लद्दाख में MACE ब्रह्मांडीय गामा किरणों के लिए अपनी अनोखी आंख खोलता है

लाल वलय के केंद्र में नीला धब्बा छोटे मैगेलैनिक बादल में एक पृथक न्यूट्रॉन तारा है। न्यूट्रॉन तारे भारी तारों के सुपरनोवा में जाने के बाद बनते हैं, इस प्रक्रिया में अन्य ऊर्जाओं पर विकिरण के साथ-साथ गामा किरणें उत्सर्जित होती हैं। | फोटो साभार: ईएसए और नासा

मेजर एटमॉस्फेरिक चेरेनकोव एक्सपेरिमेंट (MACE) टेलीस्कोप एक अत्याधुनिक ग्राउंड-आधारित गामा-रे टेलीस्कोप है जिसका उद्घाटन किया गया Hanle, Ladakh4 अक्टूबर को। समुद्र तल से लगभग 4.3 किमी ऊपर स्थित, यह दुनिया का सबसे ऊंचा इमेजिंग चेरेनकोव टेलीस्कोप है। यह 21 मीटर चौड़ी डिश का दावा करता है, जो एशिया में अपनी तरह की सबसे बड़ी और दुनिया में दूसरी सबसे बड़ी डिश है।

इस सुविधा का निर्माण भाभा परमाणु अनुसंधान केंद्र, टाटा इंस्टीट्यूट ऑफ फंडामेंटल रिसर्च, इलेक्ट्रॉनिक्स कॉर्पोरेशन ऑफ इंडिया लिमिटेड और इंडियन इंस्टीट्यूट ऑफ एस्ट्रोफिजिक्स द्वारा किया गया था।

प्रकाश तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला में आता है लेकिन मनुष्य केवल एक छोटा सा हिस्सा ही देख सकता है। विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में, गामा किरणों की तरंगदैर्घ्य सबसे कम और ऊर्जा सबसे अधिक होती है, प्रत्येक प्रकाश-कण में 100,000 से अधिक इलेक्ट्रॉन वोल्ट होते हैं। (दृश्य-प्रकाश फोटॉनों में से प्रत्येक में लगभग 1.63-3.26 eV होता है।)

एक अजीब नीली रोशनी

गामा किरणें ब्रह्मांड में विदेशी ऊर्जावान वस्तुओं द्वारा उत्पन्न होती हैं, जिनमें तेजी से घूमने वाले पल्सर, सुपरनोवा विस्फोट, ब्लैक होल के चारों ओर पदार्थ के गर्म भँवर और गामा-किरण विस्फोट शामिल हैं। अपनी उच्च ऊर्जा के कारण, गामा किरणें स्वास्थ्य के लिए खतरा हैं। वे जीवित कोशिकाओं को नुकसान पहुंचा सकते हैं और डीएनए में हानिकारक उत्परिवर्तन भी शुरू कर सकते हैं। सौभाग्य से पृथ्वी का वायुमंडल गामा किरणों को ज़मीन तक पहुँचने से रोकता है। इस प्रकार, जो खगोलशास्त्री गामा किरणों का उत्सर्जन करने वाली वस्तुओं का अध्ययन करना चाहते हैं, वे अंतरिक्ष वेधशालाओं का उपयोग करना पसंद करते हैं – हालांकि जमीन से बहुत अधिक ऊर्जा वाली गामा किरणों का पता लगाने के लिए अप्रत्यक्ष तकनीकें हैं।

जब किसी ब्रह्मांडीय स्रोत से गामा किरण वायुमंडल में प्रवेश करती है, तो यह हवा में अणुओं के साथ संपर्क करके इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े की प्रचुर मात्रा में बौछार उत्पन्न करती है। जैसे ही ये आवेशित कण हवा में प्रकाश की गति से अधिक गति से वायुमंडल में यात्रा करते हैं, वे एक फीकी नीली रोशनी उत्सर्जित करते हैं, जिसे चेरेनकोव विकिरण कहा जाता है। इस विकिरण में दृश्यमान स्पेक्ट्रम के बैंगनी और नीले प्रकाश और पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य रेंज की तरंग दैर्ध्य होती है।

प्रकाश लगभग एक सेकंड के एक अंश में उत्सर्जित होता है, और प्रकाश-कण पृथ्वी की सतह पर एक विशाल क्षेत्र में समान रूप से फैल जाते हैं। यह क्षेत्र एक डिटेक्टर का पता लगाने के लिए एक उपयुक्त स्थान है जो फोटॉन एकत्र कर सकता है और गामा किरणों को अप्रत्यक्ष रूप से समझने के लिए उनका अध्ययन कर सकता है। इस प्रकार का पता लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों को इमेजिंग वायुमंडलीय चेरेनकोव टेलीस्कोप (IACTs) कहा जाता है। MACE टेलीस्कोप एक IACT है।

इडाहो नेशनल लेबोरेटरी, 2009 में उन्नत परीक्षण रिएक्टर के मूल में चमकता हुआ चेरेनकोव विकिरण। | फोटो साभार: आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी (CC BY-SA 2.0)

