आकाशगंगेचे वजन कसे मोजतात?

 

 

 

आजच्या अंदाजानुसार, आपल्या आकाशगंगेचे एकूण वस्तुमान, सूर्याच्या सुमारे दहा लाख कोटी ते पंधरा लाख कोटी पट आहे. ही संख्याच इतकी प्रचंड आहे की, तिची कल्पना करणेच कठीण. परंतु, या वस्तुमानातील बहुतांश भाग आपल्याला दिसत नाही. आपण रात्री आकाशात पाहतो ते तारे, वायू, धूळ आणि तेजोमेघ मिळून आकाशगंगेच्या एकूण वस्तुमानाचा केवळ छोटासा भाग होतात. उर्वरित बहुतेक वस्तुमान एका अदृश्य स्वरूपातच अस्तित्वात असल्याचे मानले जाते. यालाच ‘गूढ पदार्थ’ म्हणतात.

 

आकाशगंगेचे वजन मोजण्याची कल्पना सर्वप्रथम गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमातूनच येते. जर एखादा तारा आकाशगंगेच्या केंद्राभोवती फिरत असेल, तर त्याच्या गतीवर केंद्रातील एकूण वस्तुमानाचा प्रभाव असतो. ही कल्पना अगदी आपल्या सौरमालेसारखीच. पृथ्वी सूर्याभोवती फिरते कारण, सूर्याचे गुरुत्वाकर्षण तिला कक्षेत धरून ठेवते. जर सूर्याचे वस्तुमान अधिक असते, तर पृथ्वी अधिक वेगाने फिरली असती; कमी असते तर तिचा वेग कमी झाला असता. हाच नियम संपूर्ण आकाशगंगेवर लागू होतो. म्हणूनच, खगोलशास्त्रज्ञ प्रथम आकाशगंगेतील तार्‍यांचा वेग मोजतात. एखाद्या तार्‍याचे केंद्रापासूनचे अंतर, फिरण्याचा वेग यावरून त्या कक्षेच्या आतील वस्तुमानाचा अंदाज बांधतात. या पद्धतीने आकाशगंगेच्या विविध भागांचे वस्तुमान मोजता येते.

 

विशेष म्हणजे, ही गणिते दूरवरच्या तार्‍यांवरही लागू होतात. गणितानुसार, केंद्रापासून दूरचे तारे तुलनेने कमी वेगाने फिरायला हवे होते. आपल्या सौरमालेतही, नेपच्यून हा बुधापेक्षा खूप कमी वेगाने सूर्याभोवती फिरतो. त्यामुळे वैज्ञानिकांना आकाशगंगेतही हाच नियम लागू होईल, अशी अपेक्षा होती. पण, निरीक्षणांमध्ये तसे घडले नाही. केंद्रापासून दूरचे तारे अपेक्षेपेक्षा खूपच जास्त वेगाने फिरत होते. म्हणजेच, त्या भागात कितीतरी अधिक वस्तुमान असले पाहिजे. पण, ना ते वस्तुमान दिसत होते, ना तारे, ना वायू, ना धूळ. तरीही, गुरुत्वाकर्षण मात्र होते. याच निरीक्षणातून ‘गूढ पदार्थ’ संकल्पनेला बळ मिळाले. म्हणजेच, आकाशगंगेच्या भोवती एका प्रचंड अदृश्य वस्तुमानाचे आवरण असावे, जे तार्‍यांना अधिक वेगाने फिरण्यास कारणीभूत ठरते. गूढ पदार्थ दिसत नसला, तरी त्याचे गुरुत्वाकर्षण दिसते. गूढ पदार्थ स्वतः प्रकाश उत्सर्जित करत नाही; पण त्याच्या गुरुत्वीय परिणामांवरून त्याचे अस्तित्व ओळखता येते. त्यामुळे आकाशगंगेचे वस्तुमान मोजताना अदृश्य वस्तुमानाचाही विचार त्यात करावा लागतो.

