ஈர்ப்பு அலைகளை ‘ஈர்த்தது’ எப்படி?


இரண்டு கருந்துளைகள். இணைபிரியாமல் ஒன்றை மற்றொன்று சுழல் தடத்தில் சுற்றிச் சுற்றி வருகின்றன. ஏறக்குறைய ஒரு காதலன் – காதலி மாதிரி. ஒளி வேகத்தில் இருவரும் நெருங்கிக் கொண்டிருக்கையில் இனி இரண்டல்ல, ஒன்றுதான் என்கிற கட்டம். 36 சூரிய எடை கூட்டல் 29 சூரிய எடை என்றால் சும்மாவா? ஆனந்த நடனம் முடிவுற்று அண்டம் அதிரும் வண்ணம் ஒரு புதிய, பெரிய கருந்துளை பிறக்கிறது – சுமார் 62 சூரிய எடையுடன். ஒரு மூன்று சூரிய எடை கணக்கு இடிக்கிறது. இது அண்ட மகா ஊழலாக அல்லவா இருக்கிறது?

ஒரு ரூபாய் சில்லறைக்குப் பதிலாக ஒன்றுக்கும் ஆகாத மிட்டாய் கொடுப்பது மாதிரி இந்த மூன்று சூரிய எடை ஆற்றலாக மாற்றப் பட்டு அலைகளாகப் பரவுகிறது. ஆனால் இவை ஒன்றுக்கும் ஆகாத அலைகளல்ல. அண்டத்தின் பிறப்பு முதலிய குறிப்புகள் அடங்கிய ஈர்ப்பு அலைகளாக காலம், இடம் எல்லாவற்றையும் பெயர்த்துக் கொண்டு புறப்பட்டன.

130 கோடி ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு: அந்த அலைகள் பால்வழி மண்டலத்தைக் (Milky Way galaxy) கடந்து செல்கின்றன. எண்ணற்ற விண்மீன் கூட்டங்களில் சூரியன் என்ற ‘சிறு’ விண்மீனைச் சுற்றிவரும் புவி என்கிற கோளைக் கடக்கையில், பெரும்பாலும் தாங்கள் கண்டுபிடித்த சில கடவுள்களுக்காகப் போரிட்டுக் கொண்டும் பிற தீவிரவாதிகளை முறியடிக்கவும் பிரயத்தனம் செய்து கொண்டிருக்கும் மனிதர்கள் என்ற ஒரு இனத்தவர், இதற்கும் கொஞ்சம் நேரம் ஒதுக்கி நூறாண்டுகள் அறிவியல் தவம் புரிந்து உருவாக்கி  வைத்துள்ள சில கருவிகள் இந்த ஈர்ப்பு அலைகளை ஒரு இனிய செப்டம்பர் பதினான்காம் தேதி ‘எதிர்பாராத நேரத்தில்’ உணர்கின்றன. ஏன் எதிர்பாராத நேரம் என்றால் அந்தக் கருவிகளை அப்போது அளவுதிருத்தம் (calibration) செய்து கொண்டிருந்தார்கள். இது எப்படி சாத்தியம் ஆனது? கீழே உள்ள படங்களைப் பார்க்கலாம்.