संख्या में ताकत

प्रत्येक IACT में एक प्रकाश संग्राहक और एक कैमरा होता है। प्रकाश संग्राहक का आकार गामा किरणों की न्यूनतम ऊर्जा निर्धारित करता है जिसका वह पता लगा सकता है। MACE के प्रकाश संग्राहक में 356 दर्पण पैनल हैं। प्रत्येक पैनल में छत्ते की संरचना में व्यवस्थित चार छोटे दर्पण होते हैं। इन छत्ते की व्यवस्था को ठोस दर्पणों की तुलना में हल्का लेकिन अधिक स्थिर दिखाया गया है क्योंकि वे खंडों के बीच खाली जगह को कम करते हैं और कुल परावर्तक क्षेत्र को बढ़ाते हैं। जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप इस कारण से मधुकोश-खंडित दर्पणों का उपयोग करता है।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह आवश्यक ऊर्जा सीमा में गामा किरणों का पता लगा सकता है, MACE का निर्माण और इसके भौगोलिक स्टेशन की सावधानीपूर्वक योजना बनाई गई थी। उच्च ऊंचाई वाला स्थान दूरबीन को क्षोभमंडल की निचली पहुंच में गड़बड़ी से ऊपर रखता है। MACE को इसके बड़े आकार के कारण गुंबद में भी नहीं रखा गया है, जिससे इसके दर्पण लगातार पर्यावरण के संपर्क में रहते हैं। सुरक्षा के लिए प्रत्येक दर्पण को सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक पतली परत से लेपित किया जाता है।

दर्पणों को चेरेनकोव विकिरण को इकट्ठा करने और उच्च-रिज़ॉल्यूशन कैमरे में केंद्रित करने के लिए संरेखित किया गया है, जो 1,088 फोटोमल्टीप्लायर ट्यूबों से बना है जो कमजोर संकेतों का पता लगाता है और उन्हें बढ़ाता है। डेटा को संसाधित करने और रिकॉर्ड करने के लिए सभी आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक घटकों को कैमरे के भीतर रखा गया है, जिसमें एक विशेष उपकरण भी शामिल है जो लगातार फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब से सिग्नल को डिजिटल डेटा में परिवर्तित करता है, जिससे कंप्यूटर को वास्तविक समय में विश्लेषण करने की अनुमति मिलती है।

दूरबीन का भार 180 टन है। यह छह पहियों वाले आधार पर खड़ा है जो 27 मीटर चौड़े घुमावदार ट्रैक पर चलता है। टेलीस्कोप को घुमाने वाला ड्राइव सिस्टम एक ऊंचाई-अज़ीमुथ माउंट का उपयोग करता है, जिसका अर्थ है कि टेलीस्कोप आकाश के सभी पैच का निरीक्षण करने के लिए अपनी दृष्टि को लंबवत और क्षैतिज दोनों तरह से स्थानांतरित कर सकता है।

WIMPs की खोज की जा रही है

MACE का मुख्य लक्ष्य 20 बिलियन eV से अधिक ऊर्जा वाली गामा किरणों का अध्ययन करना है। दूरबीन आकाशगंगा से परे ब्लैक होल के पास से निकलने वाली उच्च-ऊर्जा गामा किरणों की जांच कर सकती है जो बड़ी मात्रा में पदार्थ को पचा रही हैं। अन्य संभावित खगोलभौतिकी लक्ष्यों में शामिल हैं गामा-किरण पल्सर, ब्लेज़रऔर गामा-किरणों का फटना.

एक महत्वपूर्ण लक्ष्य डार्क मैटर कणों को खोजना है। डार्क मैटर एक प्रकार का पदार्थ है जिसके बारे में माना जाता है कि यह हमारे ब्रह्मांड के कुल द्रव्यमान का 85% से अधिक है। यह ब्रह्माण्ड विज्ञान के मानक मॉडल का एक मूलभूत हिस्सा है – लेकिन वैज्ञानिकों को यह नहीं पता है कि यह किन उप-परमाणु कणों से बना हो सकता है।

डार्क मैटर के प्रस्तावित कण घटकों में से एक कमजोर रूप से बड़े पैमाने पर कणों (डब्ल्यूआईएमपी) से संपर्क करना है। वैज्ञानिकों ने अनुमान लगाया है कि जब ये कण एक-दूसरे से टकराते हैं और नष्ट हो जाते हैं तो वे उच्च-ऊर्जा गामा किरणें उत्पन्न कर सकते हैं। ये गामा किरणें बड़े आकाशगंगा समूहों, छोटी आकाशगंगाओं और/या आकाशगंगा सहित बड़ी आकाशगंगाओं के केंद्र में उत्पन्न हो सकती हैं।

भारत का MACE अगला कदम है

पिछला अध्ययन दिखाया गया है कि MACE टेलीस्कोप WIMPs द्वारा उत्पादित उच्च-ऊर्जा गामा किरणों को खोजने और मापने में मदद कर सकता है। इससे खगोलविदों को डार्क मैटर और WIMPs के व्यवहार के बारे में अधिक जानने की अनुमति मिलेगी। लेकिन जैसी संभावना है, MACE यह सत्यापित करने में मदद कर सकता है कि क्या WIMP वास्तव में मौजूद हैं और डार्क मैटर बनाते हैं या क्या यह परिकल्पना त्रुटिपूर्ण है।

भारत अब पाँच दशकों से अधिक समय से गामा-किरण खगोल विज्ञान में सक्रिय है। MACE टेलीस्कोप के अनावरण ने क्षेत्र में आगे की तकनीकी और वैज्ञानिक प्रगति की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया। MACE के अधिकांश उपप्रणालियाँ भी देश के भीतर ही निर्मित और डिज़ाइन की गईं। अपनी उन्नत क्षमताओं के साथ, MACE उच्च-ऊर्जा खगोल भौतिकी और कण भौतिकी के क्षेत्र में मौलिक खुले प्रश्नों को संबोधित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है और अत्याधुनिक अनुसंधान का मार्ग प्रशस्त कर सकता है।

श्रीजया कारंथा एक स्वतंत्र विज्ञान लेखिका और सामग्री लेखिका और अनुसंधान विशेषज्ञ हैं ब्रह्माण्ड का रहस्य.