CHIME ದೂರದರ್ಶಕ: ಕೇವಲ ತನ್ನದೇ ಆದ ದತ್ತಾಂಶ ಬಳಸಿ ಜಲಜನಕ ಸಂಕೇತ ಪತ್ತೆ

ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಗುರಿಯತ್ತ ತಿರುಗುವ ಬದಲು ಸಮೀಕ್ಷೆ ನಡೆಸಲು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾದ ದೂರದರ್ಶಕ

CHIME ನ ನಾಲ್ಕು ದೊಡ್ಡ ಪ್ರತಿಫಲಕಗಳು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕವಾಗಿ ತಿರುಗಿಸಬಹುದಾದ ಡಿಶ್‌ಗಳ ಬದಲಿಗೆ ಉದ್ದನೆಯ, ತೆರೆದ ಅರ್ಧ-ಸಿಲಿಂಡರ್‌ಗಳನ್ನು ಹೋಲುತ್ತವೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದೂ ಸುಮಾರು 20 ಮೀಟರ್‌ಗಳಿಂದ 100 ಮೀಟರ್ ಅಳತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಭೂಮಿಯ ಚಲನೆಯು ಆಕಾಶದ ವಿವಿಧ ಭಾಗಗಳನ್ನು ವೀಕ್ಷಣೆಗೆ ತರುವಾಗ ಇವು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಒಂದೇ ಡಿಶ್ ಅನ್ನು ಆಯ್ದ ಒಂದು ಕಾಯದಿಂದ ಮತ್ತೊಂದಕ್ಕೆ ತಿರುಗಿಸುವ ಬದಲು, ಈ ವಿನ್ಯಾಸವು ವಿಶಾಲ ಪ್ರದೇಶದ ಮೇಲೆ ಪುನರಾವರ್ತಿತ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸುತ್ತದೆ.

ಈ ಪ್ರತಿಫಲಕಗಳು 1,024 ಡ್ಯುಯಲ್-ಪೋಲರೈಸೇಶನ್ ರಿಸೀವರ್‌ಗಳಿಗಾಗಿ ರೇಡಿಯೋ ತರಂಗಗಳನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುತ್ತವೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ದಿಕ್ಕು ಮತ್ತು ಆವೃತ್ತಿಯ ಬಗ್ಗೆ ಮಾಹಿತಿ ಪಡೆಯಲು ಅವುಗಳ ಸಂಕೇತಗಳನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ಉಪಕರಣವು 400–800 ಮೆಗಾಹರ್ಟ್ಜ್ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ ಪ್ರತಿ ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ ನೂರಾರು ಮಿಲಿಯನ್ ತರಂಗ ಚಕ್ರಗಳಾಗಿವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಅದರ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಕಂಪ್ಯೂಟಿಂಗ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಒಂದೇ ಮಾಪನ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಭಾಗಗಳಾಗಿವೆ: ಉಪಯುಕ್ತ ಖಗೋಳ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಹೊರತೆಗೆಯುವಲ್ಲಿ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುವುದು ಕೇವಲ ಆರಂಭ ಮಾತ್ರವಾಗಿದೆ.

ಜಲಜನಕವು ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ರಚನೆಯನ್ನು ಏಕೆ ಗುರುತಿಸಬಲ್ಲದು

