गुरुत्वीय भिंग : निसर्गाची अदृश्य दुर्बीण

 

 

 

रात्रीच्या आकाशाकडे पाहताना आपल्याला तारे, ग्रह आणि दीर्घिका दिसतात. परंतु, विश्वातील काही वस्तू इतक्या दूर आहेत की, त्यांच्याकडून निघणारा प्रकाश पृथ्वीवर पोहोचेपर्यंतच अत्यंत क्षीण होतो. कितीही शक्तिशाली दुर्बीण वापरली, तरी अशा वस्तूंचे सूक्ष्म तपशील पाहणे अनेकदा अशक्यच ठरते. मात्र, निसर्गाने स्वतःच विश्वात काही अद्भुत दुर्बिणी तयार केल्या आहेत. त्यांना कोणतीही काच, आरसे किंवा धातू लागत नाहीत. त्यांची निर्मिती होते ती गुरुत्वाकर्षणामुळे. एखादी प्रचंड दीर्घिका किंवा दीर्घिकांचा विशाल समूह आपल्या आणि त्याहून दूर असलेल्या वस्तूच्या मधे आला, तर त्याचे गुरुत्व त्या दूरच्या वस्तूचा प्रकाश वाकवते, पसरवते आणि अनेकदा अधिक तेजस्वी करून दाखवते. या विलक्षण घटनेला ‘गुरुत्वीय भिंग’ म्हणतात. विश्वाच्या अफाट अंतरांवर पाहण्यासाठी, निसर्गानेच तयार केलेली ही एक अदृश्य दुर्बीणच आहे.

 

या घटनेमागे अल्बर्ट आइनस्टाईन यांच्या सामान्य सापेक्षतावादाचा पाया आहे. त्यांच्या मते, गुरुत्वाकर्षण हे केवळ दोन वस्तूंमधील आकर्षण बल नसून, वस्तुमानामुळे अवकाश आणि काळाच्या रचनेत निर्माण होणारी वक्रता आहे. एखादी अतिप्रचंड वस्तू जसे- दीर्घिका किंवा दीर्घिकांचा समूह आपल्या सभोवतालच्या अवकाश-काळाला वाकवते. त्या वक्र प्रदेशातून प्रवास करताना, प्रकाशाचा मार्गही सरळ न राहता वाकतो. परिणामी, दूरच्या वस्तूपासून येणारा प्रकाश मूळ दिशेऐवजी, वक्रमार्गाने आपल्यापर्यंत पोहोचल्यासारखा वाटतो. या परिणामाची कल्पना एका काचेच्या भिंगासारखी करता येते. फरक एवढाच की, येथे प्रकाश वाकवणारे माध्यम काच नसून, गुरुत्वाकर्षणाने वाकलेला अवकाश-काळ असतो.

 

ही कल्पना केवळ गणितापुरतीच मर्यादित नाही. १९१९ मध्ये सूर्यग्रहणाच्या वेळी सूर्या जवळून जाणार्‍या तार्‍यांच्या प्रकाशाचे निरीक्षण करून, आर्थर एडिंग्टन यांच्या नेतृत्वाखाली केलेल्या प्रयोगाने प्रकाश गुरुत्वाकर्षणामुळे वाकू शकतो, याचा पुरावा मिळाला. त्यानंतर जवळजवळ शतकभराच्या निरीक्षणांनी ही संकल्पना, अधिकाधिक भक्कम केली. आज ‘गुरुत्वीय भिंग’ ही खगोलशास्त्रातील एक अत्यंत महत्त्वाची निरीक्षण करण्यायोग्य घटना आहे.

 

‘गुरुत्वीय भिंग’ तयार होण्यासाठी, साधारणपणे तीन गोष्टी एकाच रेषेत किंवा जवळपास योग्य मांडणीत असाव्या लागतात. आपण म्हणजे निरीक्षक, मध्ये असलेली प्रचंड वस्तुमानाची अवकाशीय वस्तू आणि तिच्या पलीकडे असलेली दूरची वस्तू. समोरची दीर्घिका किंवा दीर्घिकांचा समूह जितका अधिक वस्तुमानाचा असेल, तितका त्याचा प्रकाशावर होणारा गुरुत्वीय परिणाम अधिक प्रभावी असतो. दूरच्या दीर्घिकेतून निघालेला प्रकाश या प्रचंड गुरुत्वीय क्षेत्राजवळून जाताना वाकतो आणि पृथ्वीवर पोहोचतो. परिणामी, ती मूळ दीर्घिका आपल्याला वक्र कमानीसारखीच, अनेक प्रतिमांच्या स्वरूपात किंवा विशिष्ट परिस्थितीत एखाद्या कड्यासारखी (रिंगसारखी) दिसू शकते.

