বিজ্ঞান/প্রযুক্তি
অক্টোবর ১৫, ২০১৬
মহাকর্ষ তরঙ্গগুলি -- GRAVITATIONAL WAVES
শঙ্কর সেন
১৯১৬ খ্রীষ্টাব্দে মহাকর্ষ তরঙ্গগুলির অস্তিত্ব বিষয়ে আইনস্টাইনের ভবিষদ্বাণী পরীক্ষাগারে সপ্রমাণিত হল এক শতাব্দী পরে, ২০১৬-সালে । ১৯১৬ খ্রীষ্টাব্দে আইনস্টাইন ভবিষদ্বাণী করেছিলেন মহাকর্ষ তরঙ্গগুলির অস্তিত্বের ; আজ, ২০১৬ খ্রীষ্টাব্দে, একশত বৎসর বাদে, Caltech-এর Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory-LIGO পরীক্ষাগারে প্রমাণিত হল সেই অস্তিত্ব।
সেপ্টেম্বর ১৪, ২০১৫ -তারিখে Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory-র দুটি ডিটেকটরে একই সময়ে মহাকর্ষ তরঙ্গের ক্ষণিক(transient)সঙ্কেত দেখতে পাওয়া গেল । সঙ্কেতটির আবর্তন(sweep)ছিল ৩৫-Hz থেকে ঊর্ধে ২৫০,- মহাকর্ষ তরঙ্গের তুঙ্গ বিকৃতি( peak strain)- ১.০x১০-২১ সহ ।
১. ইতিহাস
[ 'পরিশিষ্ট' দেখুন ]
১৯১৬-খ্রীষ্টাব্দে, যেটা হল সাধারণ আপেক্ষিকতা তত্ত্বের চূড়ান্ত ফরমুলেশনের পরের বৎসর, আইনস্টাইন ভবিষ্যদ্বাণী করলেন মহাকর্ষ তরঙ্গগুলির অস্তিত্বের । তিনি দেখলেন, ঋজুরৈখিক ক্ষীণ-ফিল্ড সমীকরণগুলির সমাধান আছে [১, ২] । তিনি বুঝেছিলেন যে মহাকর্ষ-তরঙ্গের বিস্তার হবে সাতিশয় ক্ষুদ্র । স্বভাবতঃই, মহাকর্ষ তরঙ্গগুলির ভৌতিক অস্তিত্বের বিষয়ে যথেষ্ট তর্ক-বিতর্কের উদ্রেক হয়েছিল [৩] ।
১৯১৬ খ্রীষ্টাব্দে Schwarzschild বল সমীকরণ(Field equation)- এর একটি সমাধান [৪] প্রকাশ করলেন, যাতে ( পরে বোঝা গেল ) কৃষ্ণ-গহ্বর বিবৃত করেছে [ ৫,৬ ] । ১৯৬৩-সালে Kerr ঘূর্ণায়মান কৃষ্ণ-গহ্বরের একটি জেনারালাইজ সমীকরণ দিলেন [ ৭ ] ।
উল্লেখ :
[1] A. Einstein, Sitzungsber. K. Preuss. Akad. Wiss. (1916), [2] A. Einstein, Sitzungsber. K. Preuss. Akad. Wiss. (1918}, [3] P. R. Saulson, Gen. Relativ. Gravit. (2011), [4] K. Schwarzschild, Sitzungsber. K. Preuss. Akad. Wiss. (1916), [5] D. Finkelstein, Phys. Rev. (1958) ,[6] M. D. Kruskal, Phys. Rev. (1960), [7] R. P. Kerr, Phys. Rev. Lett. 11, 237 (1963).
________________________
১৯৭০ থেকে '৯০-এর দশকে প্রচুর তাত্ত্বিক গবেষণা হয়েছে [ ৮ ⤒ ১৬ ] কৃষ্ণ-গহ্বর-merger এবং মহাকর্ষ তরঙ্গগঠনের সঠিক ভবিষ্যদ্বাণী করা বিষয়ে । যদিও তড়িৎচুম্বকীয় পর্যবেক্ষণ দ্বারা বহু কৃষ্ণ-গহ্বর-candidate সনাক্ত করা সম্ভব কয়েছে [ ১৭-১৯ ], তথাপি এখনও পর্যন্ত কৃষ্ণ-গহ্বর merger অবলোকন করা যায়নি ।
________________________________________________________
উল্লেখ :
[8] C. V. Vishveshwara, Nature (London) (1970), [9] W. H. Press, Astrophys. J.(1971), [10] S. Chandrasekhar and S. L. Detweiler, Proc. R. Soc. A (1975),
[11] L. Blanchet, T. Damour, B. R. Iyer, C. M. Will, and A. G. Wiseman, Phys. Rev. Lett. (1995), [12] L. Blanchet, Living Rev. Relativity (2014), [13] A. Buonanno and T. Damour, Phys. Rev. D (1999), [14] F. Pretorius, Phys. Rev. Lett. (2005), [15] M. Campanelli, C. O. Lousto, P. Marronetti, and Y. Zlochower, Phys. Rev. Lett. (2006), [16] J. G. Baker, J. Centrella, D.-I. Choi, M. Koppitz, and J. Van Meter, Phys. Rev. Lett. (2006), [17] B. L. Webster and P. Murdin, Nature (London) (1972), [18] C. T. Bolton, Nature (London) (1972),
[19] J. Casares and P. G. Jonker, Space Sci. Rev. (2014).