 

आकाशगंगेचे वजन मोजण्यासाठी आणखी एक पद्धत म्हणजे, गोलाकार तारकागुच्छांचा अभ्यास! हे हजारो ते लाखो प्राचीन तार्‍यांचे घनदाट समूह असतात. हे समूह आकाशगंगेच्या केंद्राभोवती मोठ्या अंतरावर फिरतात. त्यांच्या गतीवरून आकाशगंगेच्या बाहेरील भागातील वस्तुमानाचा अंदाज बांधता येतो. जर वस्तुमान कमी असते, तर हे समूह वेगळ्या मार्गाने फिरले असते किंवा आकाशगंगेच्या गुरुत्वाकर्षणातून सुटले असते. पण, ते अब्जावधी वर्षांपासून स्थिर कक्षेतच आहेत. याचाच अर्थ, त्यांना धरून ठेवण्यासाठी प्रचंड गुरुत्वाकर्षण आवश्यक आहे. शिवाय, आपल्या आकाशगंगेभोवती अनेक उपआकाशगंगाही फिरतात. या उपआकाशगंगांची गती अत्यंत महत्त्वाची माहिती देते. उपआकाशगंगांच्या कक्षांवरून, संपूर्ण आकाशगंगेचे वस्तुमान निश्चित करता येते. विशेषतः आकाशगंगेभोवती फिरणार्‍या लघू ‘मॅगेलॅनिक’ आणि ‘महामॅगेलॅनिक’ उपआकाशगंगांच्या हालचालींचा अभ्यास यासाठीच उपयुक्त ठरतो.

 

‘गाया’ अवकाश मोहिमेने आपल्या आकाशगंगेतील दोनशे कोटीहून अधिक तार्‍यांची अत्यंत अचूक स्थाने, अंतर आणि गती मोजली. त्यामुळे प्रथमच आकाशगंगेचा त्रिमितीय नकाशा तयार होत आहे. मात्र, या निरीक्षणांनंतरही एक मोठे कोडे अजूनही सुटलेले नाही. गूढ पदार्थ नेमका काय? तो कोणत्या कणांनी बनलेला आहे? तो प्रकाशाशी संवाद का साधत नाही? आणि जर तो विश्वाच्या उत्क्रांतीवर नेमका कसा परिणाम करतो?

 

आजपर्यंत कोणत्याही दुर्बिणीला गूढ पदार्थ दिसलेला नाही. तो प्रकाश परावर्तित करत नाही, प्रकाशही निर्माण करत नाही आणि विद्युत चुंबकीय किरणांशी जवळजवळ कोणताही संबंध ठेवत नाही. तरीही, त्याचे अस्तित्व नाकारता येत नाही. कारण, त्याचे गुरुत्वाकर्षण सातत्याने दिसते. जणू एखाद्या झाडावर वारा दिसत नसला, तरी हलणारी पाने दिसतात. तसेच, गूढ पदार्थ दिसत नसला, तरी त्याच्या गुरुत्वामुळे फिरणारे तारे, वायू आणि उपआकाशगंगांवरून त्याचा प्रभाव जाणवतो. याचमुळे आकाशगंगेचे वस्तुमान मोजताना, वैज्ञानिक संपूर्ण आकाशगंगेभोवतीच्या अदृश्य गुरुत्वीय आवरणाचाच विचार करतात. या विशाल अदृश्य आवरणाला गूढ पदार्थाचे ‘प्रभामंडल’ म्हणतात. प्रत्यक्षात आपल्याला दिसणारी तार्‍यांची चकती, ही या प्रचंड प्रभामंडलाचा फक्त मध्यभाग आहे. म्हणजेच, आकाशगंगेचा मोठा भाग डोळ्यांना दिसतच नाही.

