विश्वातील सर्वांत थंड ठिकाण कुठे आहे?

 

 

विश्वात असेही प्रदेश आहेत, जिथे तापमान इतके कमी आहे की, ते जवळजवळ निरपेक्ष शून्याच्या उंबरठ्यावर पोहोचते. अशा प्रदेशांचा अभ्यास केवळ कुतूहलापुरताच नाही; तो तार्‍यांची निर्मिती, ग्रहांचा जन्म, विश्वाची उत्क्रांती आणि पदार्थाच्या मूलभूत स्वरूपाचे रहस्य उलगडण्यासाठी अत्यंत महत्त्वाचा आहे.

 

तापमान मोजताना आपण दैनंदिन जीवनात ‘सेल्सिअस’ मापनपद्धती वापरतो; पण खगोलशास्त्रात ‘केल्विन’ ही पद्धत अधिक वापरतात. ‘केल्विन’ मापनात शून्य हा केवळ आकडा नसून तो निरपेक्ष शून्य दर्शवतो. निरपेक्ष शून्य म्हणजे ‘० केल्विन’ किंवा उणे २७३.१५ अंश सेल्सिअस. या तापमानावर पदार्थातील अणूंची उष्णताजन्य हालचाल जवळजवळ थांबतेच. आधुनिक भौतिकशास्त्रानुसार या तापमानापर्यंत प्रत्यक्ष पोहोचणेच अशक्य मानले जाते; केवळ त्याच्या अत्यंत जवळ जाता येते. म्हणूनच, विश्वातील सर्वांत थंड प्रदेशांचा उल्लेख करताना, आपण प्रत्यक्षात निरपेक्ष शून्याच्या किती जवळ पोहोचलो आहोत, हे पाहत असतो.

 

विश्वाच्या तापमानाचा विचार केला, तर सर्वप्रथम एक महत्त्वाची गोष्ट समोर येते, ती म्हणजे संपूर्ण विश्व रिकामे नाही. ते एका अत्यंत मंद उष्णतेने भरलेले आहे. ही उष्णता म्हणजेच, वैश्विक सूक्ष्म तरंग पार्श्वभूमीचे विकिरण. सुमारे १३.८ अब्ज वर्षांपूर्वी झालेल्या महाविस्फोटानंतर उरलेले हे विकिरण, आजही संपूर्ण विश्वात पसरलेले आहे. त्यामुळे विश्वातील बहुतेक रिकाम्या अवकाशाचे तापमान २.७२५ केल्विन, म्हणजे सुमारे उणे २७०.४ अंश सेल्सिअस इतके आहे. याचा अर्थ, विश्वातील कोणतीही नैसर्गिक वस्तू या पार्श्वभूमी विकिरणापेक्षा अधिक थंड असणे, अत्यंत कठीण आहे. पण, निसर्गाने यालाही अपवाद निर्माण केला आहे.

 

तो अपवाद म्हणजे, ‘बूमरँग तेजोमेघ.’ पृथ्वीपासून सुमारे पाच हजार प्रकाशवर्षे दूर असलेला हा तेजोमेघ, आजपर्यंत ज्ञात असलेला विश्वातील सर्वांत थंड नैसर्गिक प्रदेश मानला जातो. त्याचे तापमान सुमारे ‘१ केल्विन’ म्हणजेच, उणे २७२.१५ अंश सेल्सिअस इतके मोजण्यात आले आहे. म्हणजेच, संपूर्ण विश्वात पसरलेल्या पार्श्वभूमी विकिरणापेक्षाही तो अधिक थंड आहे. हे प्रथम ऐकताना अशक्यच वाटते. कारण, विश्व स्वतःच २.७ केल्विन तापमानाचे असताना, एखादा तेजोमेघ त्यापेक्षा थंड कसा असू शकतो?

 

याचे उत्तर त्याच्या विलक्षण रचनेत दडलेले आहे. ‘बूमरँग तेजोमेघा’च्या केंद्रभागी असलेला वृद्ध तारा, आपल्या आयुष्याच्या अखेरच्या टप्प्यात आहे. तो अत्यंत वेगाने वायू बाहेर फेकत आहे. हा वायू जवळजवळ प्रतिसेकंद १६० किलोमीटर वेगाने, सर्व दिशांना प्रसारित होत आहे. जेव्हा वायू इतक्या वेगाने प्रसरण पावतो, तेव्हा त्याची अंतर्गत ऊर्जा कमी होते आणि तापमान झपाट्याने घटते. भौतिकशास्त्रात याला ‘रुद्धोष्म प्रसरण’ असे म्हणतात. आपण स्प्रेची बाटली वापरतो, तेव्हा ती थंड झाल्याचा अनुभव येतो. कारण, बाटलीतील वायू अचानक प्रसरण पावतो. ‘बूमरँग तेजोमेघा’तही हीच प्रक्रिया घडते. मात्र, तिचे प्रमाण इतके प्रचंड आहे की, संपूर्ण तेजोमेघ विश्वाच्या पार्श्वभूमी विकिरणापेक्षाही थंड करतो.

