கருப்பு முத்து: பெருவெடிப்புக்கு 50 கோடி ஆண்டுகளுக்குப் பின் ஒரு தூசு முத்திரை

பிரபஞ்ச வரலாற்றின் முதல் நூறு கோடி ஆண்டுகளுக்குள்ளேயே பேரடைகள் வியக்கத்தக்க வேகத்தில் உலோகங்களாலும் தூசாலும் நிரம்பின என்பதை James Webb விண்வெளித் தொலைநோக்கி தொடர்ந்து கண்டறிந்து வருகிறது. அவ்வளவு தொலைவில் தூசை ஆராய்வது கடினம்: அதன் சொந்த வெப்ப ஒளிர்வைக் கண்டறிவது மிக மிகக் கடினம். ஆனால் தூசு, தன் வழியே செல்லும் விண்மீன் ஒளியிலும் தடங்களை விட்டுச் செல்கிறது; அவற்றில் ஒன்று குறிப்பாக நிறையச் சொல்கிறது.

புறஊதாவில் ஒரு பள்ளம்

பால்வழியில், தூசு புறஊதா ஒளியை 2,175 ஆங்ஸ்ட்ராம் அருகே மையம் கொண்ட அகலமான ஒரு “புடைப்பு” (bump) மூலம் மங்கச் செய்கிறது: நிறமாலையில் ஒரு பள்ளம், நம் பேரடையின் ஒளி அழிவு வளைவின் (extinction curve) மிக வலுவான அம்சம். இது பரவலாகக் கார்பன் நிறைந்த சிறிய துகள்கள் அல்லது மூலக்கூறுகளுக்குக் காரணம் காட்டப்படுகிறது; எவை என்பது இன்னும் விவாதத்தில் உள்ளது — சிறிய கிராஃபைட் துகள்கள், பல்வளைய நறுமண ஹைட்ரோகார்பன்கள் (PAHs), உருவமற்ற கார்பன் ஆகியவை வேட்பாளர்களில் அடங்கும். பால்வழியின் வெவ்வேறு பார்வைக் கோடுகளில் புடைப்பின் அகலமும் வலிமையும் மாறுகின்றன, ஆனால் அதன் மைய இடம் குறிப்பிடத்தக்க அளவில் நிலையானது.

Webb இந்தத் தேடலை ஆரம்பகாலப் பிரபஞ்சத்துக்குத் தள்ளியுள்ளது. ஒரு முக்கியக் கண்டறிதல், பெருவெடிப்புக்குச் சுமார் 80 கோடி ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு, செம்பெயர்ச்சி (redshift) 6.71-இல் உள்ள ஒரு பேரடையில் நிகழ்ந்தது; அதன் புடைப்பு சுமார் 2,263 Å-இல் உச்சம் கொண்டது — பால்வழியைவிடச் சிவப்பாக. மற்றொன்று, செம்பெயர்ச்சி 7.11-இல், 2,257 Å-இல் உச்சம் கொள்கிறது. சராசரியாக, முந்தைய காலங்களை நோக்கிப் புடைப்பு வலுவிழப்பதாகத் தெரிகிறது.

செம்பெயர்ச்சி 9.33-இல் ஒரு பேரடை

பதுவா பல்கலைக்கழகம் மற்றும் INAF-ஐச் சேர்ந்த Giulia Rodighiero-வும் ஐரோப்பா, அமெரிக்கக் கண்டங்கள், ஆசியாவைச் சேர்ந்த சுமார் ஐம்பது இணை ஆசிரியர்களும், ZENITH, EMBER என்ற இரண்டு ஒருங்கிணைந்த திட்டங்களின் Webb NIRSpec நிறமாலைகளை அலசினர். 2,175 Å பகுதி உள்ளடங்கும் செம்பெயர்ச்சி 8-க்கு அப்பாலுள்ள மூலங்களை, ஏற்கெனவே புடைப்பு காட்டியவற்றைத் தேர்ந்தெடுக்காமல், அவர்கள் பார்த்தனர். ஒன்று தனித்து நின்றது. அதை அவர்கள் கருப்பு முத்து (the Black Pearl) என்கிறார்கள் — ஏன் என்று ஆய்வுக் கட்டுரை சொல்லவில்லை.

ஹைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் உமிழ்வுக் கோடுகள் அதைச் செம்பெயர்ச்சி 9.3335-இல் வைக்கின்றன; அது பெருவெடிப்புக்குச் சுமார் 50 கோடி ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு இருந்த நிலையில் தெரிகிறது. இது ஓரளவு சிறிய பேரடை: விண்மீன் நிறை சுமார் 10^8.35 சூரியன்கள், ஆண்டுக்குத் தோராயமாக 2.4 சூரியன்கள் அளவு விண்மீன்களை உருவாக்குகிறது; செம்பெயர்ச்சி 9-க்கு அப்பால் நிறமாலை மூலம் உறுதிப்படுத்தப்பட்ட, புறஊதாவில் மிக ஒளிர்வான பேரடைகளில் ஒன்று.

ஒரே பள்ளத்தைக் காண இரு வழிகள்

அதன் நிறமாலை, ஒரு தூசுப் புடைப்பு இருக்க வேண்டிய இடத்திலேயே அகலமான ஒரு தாழ்வைக் காட்டுகிறது. குழு அதை இரு சுயாதீன வழிகளில் அளந்தது.