 

आकाशगंगेच्या वस्तुमानाचा अंदाज बांधताना संशोधक पलायन वेगाचाही उपयोग करतात. पृथ्वीवरून रॉकेट अवकाशात पाठवायचे असेल, तर त्याला पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणातून बाहेर पडण्यासाठी विशिष्ट वेग गाठावा लागतो. हाच ‘पलायन वेग’ होय. हाच सिद्धान्त आकाशगंगेवरही लागू होतो. जर एखादा तारा आकाशगंगेच्या गुरुत्वाकर्षणातून कायमचा बाहेर पडत असेल, तर त्याच्या वेगावरुन आकाशगंगेचे एकूण गुरुत्व आणि वस्तुमान मोजता येते. अलीकडे शोधले गेलेले अतिवेगवान तारे यादृष्टीने विशेष महत्त्वाचे.

 

आकाशगंगेचे वजन मोजताना एक अडचण कायम राहते. आकाशगंगेची निश्चित सीमा कुठे संपते, हेच स्पष्ट नाही. तार्‍यांची चकती संपली, तरी गूढ पदार्थाचे प्रभामंडल त्यापेक्षा खूप दूरवर पसरलेले आहेे. त्यामुळे संशोधक कोणत्या मर्यादेपर्यंतचे वस्तुमान मोजतात, यावरच अंतिम उत्तर अवलंबून असते. या संशोधनाचा उपयोग केवळ आपल्याच आकाशगंगेपुरता मर्यादित नाही. विश्वातील इतर आकाशगंगांचे वस्तुमानही याच पद्धतींनी मोजले जाते. दोन आकाशगंगा एकमेकांकडे किती वेगाने सरकत आहेत, त्यांच्या सभोवतालचे तारकागुच्छ कसे फिरतात किंवा त्यांच्या गुरुत्वामुळे दूरच्या प्रकाशाचा मार्ग कसा वाकतो, यावरून त्यांचे वस्तुमान निश्चित होते. आपल्या आकाशगंगेचे भविष्यही या वस्तुमानाशी जोडलेले आहे. सुमारे साडेचार अब्ज वर्षांनंतर आपली आकाशगंगा आणि ‘अ‍ॅण्ड्रोमेडा’ आकाशगंगा एकमेकांवर आदळतील. या टकरीचे स्वरूप, दोन्ही आकाशगंगांचे एकत्रीकरण किती वेगाने होईल आणि त्यातून निर्माण होणार्‍या नव्या महाआकाशगंगेचा आकार कसा असेल, हे समजून घेण्यासाठी दोन्ही आकाशगंगांचे अचूक वस्तुमान माहीत असणे आवश्यक आहे.

 

आकाशगंगेचे वजन किती? हा प्रश्न ऐकायला साधा वाटतो; पण त्याचे उत्तर विश्वातील सर्वांत मोठ्या गुढांपैकी एकाशी जोडलेले आहे. आपण पाहतो ते तारे म्हणजे आकाशगंगेचा फक्त प्रकाशमान चेहरा आहे. तिचे खरे सामर्थ्य त्या अदृश्य गुरुत्वीय प्रभामंडलात दडलेले आहे, जे अब्जावधी तार्‍यांना एकत्र बांधून ठेवते. आज खगोलशास्त्रज्ञ तार्‍यांच्या गतीचा मागोवा घेऊन, उपआकाशगंगांच्या प्रवासाचा अभ्यास करून आणि गूढ पदार्थाच्या प्रभावाचे गणित मांडून, या महाकाय विश्वरचनेचे वजन ठरवत आहेत. कदाचित, भविष्यात गूढ पदार्थाचे रहस्य उलगडेल आणि तेव्हा आकाशगंगेच्या वस्तुमानाचे गणित आणखी अचूक होईल. विश्वातील सर्वांत मोठ्या वस्तूंचे वजन मोजण्यासाठी वजनकाटा लागत नाही; लागते ती निसर्गाच्या नियमांची सखोल समज, अचूक निरीक्षणे आणि अथक वैज्ञानिक जिज्ञासा!