____________________________
Hulse ও Taylor দ্বারা দ্বিপদীয় পালসার মণ্ডল আবিষ্কৃত হলে [২০] এবং পরবর্তীকালে Taylor ও Weisberg এর শক্তি ক্ষয় অবলোকন করলে [ ২১] মহাকর্ষ তরঙ্গগুলির অস্তিত্ব সপ্রমাণিত হয় । এই আবিষ্কার এবং তৎসহ সহসা আবির্ভূত নভোপদার্থবিদ্যার জ্ঞান [ ২২ ] উপলব্ধি করালো যে, মহাকর্ষ তরঙ্গগুলির বিস্তার ও দশা(amplitude and phase) সোজাসুজি নিরীক্ষণ করতে পারলে অতিরিক্ত আপেক্ষিক মণ্ডলগুলির বিষয়ে অধ্যয়ন করা সম্ভব হবে এবং সাধারণ আপেক্ষিকতার পরীক্ষা ( বিশেষতঃ জঙ্গম বৃহৎ-বল মণ্ডলে) নেওয়া যাবে ।
________________________________________________________________
উল্লেখ :
[20] R. A. Hulse and J. H. Taylor, Astrophys. J. (1975), [21] J. H. Taylor andJ. M. Weisberg, Astrophys. J. (1982), [22] W. Press and K. Thorne, Annu. Rev. Astron. Astrophys. (1972).
মহাকর্ষ তরঙ্গগুলি খোঁজার পরীক্ষা-নিরীক্ষা শুরু হয় Weber ও তাঁর অনুনাদী ভর ডিটেক্টর দ্বারা ষাটের দশকে [ ২৩ ], তৈরি হল cryogenic অনুনাদী ডিটেক্টরের আন্তর্জাতিক নেটওয়ার্ক [ ২৪ ] । ২০০০-শতকের প্রথম দিকে প্রথম সারির ডিটেক্টর জাপানে TAMA ৩০০, জার্মানিতে GEO ৬০০, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে LIGO এবং ইতালিতে Virgo । ডিটেক্টরগুলির একত্র সমাবেশ ২০০২-সাল থেকে ২০১১-সালের মধ্যে যুগ্মভাবে পর্যবেক্ষণ করতে সাহায্য করে । তারপরে এলো Advanced LIGO যা' আরও অনুভূতিপ্রবণ ।
____________________________________
উল্লেখ : [23] J. Weber, Phys. Rev. (1960), [24] P. Astone et al., Phys. Rev. D (2010).
২. Advanced LIGO Ditector
চিত্র ১ : Advanced LIGO detector-এর চিত্ররূপ ।
(১) রশ্মি বিদারক(Beam splitter),(২) Test mass (৩) পুনরাবর্তিত শক্তি(Power recycling) (৪) পুনরাবর্তিত সঙ্কেত(Signal recycling)
চিত্র ১-এAdvanced LIGO detector -এর একটি চিত্ররূপ ( স্কেলে নয় ) দেওয়া হল । ফোটো-ডিটেক্টরটি হল রূপান্তরিত Michelson ব্যতিচরমাপক(interferometer)যা পরিমাপ করবে মহাকর্ষ তরঙ্গের বিকৃতি (strain)। LIGO ডিটেক্টরে দুটি পরস্পর সমকোণীয় বাহু আছে যার দৈর্ঘ্যে বিভেদ হয় মহাকর্ষ তরঙ্গের বিকৃতি দ্বারা । বাহুদুটিতে দুটি করে আয়না আছে ( যা হল test mass ) ১৪-কিলোমিটার তফাতে বসানো । দৈর্ঘ্যের বিভেদ দ্বারা দুটি আলোক-ক্ষেত্রের মধ্যেকার দশাভেদ(phase-difference)পরিবর্তিত হয় এবং রশ্মি-বিদারকের মাধ্যমে একটি আলোক-সংকেত যায় ফোটো-ডিটেক্টরে ।
২০-ওয়াট শক্তির লেজার ৭০০-ওয়াটে বর্ধিত হয়ে আপতিত হয় রশ্মি-বিদারকে [ চিত্রে (১) ] যা পরে বর্ধিত হয়ে প্রতি বাহুতে ১০০-কিলোওয়াট সঞ্চালিত হয় ।
৩. উপসংহার