மோசமான இந்தப் படத்திற்கு மன்னிக்கவும். 12-ஆம் வகுப்பு ‘ரெக்கார்ட் நோட்புக்’ படங்களை உங்கள் அம்மா வரைந்து கொடுத்திருந்தால் நீங்களும் இப்படித்தான் வரைவீர்கள். எது எப்படியோ, மேற்கண்ட படத்தில் உள்ளது ஒரு குறுக்கீட்டு மானி என்று நான் சொன்னால் நீங்கள் நம்பித்தான் ஆக வேண்டும். லேசர் ஒளி அலைவெட்டியின் மீது பாயும் போது தன் பெயருக்கு வஞ்சகம் செய்யாமல் அந்த ஒளி அலைகளை இரண்டாக ‘வெட்டி’ விடுகிறது அலைவெட்டி. இப்படி வெட்டப் பட்ட ஒளி அலைகளின் ஒரு பகுதி முதல் கண்ணாடியிலும், மற்றொரு பகுதி இரண்டாம் கண்ணாடியிலும் படுகிறது. இந்த இரு கண்ணாடிகளைக் கொண்ட ‘கைகள்’ ஒவ்வொன்றும் நான்கு கிலோ மீட்டர் தூரம் நீண்டவை. லேசர் ஒளி இவ்விரு கைகளிலும் நானூறு தடவை எதிரொளிக்கப் பட்டு பின்னர் படத்தில் கீழே கண், காது எல்லாம் வைத்துக் காட்டியுள்ள உணரியில் (detector) பதிகின்றன. வெட்டப்பட்ட இரண்டு அலைக் கற்றைகளும் ஓரலையாக உணரப் படுகின்றன. இத்தகைய குறுக்கீட்டு மானி ஒன்று அமெரிக்காவின் லூசியானா மாகாணத்தில் உள்ள லிவிங்ஸ்டன் ஆய்வகத்திலும் அதே போன்ற மற்றொன்று வாஷிங்டன் மாகாணத்தின் ஹேன்ஃபோர்ட்  ஆய்வகத்திலும் நிறுவப்பட்டுள்ளன. ஈர்ப்பு அலை உணரப்படும் பட்சத்தில் இந்த இரண்டு மானிகளிலும் உணரப்படும் சமிக்ஞை ஒரு நொடியில் நூறில் ஒரு பங்கு மட்டுமே வேறுபடும் (படம் 2-ஐ பார்க்கவும்).

ligo-signal

படம் 2. இருவேறு ஆய்வகங்களில் உணரப்பட்ட ஈர்ப்பு அலை சமிக்ஞைகள் [1]

இப்போது படம் 1-இல் வலது புறப் படத்தைப் பாருங்கள். ஈர்ப்பு அலைகள் வரும் காட்சி இது. ஈர்ப்பு அலைகளின் குறுக்கீட்டால் ஒருவித களேபரம் நடந்து இரண்டு அலைக்கற்றைகளும் ஒத்துப் போகாமல் சீரற்று உணரப் படுகின்றன. ஈர்ப்பு அலைகள் இடத்தையும் காலத்தையும் சிதைக்கக் கூடியவை என்று பார்த்தோம். இதன் விளைவாக நமது குறுக்கீட்டு மானியில் ஒரு ‘கை’ சற்று நீண்டு விட்டது. எவ்வளவு நீண்டிருக்கிறது என்றால் 10^-19 மீட்டர் ஒரு புள்ளி வைத்து 18 சுழியங்களை எழுதி அதன் பின் 1 என்று எழுதிக்கொள்க). இப்படி உணரப்பட்ட அலையின் வடிவத்தைக் கொண்டு அதற்குக் காரணமான ஈர்ப்பு அலைகள் உருவான காலம், இடம், அவற்றைப் பெற்றெடுத்த கருந்துளைகளின் நிறை என்று அதன் பிறப்பு சான்றிதழையே பெற முடியும்.

இன்னும் கொஞ்சம் நோண்டிப் பார்த்தால் அண்டம் உருவான விதம் பற்றிய விவரங்கள் கிடைக்கக் கூடும். இதை எல்லாம் கண்டு பிடிப்பதனால் யாருக்கு என்ன லாபம்? நிச்சயமாக நாளைக்கே வெங்காய விலை குறைந்து விடப் போவதில்லை. மோனா லிசா போன்ற ஓவியங்கள், தஞ்சை பெரிய கோவில், மாமல்லபுரத்து சிற்பங்கள், மற்றும் இவைபோன்ற கலை வடிவங்கள் எல்லாம் எவ்வளவு அழகானதும் முக்கியமானதுமோ அதே போல இத்தகைய அறிவியல் மைல்கற்களும் பிரபஞ்சத்தில் நாமும் இருக்கிறோம் என்பதற்கும் நம்மைச் சூழ்ந்துள்ளவற்றை நாம் ஆர்வத்துடன் அறிவியல் கண் கொண்டு நோக்குகிறோம் என்பதற்கும் அடையாளங்களே.