 

यांपैकी सर्वांत आकर्षक प्रकार म्हणजे, ‘आईनस्टाईन रिंग’. जेव्हा एखादी दूरची तेजस्वी खगोलीय वस्तू, मध्ये येणारे ‘गुरुत्वीय भिंग’ आणि पृथ्वीवरील निरीक्षक हे तिन्ही घटक जवळजवळ एका सरळ रेषेत येतात, तेव्हा त्या दूरच्या वस्तूचा प्रकाश भिंगाभोवती वाकतो आणि एका कड्याच्या स्वरूपात दिसतो. वास्तविक पाहता हे कडे म्हणजे एखादी स्वतंत्र खगोलीय वस्तू नसते; तर ती दूरच्या दीर्घिकेपासून येणार्‍या प्रकाशाची गुरुत्वाकर्षणामुळे विरूप झालेली प्रतिमाच असते. जर ही मांडणी तंतोतंत नसेल, तर पूर्ण कड्याऐवजी प्रकाशाचा एखादा वक्र किंवा अनेक विरूप प्रतिमा दिसू शकतात. काही प्रसंगी एकाच दूरच्या दीर्घिकेच्या अनेक स्वतंत्र प्रतिमा दिसू शकतात. कारण, तिच्याकडून निघालेला प्रकाश गुरुत्वीय भिंगाभोवती वेगवेगळ्या मार्गांनी पृथ्वीपर्यंत पोहोचतो. आपल्याला त्याच मार्गांमुळे एकाच वस्तूच्या अनेक प्रतिमा दिसतात. जर मूळ वस्तूच्या प्रकाशमानतेत काळानुसार बदल होत असेल, तर या प्रतिमांमध्ये तो बदल एकाच क्षणी दिसत नाही. कारण, प्रकाशाने वेगवेगळ्या मार्गांची वेगवेगळी अंतरे पार केलेली असतात. त्यामुळे गुरुत्वीय भिंगाचा उपयोग विश्वातील अंतर आणि काळाच्या मोजमापासाठीही करता येतो.

 

गुरुत्वीय भिंगाची खरी ताकद मात्र त्याच्या वर्धक परिणामात आहे. दूरच्या दीर्घिकेचा प्रकाश केवळ वाकत नाही, तर काही परिस्थितींमध्ये तो अधिक तेजस्वीही दिसतो. त्यामुळे सामान्य दुर्बिणीला न दिसणारी अत्यंत दूरची आणि क्षीण दीर्घिका, गुरुत्वीय भिंगाच्या मदतीनेच दिसू शकते. ‘हबल’ अवकाश दुर्बीण आणि ‘जेम्स वेब’ अवकाश दुर्बीण यांसारख्या वेधशाळांनी, अशा नैसर्गिक भिंगांचा उपयोग करून अतिप्राचीन विश्वातील दीर्घिका पाहिल्या आहेत. काही प्रकरणांत या परिणामामुळे, दुर्बिणीची निरीक्षण क्षमता जणू नैसर्गिकरीत्या वाढल्यासारखी होते.

 

याचे एक सुंदर उदाहरण म्हणजे, ‘अ‍ॅबेल १६८९’ हा विशाल दीर्घिकासमूह. त्यातील असंख्य दीर्घिका आणि त्याच्याभोवती असलेले अदृश्य वस्तुमान मिळून, दूरच्या दीर्घिकांच्या प्रकाशाला वाकवतात. ‘हबल’ दुर्बिणीच्या निरीक्षणांमध्ये या समूहाभोवती अनेक लांबट प्रकाश-कमानी दिसतात. त्यातील काही अत्यंत दूरच्या आणि प्राचीन दीर्घिकांच्या प्रतिमा आहेत. या गुरुत्वीय भिंगामुळे संशोधकांना, सामान्य परिस्थितीत अत्यंत कठीण असलेल्या दूरच्या वस्तूंचा अभ्यास करता आला आहे.

