ஒரு சூப்பர்நோவா, ஐந்து பிம்பங்கள், பிரபஞ்சத்தின் விரிவு வீதம்

இன்று பிரபஞ்சம் எவ்வளவு வேகமாக விரிகிறது? அதற்கு விடை தரும் எண் ஹப்பிள் மாறிலி (Hubble constant), H0. அதை அளக்கும் முக்கிய வழிகளில் இரண்டு — அருகிலுள்ள விண்மீன்களுக்கும் திரள்களுக்குமான தொலைவுகளின் ஓர் ‘ஏணி’, இளம் பிரபஞ்சத்தின் மங்கலான பின்னொளியான அண்ட நுண்ணலைப் பின்னணி — தற்போது கணிசமாக வேறுபட்ட மதிப்புகளைத் தருகின்றன. ஹப்பிள் இழுவிசை (Hubble tension) எனப்படும் இந்த இடைவெளி, அண்டவியலின் பெரிய திறந்த கேள்விகளில் ஒன்று.

மூன்றாவது ஒரு வழி உள்ளது; அது இவ்விரண்டில் எதையும் சார்ந்ததல்ல.

உள்ளமைந்த கடிகாரம் கொண்ட அண்ட வில்லை

மிகப் பெரும் நிறை கொண்ட ஒரு பொருள் — ஒரு திரள் அல்லது முழுத் திரள் கொத்து — தொலைதூர மூலம் ஒன்றின் முன் அமைந்தால், அதன் ஈர்ப்புவிசை ஒளியை வளைத்து, மூலத்தைப் பல பிம்பங்களாகப் பிரிக்கக்கூடும். இதுவே வலுவான ஈர்ப்பு வில்லையாக்கம் (strong gravitational lensing). ஒளிக்கதிர்கள் வெவ்வேறு நீளமுள்ள பாதைகளில் செல்கின்றன. மூலத்தின் ஒளிர்வு மாறினால், பிம்பங்கள் ஒன்றன்பின் ஒன்றாக மாறுகின்றன.

அந்த நேரத் தாமதங்கள் வில்லையின் நிறையையும் அண்டத் தொலைவுகளையும் — எனவே H0-ஐயும் — சார்ந்தவை. பல பிம்பங்களில் காணப்படும் சூப்பர்நோவாக்களைக் கொண்டு, இந்தக் கருத்தை 1964-இல் ரெஃப்ஸ்டால் முன்மொழிந்தார்.

அத்தகைய முதல் சூப்பர்நோவா, இன்று SN Refsdal என அறியப்படுவது, 2014-இல் MACS J1149.5+2223 திரள் கொத்துக்குப் பின்னால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. அது முதலில் கொத்தின் ஒரு திரளைச் சுற்றி நான்கு பிம்பங்களாகத் தோன்றியது; மாதிரிகள் கணித்த ஐந்தாவது பிம்பம் சுமார் ஓராண்டு கழித்து வரும் என எதிர்பார்க்கப்பட்டது. அளக்கப்பட்ட தாமதங்களில், இரண்டு பிம்பங்களுக்கு இடையிலான 376 நாள் தாமதமும் அடங்கும்.

சில புள்ளிகளுக்குப் பதிலாக 77,000 படப்புள்ளிகள்

கடினமான பகுதி, கொத்தின் நிறை சரியாக எப்படிப் பரவியுள்ளது என்பதை அறிவது. இதுவரை, மாதிரிகள் பின்னணித் திரள்களின் பல பிம்பங்களுடைய நிலைகளை மட்டுமே பயன்படுத்தின. டுர்கு பல்கலைக்கழகம், மிலன் பல்கலைக்கழகம் ஆகியவற்றைச் சேர்ந்த ஸ்டெஃபன் ஷுல்ட், இத்தாலி, ஜெர்மனி, ஸ்பெயின், ஃபின்லாந்து ஆகிய நாடுகளில் உள்ள சக ஆய்வாளர்களுடன் இன்னும் முன்னேறினார்.

அவர்களின் மாதிரி ஏற்கனவே கொத்தின் 308 திரள்கள், கரும்பொருள் ஒளிவட்டங்கள் (halos), 17 பின்னணி மூலங்களின் 100-க்கும் மேற்பட்ட பல பிம்பங்கள் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியிருந்தது. அதன் மேல், சூப்பர்நோவாவுக்குப் புரவலான திரளின் முழு வடிவத்தையும் ஒளிர்வையும் சேர்த்தனர்: ஹப்பிள் விண்வெளித் தொலைநோக்கியின் 77,000 படப்புள்ளிகள். ஒரு திரள் கொத்துக்கு இத்தகைய மாதிரியுடன் அண்டவியல் அளவுருக்கள் அளக்கப்படுவது இதுவே முதல் முறை.

