ജെയിംസ് വെബ് സ്പേസ് ടെലസ്കോപ്പ് ഉയർത്തുന്ന പ്രശ്നങ്ങൾ -ഡോ.മോൻസി ജോൺ
സൂര്യനൊഴികെയുള്ള നക്ഷത്രങ്ങളെ കേവലം പ്രകാശബിന്ദുക്കളായി മാത്രമേ നാം ആകാശത്തു കാണുന്നുള്ളൂ. എത്ര ശക്തമായ ടെലസ്കോപ്പുകളിലൂടെ നോക്കിയാലും ഇതുതന്നെയാണ് സ്ഥിതി. അത്രയധികം അകലെയായതുകൊണ്ടാണ് അവയ്ക്ക് വലിപ്പം പൂജ്യമായിത്തന്നെ തോന്നുന്നത്. ശക്തിയേറിയ പ്രകാശസ്രോതസ്സുകളായതുകൊണ്ടുമാത്രം നമ്മൾ അവയെ കാണുന്നു എന്നേയുള്ളൂ.
ഏറ്റവുമധികം വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നത് പ്രകാശമാണല്ലോ? സൂര്യനിൽനിന്ന്‍ ഒരു പ്രകാശരശ്മിക്ക് ഭൂമിയിലെത്താൻ ഏതാണ്ട് എട്ടു മിനിറ്റുകൾ വേണം. 15 കോടിയിൽപ്പരം കിലോമീറ്റർ അകലെയാണ് സൂര്യൻ. എന്നാൽ നമ്മുടെ ഏറ്റവുമടുത്ത രണ്ടാമത്തെ നക്ഷത്രമായ പ്രോക്സിമ സെൻടോറിയിൽനിന്നാകട്ടെ, പ്രകാശത്തിന് ഇവിടെയെത്താൻ 4.246 വർഷങ്ങൾ എടുക്കും. സൂര്യനിലേക്കുള്ള ദൂരത്തിന്റെ ഒന്നരലക്ഷം മടങ്ങ് വലിയ ദൂരം! മറ്റു നക്ഷത്രങ്ങളിലേക്ക് അപ്പോൾ എത്രയായിരിക്കും ദൂരമെന്ന് ഊഹിക്കാമല്ലോ?
സൂര്യൻ നമ്മുടെ ഗാലക്സിയായ ‘ക്ഷീരപഥ’ത്തിലെ ഒരു നക്ഷത്രം മാത്രമാണ്. ഇതിൽ സൂര്യനെപ്പോലെയുള്ള പതിനായിരം കോടി നക്ഷത്രങ്ങളുണ്ട്. നക്ഷത്രങ്ങൾതമ്മിൽ ഇത്രയൊക്കെ വീതം അകലമുണ്ടെങ്കിൽ നമ്മുടെ ഈ ഗാലക്സിയുടെ വലിപ്പം എത്രയായിരിക്കും?
ക്ഷീരപഥത്തിന്റെ വ്യാസത്തിന്റെ ഇരുപത്തഞ്ച് ഇരട്ടി ദൂരത്തിലാണ് നമ്മുടെ ഏറ്റവും അടുത്തുള്ള മറ്റൊരു ഗാലക്സി – ആൻഡ്രോമിഡ ഗാലക്സി – സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്. അവിടെനിന്ന്‍ പ്രകാശം ഇവിടെയെത്താൻ ഇരുപത്തിയഞ്ച് ലക്ഷം വർഷങ്ങളെടുക്കും. അതായത്, ആൻഡ്രോമിഡ ഗാലക്സി ഇരുപത്തിയഞ്ച് ലക്ഷം വർഷങ്ങൾക്കു മുൻപ് എങ്ങനെയിരുന്നു എന്നുമാത്രമാണ് നമ്മളിപ്പോൾ കാണുന്നത്. തിരിച്ച്, അവിടെനിന്ന്‍ ഭൂമിയെ നോക്കുന്ന ഒരാൾ അത്രയും തന്നെ വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു മുൻപുള്ള ഇവിടത്തെ കാഴ്ചകളായിരിക്കും കാണുന്നത്. ഹോമോസാപിയൻസിനു മുൻപ് ഇവിടെ ജീവിച്ച ആസ്‌ട്രേലപിത്തേക്കസ് എന്ന നമ്മുടെ പൂർവികരെയായിരിക്കും അവർ ഇപ്പോൾ നോക്കിയാൽ കാണുന്നത്!