ತಟಸ್ಥ ಜಲಜನಕವು (Neutral hydrogen) ಸುಮಾರು 21 ಸೆಂಟಿಮೀಟರ್ ತರಂಗಾಂತರಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ರೇಡಿಯೋ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ಹೊರಸೂಸಬಲ್ಲದು. ತಟಸ್ಥ ಎಂದರೆ ಪರಮಾಣುವು ಅಯಾನೀಕರಣಗೊಳ್ಳುವ ಬದಲು ತನ್ನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ಉಳಿಸಿಕೊಂಡಿರುತ್ತದೆ ಎಂದರ್ಥ. ಜಲಜನಕವು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಹರಡಿರುವುದರಿಂದ, ಅದರ ಸಂಯೋಜಿತ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯು ದೊಡ್ಡ ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ದ್ರವ್ಯದ ಹಂಚಿಕೆಯನ್ನು ಗುರುತಿಸಬಲ್ಲದು. ಇಂಟೆನ್ಸಿಟಿ ಮ್ಯಾಪಿಂಗ್ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಗ್ಯಾಲಕ್ಸಿಯ ವಿವರವಾದ ಚಿತ್ರವನ್ನು ಬಯಸುವ ಬದಲು ಈ ಸಾಮೂಹಿಕ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಅಳೆಯುತ್ತದೆ.

ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ವಿಸ್ತರಣೆಯು ವಿಕಿರಣವು ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶದ ಮೂಲಕ ಚಲಿಸುವಾಗ ಅದರ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ಹಿಗ್ಗಿಸುತ್ತದೆ. ವಿಕಿರಣವು ಗೋಚರಿಸುವ ಕೆಂಪು ಬೆಳಕಲ್ಲದಿದ್ದರೂ ಸಹ ಇದನ್ನು ಕಾಸ್ಮಾಲಜಿಕಲ್ ರೆಡ್‌ಶಿಫ್ಟ್ (cosmological redshift) ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ತರಂಗಾಂತರವು ಕಡಿಮೆ ಆವೃತ್ತಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಅಳೆಯುವುದು ಖಗೋಳಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞರಿಗೆ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ಇತಿಹಾಸದ ವಿವಿಧ ಹಂತಗಳೊಂದಿಗೆ ಜೋಡಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಆವೃತ್ತಿಯ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಆಕಾಶದ ದಿಕ್ಕಿನೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸುವುದು ತ್ರಿವಿಮಿತೀಯ ನಕ್ಷೆಯನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಮಾರ್ಗವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ.

ವಯಸ್ಸು ಮತ್ತು ಕಳೆದ ಸಮಯದ ನಡುವಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಮುಖ್ಯವಾಗಿದೆ. ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡವು ಸುಮಾರು ಐದು ಶತಕೋಟಿ ವರ್ಷಗಳಷ್ಟು ಹಳೆಯದಾಗಿದ್ದಾಗ ಅದನ್ನು ವೀಕ್ಷಿಸುವುದು ಎಂದರೆ ಸುಮಾರು ಒಂಬತ್ತು ಶತಕೋಟಿ ವರ್ಷಗಳಷ್ಟು ಹಿಂದಕ್ಕೆ ನೋಡುವುದು ಎಂದರ್ಥ. ಸಂಕೇತವು ಕೇವಲ ಐದು ಶತಕೋಟಿ ವರ್ಷಗಳ ಕಾಲ ಪ್ರಯಾಣಿಸಿದೆ ಎಂದು ಇದರರ್ಥವಲ್ಲ. ಈ ವೀಕ್ಷಣೆಯು ಆ ದೂರದ ಪ್ರದೇಶವು ಇಂದು ಹೇಗಿದೆಯೋ ಹಾಗೆ ತೋರಿಸುವ ಬದಲು, ಪ್ರಸ್ತುತ ಮಾಪನವನ್ನು ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ಹಿಂದಿನ ಸ್ಥಿತಿಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸುತ್ತದೆ.

ಕ್ಷೀಣ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಕಾಶಮಾನವಾದ ಅಡಚಣೆಯಿಂದ ಬೇರ್ಪಡಿಸುವುದು

