव कर रहा होगा जो इसे पास की आकाशगंगाओं से एक दूसरे के करीब या दूर ले जा सकती थीं। लेकिन इस तरह की आकाशगंगा की गति ब्रह्मांड के विस्तार के कारण होने वाली गति के आसपास भी नहीं होगी।
हेल्टन के अनुसार, ब्रह्मांडीय क्षितिज, या “फ़ोटॉन क्षितिज”, एक ऐसा गोला है जिसकी सीमा लगभग 46.1 बिलियन प्रकाश वर्ष दूर है, यह आंकड़ा ब्रह्मांड के विस्तार द्वारा निर्धारित है। यह वास्तविक क्षितिज है जिसके आगे हमें कोई आकाशगंगा “नहीं दिखनी चाहिए”। आकाशगंगा JADES-GS-z14-0 वास्तव में उस क्षितिज के भीतर है।
भ्रम से बचने के लिए, खगोलविद वास्तव में दो दूरी माप पैमानों का उपयोग करते हैं: एक सह-चलती दूरी जो ब्रह्मांड के विस्तार को एक कारक के रूप में समाप्त करती है और एक उचित दूरी जो इसे शामिल करती है। इसका मतलब है कि JADES-GS-z14-0 की सह-चलती दूरी 13.5 बिलियन प्रकाश वर्ष है, जबकि इसकी उचित दूरी 33.8 बिलियन प्रकाश वर्ष है।
हालांकि, JADES-GS-z14-0 और अन्य दूरस्थ एवं प्राचीन आकाशगंगाएं हमेशा दिखाई नहीं देंगी।
जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप का युग सौभाग्यशाली था
तथ्य यह है कि JWST JADES-GS-z14-0 को देख सकता है, इसका मतलब है कि यह एक बार पृथ्वी और हमारे स्थानीय ब्रह्मांड से “कारणात्मक रूप से जुड़ा हुआ” था। दूसरे शब्दों में, JADES-GS-z14-0 से एक संकेत के लिए मिल्की वे में हम तक पहुँचना संभव था, इस प्रकार इस आकाशगंगा में एक “कारण” जो समय की शुरुआत में मौजूद था, ब्रह्मांड के इस आधुनिक युग में हमारी आकाशगंगा में एक “प्रभाव” हो सकता है।
हेल्टन ने कहा, “किसी भी प्रेक्षणीय आकाशगंगा को कण क्षितिज के भीतर होना चाहिए तथा ब्रह्मांड के इतिहास में किसी बिंदु पर हमारे साथ कार्य-कारणात्मक रूप से जुड़ा होना चाहिए।”
हालाँकि, अब ऐसा नहीं है। JADES-GS-z14-0 जैसी आकाशगंगाएँ और JADES द्वारा खोजी गई अन्य आकाशगंगाएँ अब इतनी दूर हैं और डार्क एनर्जी की बदौलत इतनी तेज़ी से हमसे दूर जा रही हैं कि आज उनसे भेजा गया कोई भी संकेत हम तक नहीं पहुँच सकता। ऐसा इसलिए है क्योंकि फोटॉन क्षितिज हमसे प्रकाश की गति से दूर चला जाता है, लेकिन इसके लिए हमें बहुत समय चाहिए। वास्तव में दूर की वस्तुओं के कारण, आकाशगंगा और उन आकाशगंगाओं के बीच का स्थान फैल रहा है और तेज प्रकाश की गति से भी अधिक।
यह अविश्वसनीय लग सकता है, क्योंकि अल्बर्ट आइंस्टीन के विशेष सापेक्षता के सिद्धांत ने प्रकाश की गति को सार्वभौमिक गति सीमा के रूप में निर्धारित किया है। हालाँकि, यह द्रव्यमान वाली वस्तुओं के लिए एक नियम है के माध्यम से यह नियम अंतरिक्ष के लिए नहीं है, बल्कि अंतरिक्ष की संरचना के लिए है।
पृथ्वी और मानवता के समाप्त हो जाने के लगभग 2 ट्रिलियन वर्षों के बाद, ब्रह्मांड के विस्तार का अर्थ यह है कि, आकाशगंगा में हमारी जगह लेने वाली जो भी बुद्धिमान प्रजाति (यदि कभी आती है) आएगी, वह हमारे स्थानीय समूह से परे मौजूद किसी भी आकाशगंगा को देखने में असमर्थ होगी – जिसका व्यास लगभग 10 मिलियन प्रकाश वर्ष है।
यह एक गंभीर विचार है, और इसका मतलब है कि मानवता ब्रह्मांड के इतिहास में एक ऐसे अनूठे बिंदु पर रह रही है, जहाँ सबसे दूर की आकाशगंगाएँ अभी भी हमारी नज़र में हैं। हम ब्रह्मांड और इसकी उत्पत्ति के बारे में किसी भी बुद्धिमान जीवन से ज़्यादा जानने में सक्षम हैं जो हमारे बाद आ सकता है। हेल्टन सहित खगोलविद इस ब्रह्मांडीय विशेषाधिकार का पूरा फ़ायदा उठाने के लिए JWST का उपयोग करने का इरादा रखते हैं।
हेल्टन ने कहा, “JWST और JADES सहयोग के साथ काम करना अविश्वसनीय रहा है।” “JWST के साथ विज्ञान के बारे में शोधपत्र लिखना, जैसे कि मेरा हाल ही का शोधपत्र
JADES-GS-z14-0, सबसे पुरस्कृत और रोमांचक अनुभव रहा है
मेरे शोध करियर का सबसे बड़ा क्षण।”