காண்க:

[1] http://physicsworld.com/cws/article/news/2016/feb/11/ligo-detects-first-ever-gravitational-waves-from-two-merging-black-holes

 

Advertisements

இரண்டு கருந்துளைகள் மோதிக் கொண்டால் என்ன சத்தம் கேட்கும்?


முதலில் சில சொற்களின் அறிமுகம்:

கருந்துளை: நம்மில் பலர் எழுவதற்கு முன்பே உதிக்கும் சூரியனைக் காட்டிலும் பல மடங்கு எடை கொண்ட (நன்கு கொழுத்த) ஒரு Ex-விண்மீன். இந்த மாஜி விண்மீன் தன் வயோதிக காலத்தில் செய்வதறியாது தனக்கு அருகில் வரும் விண்மீன்களையும் இன்ன பிற பொருட்களையும், ஏன் யாராவது தூரத்தில் இருந்து புகைப்படம் எடுக்கலாம் என்றால் ஒளியைக் கூட விழுங்கி கபளீகரம் செய்து விடுகிறது. எனவே இதனை நேரடியாகப் பார்க்க முடியாது. சில இளவட்ட நட்சத்திரங்கள் கிறுக்குப் பிடித்த மாதிரி சுற்றித் திரிந்து திடீரென்று காணாமல் போனால் அங்கு ஒரு கருந்துளை இருக்கிறது என்று பொருள்.

ஈர்ப்பு அலைகள்: காதலர் தினத்தில் எழுதினாலும் இங்கே நான் காதலைப் பற்றி குறிப்பிடவில்லை. எப்படி ஒலி, ஒளி போன்ற மின்காந்த அலைகள் உள்ளனவோ, அதே போல் அண்டத்தில் உள்ள பொருட்களுக்கிடையே இயங்கும் ஈர்ப்பு விசைக்கு ஒருவித ஈர்ப்பு அலைகள் காரணமாக இருக்க வேண்டும் என்று 100 ஆண்டுகளுக்கு முன் ஐன்ஸ்டீன் கணித்தார்.

ஆனால் அதை எப்படி நிரூபிக்க முடியும்?

இப்போது தான் இதற்கு விடை கிடைத்ததுள்ளது. மின்காந்த அலைகள் தாம் பயணிக்கும் ஊடகத்தை ஒன்றும் செய்வதில்லை. ஆனால் ஈர்ப்பு அலைகளோ தாம் பயணிக்கும் இடத்தையும் காலத்தையும் கூட சிதைத்து விட்டுச் செல்லும் தன்மை கொண்டவை. இடத்தைச் சிதைப்பது சரி, வெண்கலக் கடையில் யானை புகுந்தது போல் என்று வைத்துக் கொள்வோம். காலத்தை எப்படி சிதைப்பது?

இதைப் புரிந்து கொள்ள நாம் பிரபஞ்சத்தை இடம் என்ற முப்பரிமாணங்களுடன் காலம் என்ற நாலாவது பரிமாணத்தையும் சேர்த்து நெய்யப்பட்ட ஒரு ‘துணி’யாகப் பார்க்க வேண்டும். இந்த ‘துணியின்’ மீது ஒரு பொருளை வைத்தால், அந்தப் பொருளின் நிறையால் இடம்-காலம் என்ற இழைகளில் ஏற்படும் தொய்வு தான் ஈர்ப்பு விசை என்பது சார்பியல் கொள்கையின் படி ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் தந்த விளக்கம். இது கீழே விழுந்த ஆப்பிளை வைத்துக் கொண்டு நியூட்டன் சொன்ன விளக்கத்தின் அடுத்த நிலை.