முதலாவது, நேரடியாக: புறஊதாத் தொடர்நிறமாலையை ஒரு மென்மையான வளைவால் பொருத்தி, கூடுதல் மங்கலை அளப்பது. பள்ளம் 17.6 சிக்மா அளவில் கண்டறியப்படுகிறது; புடைப்பு வடிவ விவரணத்தைச் சேர்ப்பது பொருத்தத்தைப் பெருமளவு மேம்படுத்துகிறது (474 என்ற χ² 8.2-க்கு இறங்குகிறது). விவரணம் 2,132 ± 17 Å-இல் உச்சம் கொள்கிறது; அகலம் 413 ± 54 Å, உச்ச மங்கல் 0.21 ஒளிப்பருமன் (magnitude). அருகிலுள்ள ஒரு கார்பன் உமிழ்வுக் கோடும், பிரித்தறியப்படாத கோடுகளின் கலவையும் காரணமல்ல என்று சரிபார்ப்புகள் விலக்குகின்றன.

இரண்டாவது, பேரடையின் முழு மாதிரியுடன் — விண்மீன்கள், வாயு, தூசு, ஒளியளவியல் — புடைப்பின் இடமும் அகலமும் கட்டற்றதாக இருக்கும் ஒரு நெகிழ்வான தூசு விதியைப் பயன்படுத்தி. சோதிக்கப்பட்ட இரண்டு விண்மீன் உருவாக்க வரலாறுகளும் சுமார் 2,147, 2,168 Å-இல் ஒரு புடைப்பை மீட்டெடுக்கின்றன; துல்லியம் குறைவு என்றாலும் நேரடி அளவீட்டுடன் ஒத்துப்போகின்றன.

ஒரு கருந்துளை இதைப் போலியாக உருவாக்குகிறதா? ஒரு செயல்மிகு உட்கரு (active nucleus), பள்ளத்தைப் போலத் தோன்றும் இரும்புக் கோடுகளின் ஒரு காட்டை உருவாக்கக்கூடும். உமிழ்வுக் கோடுகள் ஒரு கடுமையான கதிர்வீச்சுப் புலத்தைச் சுட்டுகின்றன; ஓர் உட்கருவின் ஓரளவு பங்களிப்புக்கு இடம் தருகின்றன, ஆனால் புறஊதாவை ஆதிக்கம் செலுத்தும் அளவுக்கு வலுவான ஒன்றுக்கு அல்ல. ஆசிரியர்கள் தூசையே விரும்புகின்றனர்; அதே சமயம் “ஒருவேளை கணிசமான அளவிலும் இருக்கக்கூடிய” ஓர் உட்கருவை உறுதியாக விலக்க முடியாது என்றும் குறிப்பிடுகின்றனர்.

தவறான திசையில் நகர்வு

அகலம் பால்வழியுடன் பொருந்துகிறது. இடம் பொருந்தவில்லை: நம் பேரடையின் சராசரியைவிட 43 Å நீலமானது, சுமார் 2.5 சிக்மா அளவில்; செம்பெயர்ச்சி 7 அருகே அறியப்பட்ட, சிவப்பை நோக்கி நகர்ந்த இரண்டு புடைப்புகளைவிடச் சுமார் 127 Å நீலமானது. ஆசிரியர்களைப் பொறுத்தவரை, இந்தப் பன்முகத்தன்மை ஆரம்பகாலப் பிரபஞ்சத்தில் ஒரே உலகளாவிய புடைப்பு என்ற கருத்துக்கு எதிராக வாதிடுகிறது: அதன் பின்னாலுள்ள தூசுத் துகள்கள் பேரடைக்குப் பேரடை வேறுபட்டிருக்கலாம்.

அவை என்ன? மிகச் சிறிய கிராஃபைட் துகள்களுக்கான கணக்கீடுகள், முந்தைய செம்பெயர்ச்சி 6.71 நிகழ்வைப் போலல்லாமல், கருப்பு முத்தின் விவரணத்தை நெருங்குகின்றன. சில தனி PAH மூலக்கூறுகளும் அதை மீளுருவாக்க முடியும் — ஆனால் குறைந்த செம்பெயர்ச்சியில் உலோகம் குறைந்த பேரடைகளில் PAH-கள் அரிது; இங்கு ஊகிக்கப்படும் தீவிரக் கதிர்வீச்சு மிகச் சிறியவற்றை அழிக்கவும் கூடும். இரண்டுமே சாத்தியமாகவே உள்ளன.

20 கோடி ஆண்டுகளில் தூசு

முக்கியமான கடிகாரம் பெருவெடிப்பிலிருந்து 50 கோடி ஆண்டுகள் அல்ல, பேரடை விண்மீன்களை உருவாக்கத் தொடங்கியதிலிருந்து கடந்த காலம். அது செம்பெயர்ச்சி 14 அருகே தொடங்கியிருந்தால், சுமார் 20 கோடி ஆண்டுகள் கிடைத்திருக்கும். சூப்பர்நோவாக்கள், விண்மீன்களுக்கு இடையே துகள் வளர்ச்சி, ஒருவேளை மிக வேகமாகப் பரிணமிக்கும் AGB விண்மீன்கள் பங்களித்திருக்கலாம்; ஒவ்வொன்றும் எவ்வளவு என்பது திறந்த கேள்வி.

இது ஒரே ஒரு பேரடை; அதன் புடைப்பு நகர்வு சுமார் 2.5 சிக்மா அளவிலேயே முக்கியத்துவம் பெறுகிறது; ஒளிக்குறைப்பு வளைவுகள் துகள் வகைகளுடன் தனித்துவமாகப் பொருந்துவதில்லை. ஆய்வுக் கட்டுரை ApJ இதழுக்குச் சமர்ப்பிக்கப்பட்டுள்ளது. அதன் செய்தி: புடைப்பின் இருப்பு மட்டுமல்ல, அதன் வடிவமும் இப்போது முதல் தூசு எப்படி உருவானது என்பதைப் பின்தொடர உதவும்.