ഈ പ്രപഞ്ചത്തിൽ ഒരു ഗാലക്സി എന്നത് എത്ര ചെറിയ വസ്തുവാണെന്നറിയുമ്പോഴേ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ വലിപ്പത്തെപ്പറ്റി ഏകദേശ ധാരണ കിട്ടൂ. നമുക്കു കാണാൻകഴിയുന്ന ഭാഗത്തുതന്നെ പതിനായിരം കോടിയിലധികം ഗാലക്സികൾ ഉണ്ടാവും. അത്രയുമധികം ദൂരത്തിൽ കാണാൻകഴിയുന്ന ടെലസ്കോപ്പുകൾ നിർമിക്കാൻ ഇന്ന് കഴിയും.
എന്നാൽ നഗ്നനേത്രങ്ങൾകൊണ്ട് ഇതിന്റെ എത്രയോ ചെറിയ ഒരു ഭാഗം മാത്രമേ ഒരാൾക്ക് കാണാൻ കഴിയൂ. ക്ഷീരപഥത്തിലെ പതിനായിരംകോടി നക്ഷത്രങ്ങളിൽ നമുക്ക് വളരെയടുത്തുള്ള ഏതാനും ആയിരം നക്ഷത്രങ്ങൾ മാത്രമാണ് രാത്രി ആകാശത്ത് നമ്മൾ കണ്ണുകൊണ്ടു കാണുന്നത്! പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ബാക്കിഭാഗം അന്ധകാരമയമായാണ് നമുക്കനുഭവപ്പെടുന്നത്. ടെലസ്കോപ്പുകളിലൂടെയായാലും ദൂരെദൂരെയുള്ള ഗാലക്സികൾ മുനിഞ്ഞുകത്തുന്ന വിളക്കുകൾ പോലെയാണ് കാണപ്പെടുന്നത്. അവയെയെല്ലാം കാണാൻ കൂടുതൽ ശക്തിയുള്ള ടെലസ്കോപ്പുകൾ നിര്‍മിച്ചാൽപ്പോരേ എന്ന് ചിന്തിക്കാം. പക്ഷേ, ഇതിനു ചില പരിമിതികളുണ്ട്.
പദാർത്ഥത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന ഘടകങ്ങളായ ആറ്റം, തന്മാത്ര (മോളിക്യൂൾ) തുടങ്ങിയവ ഏറ്റവും സ്വാഭാവികമായി വികിരണം ചെയ്യുന്നതോ സ്വീകരണം ചെയ്യുന്നതോ ആയ പ്രകാശമാണ് നമ്മുടെ കണ്ണുകൾകൊണ്ട് കാണാവുന്ന ‘ദൃശ്യ’പ്രകാശം. നക്ഷത്രങ്ങളിൽനിന്നുള്ള ഈ പ്രകാശത്തെ സ്വീകരിക്കുന്ന സാധാരണ ടെലസ്കോപ്പുകളെ ‘ഒപ്റ്റിക്കൽ’ ടെലസ്കോപ്പുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. വളരെ ദൂരെനിന്നുള്ള പ്രകാശം കണ്ടെത്താൻ വളരെ വലിയ ടെലസ്കോപ്പുകൾ വേണ്ടിവരും. അമേരിക്കയുടെ ഹവായ് ദ്വീപിൽ സ്ഥാപിച്ചിട്ടുള്ള കെക്ക്-1, കെക്ക്-2 ടെലസ്കോപ്പുകൾ, ശൂന്യാകാശത്ത് ഭൂമിയെ പ്രദക്ഷിണംവയ്ക്കുന്ന ഹബ്ബിൾ സ്പേസ് ടെലസ്കോപ്പ് തുടങ്ങിയവ വളരെ ശക്തിയേറിയവയാണ്. പക്ഷേ,, എത്ര വലിയ ഒപ്റ്റിക്കൽ ടെലസ്കോപ്പ് നിര്‍മിച്ചാലും ഒരു പരിധിക്കപ്പുറത്തുനിന്നുള്ള ദൃശ്യപ്രകാശം അവയിൽ ലഭ്യമാവുകയില്ല. അവിടെയെല്ലാം ഇരുട്ട് പടർന്നുകിടക്കുന്ന രാത്രിപോലെയേ ഒപ്റ്റിക്കൽ ടെലസ്കോപ്പുപയോഗിച്ചു നോക്കുന്നവർക്ക് തോന്നുകയുള്ളൂ.