 

गुरुत्वीय भिंगाचा आणखी एक उल्लेखनीय उपयोग म्हणजे ‘कृष्ण द्रव्या’चा शोध घेणे. कृष्ण द्रव्यामधून प्रकाश उत्सर्जित होत नाही, त्यामुळे ते थेट छायाचित्रांमध्ये दिसत नाही. तरीही, त्याच्या वस्तुमानामुळे गुरुत्वीय प्रभाव निर्माण होतो. दीर्घिका किंवा दीर्घिका समूहांच्या मागे असलेल्या दूरच्या वस्तूंपासून येणार्‍या प्रकाशात होणारी वक्रता, ताण किंवा विरुपता मोजून, शास्त्रज्ञ त्या क्षेत्रातील वस्तुमानाचे वितरणाचाअंदाज घेऊ शकतात. अशाप्रकारे कृष्ण द्रव्याचा नकाशा तयार करण्यासाठी, ‘गुरुत्वीय भिंग’ हे अत्यंत प्रभावी साधन ठरते.

 

यातूनच विश्वाच्या रचनेबद्दलही महत्त्वाची माहिती मिळते. गूढ पदार्थ विश्वातील दीर्घिका आणि त्यांच्या समूहांना, गुरुत्वीयदृष्ट्या बांधून ठेवण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावतो. त्याचे वितरण समजल्यामुळे दीर्घिका कशा तयार झाल्या, त्यांची उत्क्रांती कशी झाली आणि विश्वातील पदार्थ मोठ्या प्रमाणावर कसा पसरलेला आहे, याचा अभ्यास करता येतो. ‘गुरुत्वीय भिंग’ म्हणजे, त्यामुळे केवळ दूरचे चित्र मोठे करणारे साधन नाही; ते विश्वातील अदृश्य वस्तुमानाचे वजन आणि वितरण मोजणारे साधनही आहे. याहून सूक्ष्म पातळीवर ‘गुरुत्वीय सूक्ष्म भिंग’ ही प्रक्रिया घडते. एखादा तारा किंवा ग्रह एखाद्या दूरच्या तार्‍याच्या प्रकाशमार्गातून गेला, तर त्याचे गुरुत्व त्या मागील तार्‍याचा प्रकाश थोड्या काळासाठी वाढवू शकते. ही वाढ इतकी सूक्ष्म असते की, प्रत्यक्ष प्रतिमा दिसत नाही. मात्र, तार्‍याची चमक काही काळ बदलते. या पद्धतीने अशा ग्रहांचाही शोध घेता येतो, जे आपल्या तार्‍याच्या अगदी जवळ नसतात किंवा इतर पद्धतींनी शोधणे कठीण असते. त्यामुळे गुरुत्वीय भिंगाचा उपयोग ग्रहशोधातही होतो.

 

गुरुत्वीय भिंगाचा सर्वांत मोठा फायदा म्हणजे, आपल्या तंत्रज्ञानाच्या मर्यादेपलीकडील विश्व पाहता येणे. विशाल दीर्घिकासमूह नैसर्गिक भिंगाप्रमाणे काम करून, अत्यंत दूरच्या आणि प्राचीन दीर्घिकांचा प्रकाश वाढवतो. त्यामुळे विश्वाच्या सुरुवातीच्या काळातील तार्‍यांची निर्मिती आणि पदार्थाची रचना अभ्यासता येते.

 

भविष्यात अधिक शक्तिशाली दुर्बिणी आणि आकाश सर्वेक्षणांमुळे, हजारो नवीन गुरुत्वीय भिंगांच्या घटना शोधल्या जातील. यामुळे गूढ पदार्थाचे नकाशे अधिक अचूक होतील आणि अतिदूर दीर्घिकांचा अभ्यास अधिक सूक्ष्मपणे करता येईल. गुरुत्वीय भिंग आपल्याला सांगते की, विश्वातील वस्तू एकमेकांपासून स्वतंत्र नाहीत. एका विशाल वस्तूचे गुरुत्व अब्जावधी प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या वस्तूचा प्रकाश बदलू शकते आणि त्या बदलातून आपल्याला दूरच्या विश्वाची माहिती मिळू शकते. म्हणूनच, ‘गुरुत्वीय भिंग’ ही केवळ निसर्गाची दुर्बीण नाही; तर ती विश्वाच्या अदृश्य इतिहासाकडे पाहण्याची खिडकी आहे. काचेचे भिंग प्रकाश वाकवते, आरशाची दुर्बीण प्रकाश गोळा करते; पण ‘गुरुत्वीय भिंग’ स्वतः अवकाश-काळालाच वाकवून आपल्याला विश्वाच्या अशा प्रदेशांचे दर्शन घडवते, जे कदाचित कायम आपल्या दृष्टिआड राहिले असते. मानवाने विश्व पाहण्यासाठी दुर्बिणी बनवल्या; पण निसर्गाने त्यापूर्वीच एक महाकाय, अदृश्य आणि अब्जावधी प्रकाशवर्षे व्यापणारी दुर्बीण तयार करून ठेवली होती.