gravity-probe-b

இடம்-காலம் என்ற இழைகளால் ஆன துணி போன்றது அண்ட வெளி. நிறைகளின் அழுத்தத்தால் இந்த துணியில் ஏற்படும் தொய்வே ஈர்ப்பு விசை என்றார் ஐன்ஸ்டீன். படம்: நாசா

இப்படியாக, விளக்கம் எல்லாம் சரி… விவரம் எங்கே என்று அறிவியல் உலகம் கடந்த நூறாண்டுகளாய் தேடியதன் விளைவாக இப்போது கொஞ்சம் வெளிச்சம் கிடைத்திருக்கிறது. ஈர்ப்பு அலைகள் மெலிதானவை; ஒளியாண்டுக் கணக்கான அலை நீளம் கொண்டவை. சூப்பர் நோவா எனப்படும் பெரு நட்சத்திரங்கள் வெடித்துச் சிதறும் போதோ, அல்லது இரு கருந்துளைகள் மோதிக் கொள்ளும் போதோ இந்த ஈர்ப்பு அலைகள் உருவாகின்றன. அவற்றைக் உணர சக்திவாய்ந்த நுண்ணுணரிகள் தேவை. கோடிக்கணக்கான அமெரிக்க டாலர்களும் பல நாட்டு விஞ்ஞானிகளின் கூட்டு உழைப்பும் இதைச் சாத்தியமாக்கி உள்ளன. LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory)  எனப்படும் உணர்வகத்தை அமைத்து இதற்கான முயற்சிகள் நடைபெற்று வந்தது. மொத்தம் 8 கிலோ மீட்டர் நீளம் கொண்ட இந்த இண்டர்பெரோமீட்டர் ‘கைகள்’ வழியாக ஈர்ப்பு விசைகள் பாயுமேயானால் குறுக்கீட்டு விளைவு (Interference) ஏற்பட்டு நுண்ணுணரியால் உணரப்படும். இச்சலுகை வெறும் 0.2 வினாடிகள் மட்டுமே.

 

 

இவை எல்லாம் நேரடி தொலைக்காட்சி போல அல்ல. சுமார் 1.2 ஒளி ஆண்டுகளுக்கு முன் 36 சூரியன்களின் எடை கொண்ட ஒரு கருந்துளையுடன் 29 சூரிய எடை கொண்ட மற்றொரு கருந்துளை மோதிய நிகழ்வைக் கடந்த 2015-ம் ஆண்டு செப்டம்பர் 14-ம் தேதி பதிவு செய்தனர் LIGO விஞ்ஞானிகள். இதை உடனே அவர்கள் உறுதிப்படுத்தவில்லை. பதிவான தரவு சரியானது தானா என்பதை பன்னாட்டு விஞ்ஞானிகளும் உறுதிப் படுத்திய பின்னரே உலகறிய அறிவித்துள்ளனர்.

இவ்வாறு கருந்துளைகள் மோதிக் கொள்ளும் போது ‘கீச்சுக்கள்’ (chirps) போன்ற அலைவடிவங்கள் ஏற்படுகின்றன. அத்தகைய ஒரு கீச்சு ஒலியை இந்த ஆய்வின் போது பதிவு செய்துள்ளனர். அந்த 8 வினாடி நீள ஒலிப்பதிவை இங்கே கேட்டு மகிழுங்கள். பதிவிறக்கம் செய்து குறுந்தகவலுக்கான ringtone-ஆகவும் வைத்துக் கொள்ளலாம்.

அண்டம் அனைத்தையும் காதலியுங்கள். காதலர் தின வாழ்த்துகள்.

பார்க்க:

http://www.bbc.com/tamil/science/2016/02/160212_gravitygraphics

https://caltech.app.box.com/s/ta7y0m97lqemz99lj1oztvf3mr8758je/1/3517143543/29359315721/1