ഇങ്ങനെ സംഭവിക്കാനുള്ള കാരണം പ്രപഞ്ചം വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു എന്നതാണ്. എല്ലാ ഗാലക്സികളും പരസ്പരം അകന്നുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. അവയിലോരോന്നിൽനിന്നു നോക്കുന്നവർക്ക് അടുത്തുള്ള ഗാലക്സികൾ ചെറിയ വേഗത്തിലും അകലെയുള്ള ഗാലക്സികൾ വലിയ വേഗത്തിലും അകന്നു പോകുന്നതായി കാണാം. ഇങ്ങനെ അകന്നുപോകുമ്പോൾ അവയിൽനിന്നു നമ്മിലേക്കെത്തുന്ന പ്രകാശത്തിനു നിറം മാറ്റം സംഭവിക്കും എന്നത് ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ ഒരു അറിയപ്പെടുന്ന പ്രതിഭാസമാണ്. വയലറ്റ്, നീല, പച്ച തുടങ്ങിയ നിറങ്ങൾ മഞ്ഞ, ഓറഞ്ച്, ചുവപ്പ് എന്നിങ്ങനെയുള്ള നിറങ്ങളായി മാറും. ഈ പ്രതിഭാസത്തിനു ‘ഡോപ്ലർ റെഡ്ഷിഫ്റ്റ്’ എന്ന് പറയും. ഇതേ സമയം മഞ്ഞ, ഓറഞ്ച്, ചുവപ്പു നിറങ്ങൾ നമുക്ക് കണ്ണുകൊണ്ടു കാണാൻ കഴിയാത്ത ‘ഇൻഫ്രാറെഡ്’ നിറത്തിലേക്ക് മാറും. എന്നാൽ വളരെ, വളരെ അകലെയുള്ള ഗാലക്സികളുടെ എല്ലാ നിറങ്ങളും ഇൻഫ്രാറെഡ് നിറത്തിലേക്ക് മാറും. അപ്പോൾ നമുക്കവയെ കാണാനേ കഴിയാതെ വരും. അങ്ങനെയാണ് പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അതിവിദൂരഭാഗങ്ങളിൽനിന്നുള്ള ദൃശ്യപ്രകാശം നമുക്ക് കാണാൻകഴിയാതെ വരുകയും ആ ഭാഗങ്ങൾ ഇരുട്ടുമൂടിയതായി തോന്നുകയും ചെയ്യുന്നത്. (ഹബ്ബിൾ സ്പേസ് ടെലസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ ഇത് അനുഭവപ്പെടും.)