 

या तेजोमेघाचा शोध आणि तापमानाचा अभ्यास करण्यात ‘हबल स्पेस टेलिस्कोप’, तसेच ‘अटाकामा लार्ज मिलिमीटर/सबमिलीमीटर रे’ यांनी महत्त्वाची भूमिका बजावली. विशेषतः कार्बन मोनोऑसाईड या वायूच्या सूक्ष्म तरंग उत्सर्जनाचा अभ्यास करून, संशोधकांनी त्याच्या तापमानाचा अंदाज लावला. ‘अटाकामा लार्ज मिलिमीटर/सबमिलीमीटर रे’च्या निरीक्षणांमुळे या तेजोमेघाची द्विध्रुवीय रचना, वेगाने बाहेर फेकला जाणारा वायू आणि त्यामधील अत्यंत कमी तापमान अधिक स्पष्टपणे समजले. ‘बूमरँग तेजोमेघ’ हा कायमच असा राहणार नाही. कालांतराने त्याचा प्रसरण वेग कमी होईल. आसपासच्या वैश्विक सूक्ष्म तरंग पार्श्वभूमी विकिरणातून तो पुन्हा ऊर्जा शोषून घेईल आणि त्याचे तापमान हळूहळू वाढेल. म्हणजेच, विश्वातील सर्वांत थंड प्रदेश हीदेखील कायमस्वरूपी अवस्था नसून, उत्क्रांतीचा एक टप्पाच आहे. विश्वातील कोणतीही वस्तू स्थिर नसते; प्रत्येक वस्तू सतत बदलत असते.

 

‘बूमरँग तेजोमेघ’ हा एक अपवाद असला, तरी विश्वातील तापमान सर्वत्र सारखेच नसते. एखाद्या ग्रहाच्या सावलीतील विवर, धूमकेतूंच्या अंतर्भागातील बर्फ, आंतरतारकीय धुळीचे ढग किंवा नव्या तार्‍यांच्या जन्मापूर्वीचे वायुमेघ, या प्रत्येक ठिकाणी तापमान वेगवेगळ्या कारणांनी बदलते. खगोलशास्त्रज्ञ तापमान मोजण्यासाठी सामान्य उष्मामापक वापरत नाहीत; त्याऐवजी त्या वस्तूंमधून उत्सर्जित होणार्‍या अवरक्त आणि सूक्ष्म तरंग विकिरणाचा अभ्यास करतात. प्रत्येक रेणू विशिष्ट तरंग-लांबीवर प्रकाश उत्सर्जित किंवा शोषतो. या वर्णपटाचा अभ्यास करून त्या प्रदेशातील तापमान, घनता आणि रासायनिक रचना निश्चित करता येते. म्हणजेच, विश्वातील थंड ठिकाणे डोळ्यांना दिसत नसली, तरी प्रकाशाच्या सूक्ष्म खुणांमधून वैज्ञानिक त्या गोठलेल्या प्रदेशांचे तापमान आश्चर्यकारक अचूकतेने मोजू शकतात.

 

विश्वातील थंड ठिकाणांचा अभ्यास फक्त ‘बूमरँग तेजोमेघा’पुरता मर्यादित नाही. तार्‍यांच्या जन्मापूर्वीचे प्रचंड आण्विक वायुढग, साधारण १० ते २० ‘केल्विन’ तापमानाचे असतात. हे ढग अत्यंत थंड असल्यामुळे त्यातील वायू गुरुत्वाकर्षणामुळे आकुंचन पावू लागतात आणि पुढे नव्या तार्‍यांचा जन्म होतो. म्हणजेच, विश्वातील सर्वाधिक थंड प्रदेश हे अनेकदा नव्या तार्‍यांची जन्मस्थळे असतात. आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, जीवनासाठी आवश्यक असलेली अनेक जटिल रासायनिक संयुगेही, अशाच थंड ढगांमध्ये तयार होतात. मिथेनॉल, फॉर्मामाईड, साधी साखर तयार करणारी संयुगे आणि अमिनो आम्लांच्या पूर्वरूपातील काही रेणू, अशा थंड वातावरणात तयार झाल्याचे पुरावे मिळाले आहेत. त्यामुळे अत्यंत थंड ठिकाणे ही केवळ निर्जीवतेचे प्रतीक नसून, नव्या निर्मितीची सुरुवातही असू शकते.