பாதுகாப்புக்காக, தரவுக்கு எடை கொடுக்கும் நான்கு வழிகளைச் சோதித்து, அவற்றுக்கு இடையிலான வேறுபாடுகளைக் கூடுதல் நிச்சயமின்மையாகக் கணக்கில் எடுத்தனர்.

3% அளவீடு

• H0 = 65.0 (+2.0 / −1.8) கிலோமீட்டர்/வினாடி/மெகாபார்செக்; பிரபஞ்சத்தின் பருப்பொருள் உள்ளடக்கம் Ωm = 0.30 ஒரே நேரத்தில் அளக்கப்பட்டது.
• நிச்சயமின்மை 3.0%: ஒரே ஒரு வலுவான வில்லையிலிருந்து இதுவரை பெறப்பட்டதில் மிகத் துல்லியமான மதிப்பு; வில்லையாக்கப்பட்ட ஒரு குவாசாரின் 3.9% முடிவைவிட முன்னிலை.
• பிம்ப நிலைகளை மட்டும் பயன்படுத்தும் அதே மாதிரியுடன் ஒப்பிடுகையில், படப்புள்ளிகளைச் சேர்த்தது நிச்சயமின்மையை 2.0 மடங்கு குறைத்தது.
• மாதிரியின் அனைத்துப் பதிப்புகளும் ஒன்றோடொன்றும், SN Refsdal பற்றிய முந்தைய ஆய்வுகளோடும் ஒத்துப்போகின்றன.

இந்த மதிப்பு, பிளாங்க் திட்டம் அளந்த அண்ட நுண்ணலைப் பின்னணியின் மதிப்புடனும், வில்லையாக்கப்பட்ட இன்னொரு சூப்பர்நோவாவான SN Encore-உடனும் ஒத்துப்போகிறது. SH0ES குழுவின் தொலைவு ஏணி மதிப்பிலிருந்து இது மேலும் விலகி நிற்கிறது.

நிறை மாதிரியிலிருந்து வரும் நிச்சயமின்மை இப்போது மிக நீண்ட தாமதத்தின் நிச்சயமின்மைக்கு ஒப்பானது. வேறு சொற்களில், கட்டுப்படுத்தும் காரணி இப்போது வரைபடம் அல்ல, கடிகாரம்.

எண்ணை இன்னும் நகர்த்தக்கூடியவை

தங்கள் 3% எவற்றை உள்ளடக்கவில்லை என்று ஆசிரியர்கள் பட்டியலிடுகின்றனர். பழைய மாதிரிகளுடனான ஒப்பீடு நியாயமாக இருக்கக் கொத்தின் நிறைச் செய்முறையை அவர்கள் மாற்றாமல் வைத்தனர்; எனவே அந்தச் செய்முறையின் விவரங்கள் நிச்சயமின்மைகளாகக் கணக்கிடப்படவில்லை. வில்லையாக்கத்தின் அறியப்பட்ட குருட்டுப் புள்ளியான ‘நிறைத்தாள் சீரழிவு’ (mass-sheet degeneracy) ஓரளவு மட்டுமே கட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. மேலும், திரள் கொத்துகள் வழியான பார்வைக் கோடுகள் சராசரியைவிட வெறுமையானவையாக இருந்தால், கொத்து வில்லைகள் H0-ஐ குறைத்து மதிப்பிடும்.

அடுத்த சோதனை நெருங்கிவிட்டது: வில்லையாக்கப்பட்ட இன்னொரு சூப்பர்நோவாவான SN Requiem, முதன்முதலில் காணப்பட்டு சுமார் பத்தாண்டுகள் கழித்து, 2026 அல்லது 2027-இல் மீண்டும் தோன்ற வேண்டும். அதன் தாமதம் மிகத் துல்லியமாக அளக்கப்பட வேண்டும்; இத்தகைய மாதிரியுடன் அது H0-ஐச் சில சதவீதத் துல்லியத்துக்குள் தரக்கூடும். ரூபின் ஆய்வகம் இத்தகைய இன்னும் பல சூப்பர்நோவாக்களைக் கண்டறியும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.