അത്തരം ഭാഗങ്ങൾകൂടി നിരീക്ഷിക്കണമെങ്കിൽ ഒരു വഴിയുണ്ട്. ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശം സ്വീകരിക്കാൻ കഴിവുള്ള ടെലസ്കോപ്പുകൾ ഉണ്ടാക്കണം. ഇൻഫ്രാറെഡ് ക്യാമറകൾ ഇപ്പോൾ മാർക്കറ്റിലും ലഭ്യമാണല്ലോ? രാത്രിയിലെ ഇരുട്ടിലും ഫോട്ടോ എടുക്കാൻ അവ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഹബ്ബിൾ സ്പേസ് ടെലസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ച് കാണാവുന്ന പ്രപഞ്ചഭാഗങ്ങൾക്ക് അപ്പുറം കാണാൻ ഒരു ഇൻഫ്രാറെഡ് ടെലസ്കോപ്പ് ആവശ്യമാണെന്ന് ഈ നൂറ്റാണ്ടിന്റെ ആദ്യംതന്നെ ശാസ്ത്രലോകം തിരിച്ചറിഞ്ഞു. ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽനിന്നു വരുന്ന ഇൻഫ്രാറെഡ് രശ്മികൾ അതിദൂര പ്രപഞ്ചനിരീക്ഷണത്തിനു തടസ്സമാകാതിരിക്കാൻ ഇത് ഭൂമിയിൽനിന്നു 15 ലക്ഷം കിലോമീറ്റർ അകലെയുള്ള L2 ലഗ്രാൻജ് പോയിന്റ് എന്ന സ്ഥാനത്തെത്തിക്കണം. ഹബ്ബിൾ ടെലസ്കോപ്പിനെക്കാൾ വളരെയധികം ചെലവുവരുന്ന ഇത് നിര്‍മിക്കാൻ തീരുമാനമായി. 2021 ഡിസംബർ 25- നു ഭൂമിയിൽനിന്നു ശൂന്യാകാശത്തേക്കയച്ച ഈ ‘ജെയിംസ് വെബ് സ്പേസ് ടെലസ്കോപ്പ്’ എന്ന JWST ഒരു (?) മാസത്തെ യാത്രയ്ക്കുശേഷം ലക്ഷ്യസ്ഥാനത്തെത്തി. 2022 ജൂലൈ 11-നു ആദ്യമായി അതിൽനിന്നു ലഭിച്ച പ്രപഞ്ചചിത്രങ്ങൾ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു. അടുത്തദിവസം ലോകമെമ്പാടുമുള്ള പത്രങ്ങളിൽ അത് പ്രധാന തലക്കെട്ടായിരുന്നു.
ആയിരം കോടി ഡോളർ ചെലവിൽ നിര്‍മിച്ച, മനുഷ്യരാശിക്കുതന്നെ അഭിമാനമായ ഈ നിരീക്ഷണപേടകം നമ്മുടെ കാഴ്ചയെ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അതിരുകളിലേക്കെത്തിച്ചിരിക്കുന്നു. മുൻപൊരിക്കലും കാണാതിരുന്ന അനേകം പ്രപഞ്ചജ്യോതിസ്സുകൾ ഇതിൽ തെളിയുന്നുണ്ട്. ഏറെയകലെയുള്ള കാഴ്ചകളായതിനാൽ നമുക്ക് വലിയൊരു നേട്ടമുണ്ട്. അത്രയും നീണ്ട ഒരു ഭൂതകാലമാണ് ഈ ടെലസ്കോപ്പുകളിലൂടെ ചുരുൾ വിരിയുന്നത്. ഇപ്പോഴും വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന പ്രപഞ്ചമാണ് നമ്മുടേത് എന്നതുകൊണ്ട് ഭൂതകാലത്തിൽ എന്തായിരുന്നു അതിന്റെ അവസ്ഥ എന്ന് നേരിട്ട് കണ്ട് മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയുമെങ്കിൽ അത് വലിയൊരു നേട്ടമായിരിക്കില്ലേ?
വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന പ്രപഞ്ചം എന്ന അടിസ്ഥാനത്തിൽ ഇതിന്റെ ഉത്ഭവത്തെപ്പറ്റിയും വളർച്ചയെപ്പറ്റിയും പല സിദ്ധാന്തങ്ങൾ ഉണ്ടായിട്ടുണ്ട്. പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ സൈദ്ധാന്തിക മാതൃകകൾ എന്ന നിലയിൽ അത് മിക്കവർക്കും പരിചയമുണ്ട്. ഇവയിൽ ഇന്ന് ഏറ്റവും സ്വീകാര്യമായി വന്നിട്ടുള്ള പ്രപഞ്ച മാതൃക ‘ബിഗ് ബാങ് മാതൃക’ എന്നറിയപ്പെടുന്നു. വളരെപ്പണ്ട്‌, ഒരു പ്രത്യേക നിമിഷത്തിൽ, സ്ഥലവും കാലവും പൊടുന്നനെ ഒരു ബിന്ദുവിൽ ഉത്ഭവിച്ചു. (ഈ നിമിഷത്തിനുമുൻപ് എന്നൊരു സങ്കല്പം തന്നെ സാധ്യമല്ല – കാരണം, സമയവും തുടങ്ങുന്നത് അപ്പോൾ മാത്രമാണ്!) അത്തരമൊരു ഉത്ഭവത്തിനുശേഷം ഇവിടെ എന്തെല്ലാം സംഭവിച്ചിട്ടുണ്ടാകാം എന്നു മാത്രമാണ് ഈ മാതൃക പറയുന്നത്. ഇതു ശരിയാകണമെങ്കിൽ ഏറ്റവും ആദ്യ നിമിഷത്തിൽത്തന്നെ പ്രപഞ്ചത്തിലെ സകല പദാർഥവും നിര്‍മിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടാവണം. അതിനാൽ ആ നിമിഷത്തിൽ അനന്തമായ ചൂടും സാന്ദ്രതയും ഉണ്ടാകും. അതിനുശേഷം പ്രപഞ്ചം വികസിക്കുന്നത്തിനനുസരിച്ച് ചൂടും സാന്ദ്രതയും കുറഞ്ഞ് ഇന്നത്തെ നിലയിലെത്തിയെന്നാണ് ബിഗ് ബാങ് മാതൃക പറയുന്നത്.
ഈ മാതൃകയ്ക്കുള്ളിൽ ഓരോ ഘട്ടത്തിലും പ്രപഞ്ചവികാസത്തിന്റെ നിരക്ക് ഓരോ തരത്തിലായിരിക്കും. ഓരോ ഘട്ടത്തിലും നടന്നിട്ടുണ്ടാകാവുന്ന പ്രതിഭാസങ്ങളെ – ഉദാഹരണമായി, അടിസ്ഥാന കണങ്ങളിൽനിന്നു ആറ്റങ്ങൾ രൂപംകൊള്ളുക, നക്ഷത്രങ്ങളും ഗാലക്സികളും രൂപംകൊള്ളുക, തുടങ്ങിയവയെ – ആശ്രയിച്ചാണ് ഈ നിരക്ക് കണക്കാക്കുന്നത്. കൂടുതൽ സമയവും ഇത് വികാസനിരക്ക് കുറഞ്ഞുവരുന്ന രീതിയിലാണെങ്കിലും അടുത്തകാലത്ത് അതിന്റെ നിരക്ക് കൂടാൻ തുടങ്ങുകയും ഒരു ത്വരിത വികാസഘട്ടത്തിലെത്തുകയും ചെയ്തു എന്ന് ഈ മാതൃക പറയുന്നു. 1998-ൽ ടൈപ്പ് 1 എ സൂപ്പർനോവകളെ നിരീക്ഷിച്ചതിൽനിന്നാണ് ഈ മാറ്റത്തിന്റെ ആവശ്യം ഉണ്ടായത്. 