ಇಲ್ಲಿನ ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಸವಾಲೇನೆಂದರೆ, ಇತರ ರೇಡಿಯೋ ಸಂಕೇತಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಅಪೇಕ್ಷಿತ ಜಲಜನಕ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯು ದುರ್ಬಲವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ನಮ್ಮದೇ ಗ್ಯಾಲಕ್ಸಿಯ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆ, ಮಾನವ ನಿರ್ಮಿತ ರೇಡಿಯೋ ಅಡಚಣೆ ಮತ್ತು ಉಪಕರಣಗಳ ಪರಿಣಾಮಗಳು ಅದನ್ನು ಮರೆಮಾಚಬಹುದು. ಆ ಬಾಹ್ಯ ಅಡಚಣೆಗಳಿಂದ ವಿಶ್ವಾತ್ಮಕ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕಿಸಲು ಸಂಶೋಧಕರು ಸುಧಾರಿತ ಸಂಸ್ಕರಣೆ ಮತ್ತು ಪರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದಾರೆ. ಮುಂಭಾಗದ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕುವಾಗ ಹುಡುಕುತ್ತಿರುವ ಕ್ಷೀಣ ಸಂಕೇತವೂ ತೆಗೆದುಹಾಕಲ್ಪಡದಂತೆ ಎಚ್ಚರ ವಹಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ.

ಈ ಅಧ್ಯಯನವು 2019 ರಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹಿಸಲಾದ 94 ರಾತ್ರಿಗಳ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಿದೆ. ಸೆಪ್ಟೆಂಬರ್ ಜರ್ನಲ್ ಪ್ರಕಟಣೆಗೆ ಮೊದಲೇ ಇದರ ಪ್ರಿಪ್ರಿಂಟ್ ಅನ್ನು ಹಂಚಿಕೊಳ್ಳಲಾಗಿತ್ತು, ಆದ್ದರಿಂದ ಈ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳನ್ನು ಈ ವಾರ ಹೊಸದಾಗಿ ಸಂಗ್ರಹಿಸಲಾಗಿಲ್ಲ. ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯು ಉಪಕರಣದ ಸಂಪೂರ್ಣ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ನೊಳಗೆ ಕಿರಿದಾದ ಆವೃತ್ತಿಯ ಮಧ್ಯಂತರವನ್ನು ಬಳಸಿದೆ. ಕಂಡುಬಂದಿರುವ ಪತ್ತೆಯು ಅಡಚಣೆ ಅಥವಾ ಮಾಪನ ದೋಷಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗಿರಬಹುದೇ ಎಂಬುದನ್ನು ಪುನರಾವರ್ತಿತ ಪರೀಕ್ಷೆಗಳು ಪರಿಶೀಲಿಸಿವೆ.

ಸ್ವತಂತ್ರ (Standalone) ಎಂಬುದು ಪತ್ತೆಯ ಪುರಾವೆಯ ಮೂಲವನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆಯೇ ಹೊರತು ಇತರ ಸಮೀಕ್ಷೆಗಳು ನಿಷ್ಪ್ರಯೋಜಕ ಎಂಬ ವಾದವಲ್ಲ. ಹಿಂದಿನ ಹೋಲಿಕೆಗಳು CHIME ವೀಕ್ಷಣೆಗಳು ಮತ್ತು ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ಗುರುತಿಸಲಾದ ಗ್ಯಾಲಕ್ಸಿಗಳ ನಡುವಿನ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯನ್ನು ಹುಡುಕುತ್ತಿದ್ದವು. ಹೊಸ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯು ಪತ್ತೆಗಾಗಿ ಆ ಬಾಹ್ಯ ಸಹಸಂಬಂಧದ ಅಗತ್ಯವಿಲ್ಲದೆ CHIME ನ ಸ್ವಂತ ದತ್ತಾಂಶದಿಂದಲೇ ಜಲಜನಕ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಪಡೆದುಕೊಂಡಿದೆ. ಇತರ ಉಪಕರಣಗಳೊಂದಿಗಿನ ಹೋಲಿಕೆಗಳು ಇನ್ನೂ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನವನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಬಲ್ಲವು ಮತ್ತು ವ್ಯವಸ್ಥಿತ ದೋಷಗಳನ್ನು ಬಯಲಿಗೆಳೆಯಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡಬಲ್ಲವು.

