ব্ল্যাক পার্ল: বিগ ব্যাংয়ের 50 কোটি বছর পরের এক ধূলিকণার আঙুলের ছাপ

জেমস ওয়েব মহাকাশ দূরবীন বারবার দেখছে যে ছায়াপথগুলো মহাজাগতিক ইতিহাসের প্রথম একশো কোটি বছরের মধ্যেই আশ্চর্য দ্রুত ধাতু আর ধূলিতে ভরে উঠেছিল। এত দূরে ধূলি নিয়ে গবেষণা কঠিন: এর নিজস্ব তাপীয় দীপ্তি শনাক্ত করা অত্যন্ত দুরূহ। কিন্তু ধূলি তার মধ্য দিয়ে যাওয়া তারার আলোর ওপরও ছাপ রেখে যায়, আর তার একটি ছাপ বিশেষভাবে অর্থবহ।

অতিবেগুনিতে একটি খাদ

আকাশগঙ্গায় ধূলি অতিবেগুনি আলোকে একটি চওড়া “কুঁজ” (bump) সহ ম্লান করে, যার কেন্দ্র 2,175 অ্যাংস্ট্রমের কাছে: বর্ণালিতে একটি খাদ, আমাদের ছায়াপথের বিলোপন বক্ররেখার (extinction curve) সবচেয়ে প্রবল বৈশিষ্ট্য। একে ব্যাপকভাবে কার্বন-সমৃদ্ধ ছোট কণা বা অণুর ফল বলে ধরা হয়, যদিও ঠিক কোনগুলো, তা নিয়ে এখনও বিতর্ক আছে — গ্রাফাইটের ছোট কণা, বহুচক্রীয় অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAH) ও অনিয়তাকার কার্বন প্রার্থীদের মধ্যে আছে। আকাশগঙ্গায় বিভিন্ন দৃষ্টিরেখা বরাবর কুঁজের প্রস্থ ও প্রাবল্য বদলায়, কিন্তু এর কেন্দ্রীয় অবস্থান উল্লেখযোগ্যভাবে স্থির।

ওয়েব এই অনুসন্ধানকে আদি মহাবিশ্বে ঠেলে নিয়ে গেছে। একটি যুগান্তকারী শনাক্তকরণ এসেছিল 6.71 লোহিত সরণের (redshift) একটি ছায়াপথে, বিগ ব্যাংয়ের প্রায় 80 কোটি বছর পরে, যার কুঁজের শীর্ষ ছিল প্রায় 2,263 Å-এ — আকাশগঙ্গার চেয়ে বেশি লাল। আরেকটি, 7.11 লোহিত সরণে, শীর্ষে আছে 2,257 Å-এ। গড়ে, আগের যুগের দিকে কুঁজটি দুর্বল হয়ে আসে বলে মনে হয়।

9.33 লোহিত সরণের একটি ছায়াপথ

পাদোভা বিশ্ববিদ্যালয় ও INAF-এর জুলিয়া রোদিগিয়েরো (Giulia Rodighiero) এবং ইউরোপ, আমেরিকা ও এশিয়ার প্রায় পঞ্চাশজন সহলেখক দুটি সমন্বিত কর্মসূচি, ZENITH ও EMBER, থেকে ওয়েবের NIRSpec বর্ণালি ঘেঁটে দেখেছেন। তাঁরা লোহিত সরণ 8-এর বেশি উৎসগুলো দেখেছেন, যেখানে 2,175 Å অঞ্চল আওতায় আসে, যেগুলো আগেই কুঁজ দেখাচ্ছিল সেগুলো বেছে না নিয়ে। একটি আলাদা হয়ে চোখে পড়ল। তাঁরা একে বলেন ব্ল্যাক পার্ল (কালো মুক্তা) — গবেষণাপত্রে কেন, তা বলা নেই।

হাইড্রোজেন ও অক্সিজেনের নিঃসরণ রেখা একে 9.3335 লোহিত সরণে স্থাপন করে, অর্থাৎ আমরা একে দেখি বিগ ব্যাংয়ের প্রায় 50 কোটি বছর পরে যেমন ছিল তেমন। এটি বেশ ছোট একটি ছায়াপথ, যার নাক্ষত্রিক ভর প্রায় 10^8.35 সূর্যের সমান, যা বছরে মোটামুটি 2.4 সূর্যের সমান তারা তৈরি করে, এবং লোহিত সরণ 9-এর ওপারে বর্ণালিগতভাবে নিশ্চিত সবচেয়ে অতিবেগুনি-উজ্জ্বল ছায়াপথগুলোর একটি।

একই খাদ দেখার দুটি উপায়

এর বর্ণালিতে ঠিক সেখানেই একটি চওড়া নিম্নতা দেখা যায় যেখানে ধূলির কুঁজ থাকার কথা। দলটি দুটি স্বাধীন উপায়ে এটি মেপেছে।