2011-ലെ നൊബേൽ സമ്മാനത്തിന് അർഹമായ നിരീക്ഷണമായിരുന്നു അത്. ഇപ്പോൾ ഈ ത്വരിതവികാസമുണ്ടാവാൻ കാരണം പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ പദാർത്ഥഘടനയ്ക്കുള്ള ഒരു പ്രതേകതയാണെന്നാണ് ഊഹിക്കപ്പെടുന്നത്. ഭൂമിയും സൂര്യനും ഗാലക്സികളുമെല്ലാം നിര്‍മിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ള സാധാരണ പദാർത്ഥത്തിനു പുറമെ വളരെ ദുർജ്ഞേയമായ ‘തമോ ദ്രവ്യം’ (dark matter), ‘തമോ ഊർജം’ (dark energy) തുടങ്ങിയവ ഇവിടെ നിലനില്ക്കുന്നു എന്നാണിതിന്റെ അനുമാനം. പ്രത്യേകിച്ചും തമോ ഊർജം. അത് നാം ജീവിക്കുന്ന ഈ ഘട്ടത്തിലാണത്രെ ഏറ്റവും വലിയ അളവിൽ കാണപ്പെടാൻ തുടങ്ങിയത്. ഇതുൾപ്പെടുത്തി രൂപമാറ്റം വരുത്തിയ ബിഗ് ബാങ് മാതൃകയെ ലാംബ് ഡാ – കോൾഡ് ഡാർക്ക് മാറ്റർ (LCDM) മാതൃക എന്ന് പറയും. ഇന്ന് ഏറ്റവും സ്വീകാര്യമെന്ന് അവകാശപ്പെടുന്ന ഈ മാതൃകയുടെ പിന്നിൽ അനേകായിരം പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ അശ്രാന്ത പരിശ്രമമുണ്ട്.
ഇത്രയും കാലം ഹബ്ബിൾ സ്പേസ് ടെലസ്കോപ്പായിരുന്നു ഏറ്റവുമധികം ദൂരെയുള്ള വസ്തുക്കളെ കാണാൻ ഉപയോഗിച്ചിട്ടുള്ളത്. 2016-ൽ നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ട GN-z11 എന്ന് പേരായ ഒരു ഗാലക്സിയാണ് അതിലൂടെ കണ്ടെത്തിയ ഒരു ജ്യോതിസ്സ്. ഇതുതന്നെ ചില സംശയങ്ങൾ ജനിപ്പിച്ചിരുന്നു. 13.4 ബില്യൺ (1 ബില്യൺ = 100 കോടി) വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു മുൻപുള്ള ഒരു കാഴ്ചയാണ് അത്. LCDM മാതൃകയിൽ പ്രപഞ്ചം സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടത് 13.8 ബില്യൺ വർഷങ്ങൾക്കു മുൻപാണ്. അങ്ങനെയാണെങ്കിൽ GN-z11 എന്ന ഗാലക്സിയെ ഇപ്പോൾ നമ്മൾ കാണുന്നത് പ്രപഞ്ചത്തിനു 0.4 ബില്യൺ വർഷം പ്രായമുള്ളപ്പോഴുള്ള രൂപത്തിലാണ്! പക്ഷേ, എവിടെയും ഒരു ഗാലക്സി ഉണ്ടാകണമെങ്കിൽ കുറഞ്ഞത് 0.4-0.5 ബില്യൺ വർഷങ്ങളെങ്കിലും വേണ്ടിവരുമെന്നാണ് അവയെപ്പറ്റിയുള്ള സിദ്ധാന്തങ്ങൾ പറയുന്നത്. പ്രപഞ്ചമുണ്ടായി 0.4 വർഷങ്ങൾക്കുള്ളിൽ ഇത്തരമൊരെ ഗാലക്സിയെ കാണുക എന്നത് 2016-ൽത്തന്നെ ഒരതിശയമായിരുന്നു.