 

विश्वातील नैसर्गिक थंड ठिकाणांपेक्षा अधिक कमी तापमान मात्र, मानवाने पृथ्वीवर निर्माण केले आहे. प्रयोगशाळांमध्ये लेसर किरणे, चुंबकीय क्षेत्रे आणि विशेष शीतकरण तंत्र वापरून, वैज्ञानिकांनी पदार्थांना अब्जांश ‘केल्विन’ इतया तापमानापर्यंत थंड केले. अशा तापमानावर पदार्थांचे वर्तन पूर्णपणे बदलते. काही पदार्थ अतिचालक बनतात, तर काहींमध्ये ‘बोस-आईन्स्टाईन संघनन’ ही विलक्षण ‘क्वांटम’ अवस्था निर्माण होते. दुसर्‍या शब्दांत सांगायचे, तर विश्वातील सर्वांत थंड नैसर्गिक प्रदेश आणि पृथ्वीवरील सर्वांत थंड कृत्रिम प्रयोग यांच्यात अब्जावधी पटींचा फरक आहे. तरीही, निसर्ग आणि प्रयोगशाळा दोन्ही आपल्याला एकाच भौतिकशास्त्राची वेगवेगळी रूपे दाखवतात.

 

थंड ठिकाणांचा अभ्यास आधुनिक अंतराळ संशोधनातही महत्त्वाचाच. अवरक्त दुर्बिणी स्वतः उष्ण असतील, तर त्यांनाच स्वतःचे विकिरण दिसू लागेल. म्हणूनच, ‘जेम्स वेब’ अंतराळ दुर्बीण ही सूर्यापासून दूर सावलीत ठेवण्यात आली असून, तिची उपकरणे अत्यंत कमी तापमानावर कार्य करतात. त्यामुळेच ती अब्जावधी प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या मंद आकाशगंगा, थंड बाह्यग्रह आणि धुळीच्या ढगांमधील सूक्ष्म उष्णता टिपू शकते. विश्वातील थंड ठिकाणांचा अभ्यास करण्यासाठी दुर्बिणीला स्वतःलाच थंड ठेवावे लागते, ही विज्ञानातील एक सुंदर विसंगती आहे.

 

विश्वातील सर्वांत थंड प्रदेशांचा अभ्यास केल्यामुळे खगोलशास्त्रज्ञांना तार्‍यांची उत्क्रांती, ग्रहांची निर्मिती, रासायनिक अभिक्रिया आणि विश्वातील ऊर्जा-वितरण याविषयी नवी माहिती मिळते. त्याचबरोबर हा अभ्यास भौतिकशास्त्राच्या मूलभूत नियमांचीही कसोटी तपासतो. अत्यंत कमी तापमानावर पदार्थ कसे वागतात, रेणू कसे तयार होतात आणि प्रकाशाशी त्यांचा संबंध कसा बदलतो, याची उत्तरे या संशोधनातून मिळत आहेत.

 

विश्वातील सर्वांत थंड ठिकाणाचा शोध हा केवळ तापमानाचा विक्रम शोधण्याचा प्रयत्न नाही; तो विश्वाच्या अत्यंत शांत, मंद आणि सूक्ष्म प्रक्रियांना समजून घेण्याचा प्रवास आहे. एका बाजूला लाखो अंश तापमानाचे तारे तेजाने प्रज्वलित आहेत, तर दुसर्‍या बाजूला निरपेक्ष शून्याच्या उंबरठ्यावर पोहोचलेला ‘बूमरँग तेजोमेघ’ शांतपणे विस्तारत आहे. या दोन टोकांच्या दरम्यानच संपूर्ण विश्वाची कथा दडलेली आहे आणि म्हणूनच, विश्वातील सर्वांत थंड ठिकाणाचा शोध घेताना आपण प्रत्यक्षात विश्वाच्या सर्वांत गूढ आणि सर्वांत सुंदर रहस्यांपैकी एका रहस्याचा मागोवा घेत असतो.