প্রথমত, সরাসরি: অতিবেগুনি নিরবচ্ছিন্ন বর্ণালিকে (continuum) একটি মসৃণ বক্ররেখা দিয়ে মিলিয়ে বাড়তি ম্লানতা মাপা। খাদটি 17.6 সিগমায় শনাক্ত হয়, আর কুঁজ-আকৃতির একটি প্রোফাইল যোগ করলে মিল বিপুলভাবে উন্নত হয় (χ² 474 থেকে নেমে 8.2 হয়)। প্রোফাইলের শীর্ষ 2,132 ± 17 Å-এ, প্রস্থ 413 ± 54 Å এবং সর্বোচ্চ ম্লানতা 0.21 ম্যাগনিচুড। পরীক্ষাগুলো কাছের একটি কার্বন নিঃসরণ রেখা এবং অবিভাজিত রেখার মিশ্রণকে কারণ হিসেবে বাতিল করে।

দ্বিতীয়ত, ছায়াপথের একটি পূর্ণ মডেল দিয়ে — তারা, গ্যাস, ধূলি ও আলোকমিতি — একটি নমনীয় ধূলি-সূত্র ব্যবহার করে, যেখানে কুঁজের অবস্থান ও প্রস্থ মুক্ত। পরীক্ষিত দুটি তারা-গঠন ইতিহাসই একটি কুঁজ ফিরিয়ে দেয়, প্রায় 2,147 ও 2,168 Å-এ, যা সরাসরি মাপের সঙ্গে সংগত, যদিও কম নির্ভুল।

কোনো কৃষ্ণগহ্বর কি এটা নকল করতে পারে? একটি সক্রিয় নিউক্লিয়াস লোহার রেখার এমন এক জঙ্গল তৈরি করতে পারে যা খাদের মতো দেখায়। নিঃসরণ রেখাগুলো একটি কঠিন বিকিরণ-ক্ষেত্রের ইঙ্গিত দেয় এবং কোনো নিউক্লিয়াসের কিছু অবদানের সুযোগ রাখে, কিন্তু অতিবেগুনিতে প্রাধান্য বিস্তার করার মতো শক্তিশালী নিউক্লিয়াসের নয়। লেখকেরা ধূলির পক্ষে, তবে উল্লেখ করেন যে একটি নিউক্লিয়াস, “সম্ভবত বেশ বড়ও”, নিশ্চিতভাবে বাদ দেওয়া যায় না।

ভুল দিকে সরে যাওয়া

প্রস্থ আকাশগঙ্গার সঙ্গে মেলে। অবস্থান মেলে না: আমাদের ছায়াপথের গড়ের চেয়ে 43 Å বেশি নীল, প্রায় 2.5 সিগমায়, এবং লোহিত সরণ 7-এর আশপাশে জানা দুটি কুঁজের চেয়ে প্রায় 127 Å বেশি নীল, যেগুলো লালের দিকে সরে আছে। লেখকদের কাছে এই বৈচিত্র্য আদি মহাবিশ্বে একটিমাত্র সর্বজনীন কুঁজের বিপক্ষে যুক্তি: এর পেছনের ধূলিকণাগুলো সম্ভবত ছায়াপথ থেকে ছায়াপথে আলাদা ছিল।

সেগুলো কী? ক্ষুদ্রতম গ্রাফাইট কণার হিসাব ব্ল্যাক পার্লের প্রোফাইলের কাছাকাছি আসে, আগের 6.71 লোহিত সরণের ক্ষেত্রে যা আসেনি। কিছু একক PAH অণুও এটি পুনরুৎপাদন করতে পারে — কিন্তু কম লোহিত সরণে ধাতু-দরিদ্র ছায়াপথে PAH বিরল, এবং এখানে অনুমিত তীব্র বিকিরণ ক্ষুদ্রতমগুলোকে ধ্বংস করে দিতে পারে। দুটিই সম্ভাব্য থেকে যায়।

20 কোটি বছরে ধূলি

প্রাসঙ্গিক ঘড়িটি বিগ ব্যাংয়ের পর থেকে 50 কোটি বছর নয়, বরং ছায়াপথটি তারা তৈরি শুরু করার পর থেকে সময়। সেটা যদি লোহিত সরণ 14-এর কাছাকাছি শুরু হয়ে থাকে, তবে প্রায় 20 কোটি বছর হাতে ছিল। সুপারনোভা, তারাদের মাঝে কণার বৃদ্ধি এবং হয়তো সবচেয়ে দ্রুত বিবর্তিত AGB তারা অবদান রাখতে পারে; কোনটি কতটা রেখেছে, তা এখনও খোলা প্রশ্ন।

এটি একটিমাত্র ছায়াপথ, এর কুঁজের সরণ মাত্র প্রায় 2.5 সিগমায় তাৎপর্যপূর্ণ, এবং ক্ষীণায়ন বক্ররেখা কণার ধরনের সঙ্গে অনন্যভাবে মেলে না। গবেষণাপত্রটি ApJ সাময়িকীতে জমা দেওয়া হয়েছে। এর বার্তা হলো, এখন কুঁজের আকার, শুধু তার উপস্থিতি নয়, প্রথম ধূলি কীভাবে তৈরি হয়েছিল তা অনুসরণ করতে পারে।