ಡಾರ್ಕ್-ಎನರ್ಜಿ ಪ್ರಶ್ನೆಗೆ ಇದು ನೀಡುವ ಕೊಡುಗೆ ಏನು

ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಇತಿಹಾಸವನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡಲು ಖಗೋಳಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞರು ವಿವಿಧ ವಿಶ್ವಾತ್ಮಕ ಸಮಯಗಳಲ್ಲಿ ದ್ರವ್ಯದ ಹಂಚಿಕೆಯನ್ನು ಬಳಸುತ್ತಾರೆ. ಆ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗಮನಿಸಲಾದ ವೇಗವರ್ಧನೆಗೆ ಇರುವ ಅಜ್ಞಾತ ವಿವರಣೆಗೆ ಡಾರ್ಕ್ ಎನರ್ಜಿ ಎಂದು ಹೆಸರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಇದು CHIME ನಿಂದ ನೇರವಾಗಿ ಛಾಯಾಚಿತ್ರ ತೆಗೆಯಲಾದ ವಸ್ತುವಲ್ಲ. ಜಲಜನಕವು ಒಂದು ಗುರುತಿಸುವ ಸಾಧನವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ, ಅದರ ಅಳತೆ ಮಾಡಿದ ವಿನ್ಯಾಸವು ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ವಿಕಾಸದ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ನಿಖರಗೊಳಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಇದು ಫಲಿತಾಂಶವನ್ನು ವ್ಯಾಪಕ ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವಿರುವ ಮಾಪನ ವಿಧಾನದ ಪ್ರದರ್ಶನವನ್ನಾಗಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹ ಸಮೀಕ್ಷೆಯು ವಿಭಿನ್ನ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳು ಸ್ಥಿರವಾದ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಕಥೆಯನ್ನು ಹೇಳುತ್ತವೆಯೇ ಎಂಬುದನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಬಹುದು. ಆ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಕಟ್ಟುನಿಟ್ಟಾದ ವಿಶ್ವಾತ್ಮಕ ನಿರ್ಬಂಧಗಳಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು ಇನ್ನೂ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳು ಮತ್ತು ವ್ಯವಸ್ಥಿತ ದೋಷಗಳ ಎಚ್ಚರಿಕೆಯ ನಿರ್ವಹಣೆಯ ಅಗತ್ಯವಿದೆ. ಯಶಸ್ವಿ ಸಂಕೇತ ಪತ್ತೆಯು ಒಂದು ಅಗತ್ಯ ಹೆಜ್ಜೆಯಾಗಿದೆಯೇ ಹೊರತು ಆ ಉಪಕರಣವು ತನಿಖೆ ಮಾಡಲು ನಿರ್ಮಿಸಲಾದ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಪ್ರಶ್ನೆಗೂ ಉತ್ತರವಲ್ಲ.

ತೀರ್ಮಾನ

ಪತ್ತೆಯನ್ನು ಸಾಬೀತುಪಡಿಸಲು ಮತ್ತೊಂದು ಸಮೀಕ್ಷೆಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸದೆ ದೂರದ ಜಲಜನಕ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಪಡೆದುಕೊಂಡಿರುವುದು CHIME ನ ಸಾಧನೆಯಾಗಿದೆ. ಇದು ರೇಡಿಯೋ ತೀವ್ರತೆಯಿಂದ ದೊಡ್ಡ-ಪ್ರಮಾಣದ ನಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಲು ಸಂಶೋಧಕರಿಗೆ ಬಲವಾದ ಆಧಾರವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಆ ನಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸುವುದು ಮತ್ತು ಪರೀಕ್ಷಿಸುವುದು ಹಾಗೂ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಪೈಪೋಟಿ ವಿವರಣೆಗಳನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಲು ಅವುಗಳನ್ನು ಬಳಸುವುದರಿಂದ ಮುಂದಿನ ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಮೌಲ್ಯವು ದೊರೆಯಲಿದೆ.