মহাকর্ষ-তরঙ্গগুলি নির্মিত হয় ব্রহ্মাণ্ডের কিছু অত্যন্ত প্রচণ্ড ঘটনা দ্বারা, যেমন কৃষ্ণ-গহ্বর-, হঠাৎ বিদারিত নক্ষত্র- এবং ঘূর্ণায়মান নিউট্রন নক্ষত্র-গুলি দ্বারা । আলোর গতিতে এই তরঙ্গগুলি ভ্রমণ করে এবং স্বচ্ছন্দে ভারী বস্তুর ভিতর দিয়ে গমন করে যা অন্যান্য তরঙ্গ পারে না । এদের বিষয়ে অধ্যয়ন আমাদের অন্য নূতনভাবে ব্রহ্মাণ্ডকে দেখবার সুযোগ দেবে ।
এখন হল মহাকর্ষ তরঙ্গগুলির প্রথম সরাসরি ডিটেক্শন এবং দ্বিমূল (binary) কৃষ্ণ-গহ্বর মিলিত হয়ে একটি কৃষ্ণ-গহ্বরে পরিণত হওয়ার প্রথম সরাসরি পর্যবেক্ষণ । এই পর্যবেক্ষণ দিয়েছে সতেজ বল ও উচ্চ গতিবেগ ক্ষেত্রে দেশ-কালের ধর্ম বিষয়ে অনুপম সান্নিধ্যপ্রাপ্তি ; সপ্রমাণ করেছে উচ্চ বিশৃঙ্খল কৃষ্ণ-গহ্বরগুলির অ-ঋজুরৈখিক গতিবিজ্ঞান -বিষয়ে সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদের ভবিষ্যৎবাণী ।
পরবর্তী পদক্ষেপ চিন্তা করা হয়েছে Advanced LIGO-ডিটেক্টরগুলির সংবেদনশীলতা বৃদ্ধি- লক্ষ্য আরও তিনগুণ করা । তাছাড়া, ভারতে তৃতীয় LIGO-মানমন্দির বসিয়ে নেটওয়ার্ককে আরও প্রলম্বিত করার প্রোগ্রাম আছে [২৫]।
___________________________
উল্লেখ:[25] B. Iyer et al., LIGO-India Technical Report No. LIGO-M1100296, 2011, https://dcc.ligo.org/LIGO⤏M1100296/ public/main.
______________________________
উৎস : Publication by the American Physical Society under the terms of the Creative Commons Attribution 3.0 License.
B. P. Abbott et al.:⤛Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger ⤛, (LIGO Scientific Collaboration and VirgoCollaboration), Physical Review Letters, Feb. 2016.
পরিশিষ্ট
ইতিহাস- ১৯১৫ থেকে ২০১৬
⤡১৯১৫ ⤒ আইনস্টাইন কর্তৃক সাধারণ আপেক্ষিকতাবাদ-তত্ত্বের প্রকাশনা ;
⤡১৯১৬ ⤒ সাধারণ আপেক্ষিকাতাবাদ-তত্ত্বের ফল হিসাবে আইনস্টাইন মহাকর্ষ-তরঙ্গের অস্তিত্ত্ব ঘোষণা করলেন ;
⤡১৯৫৭ ⤒ Richard Feynman এবং Hermann Bondi ভবিষ্যৎবাণী করলেন যদি মহাকর্ষ-তরঙ্গ থাকে, তারা প্রস্তাবিত sticky bead argument দ্বারা ধরা পড়বে, অবশ্য তাত্ত্বিকভাবে ;
⤡১৯৬২ ⤒ M. E. Gertsenshtein এবং V. I. Pustovoit তাঁদের প্রথম গবেষণাপত্র পত্র প্রকাশদ্বারা interferometers-এর মূল তথ্য বিবৃত করলেন যা ব্যবহার করে অতি-দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মহাকর্ষ তরঙ্গগুলি ডিটেক্ট করা সম্ভব ;
⤡১৯৬৮ ⤒ Joseph Weber মহাকর্ষ-তরঙ্গ পরীক্ষামূলকভাবে ডিটেক্ট করেছেন, তবে পরে দেখা গেল তাঁর দাবী মিথ্যা । Rainer Weiss বিশ্লেষণ করলেন Weber-এর পদ্ধতি এবং LIGO কল্পনা করলেন ;
⤡ ৭০-দশকের শেষদিকে ⤒ মহাকর্ষ তরঙ্গের অস্তিত্বের পরোক্ষ বিশ্বাসজনক প্রমাণ এলো - এক জোড়া পালসার অতি দ্রুতগামী ও দৃঢ় কক্ষপথে ত্বরণ-সহ চালিত হয়ে প্রত্যশামত মহাকর্ষ তরঙ্গের নির্গমন দ্বারা শক্তি-ক্ষয় করে কি না, তা' নিরীক্ষণ করে ।
⤡ ১৯৮৪ ⤒ আমেরিকার জাতীয় বিজ্ঞান ফাউণ্ডেশন (NSF) MIT ও CalTech-কে LIGO-প্রজেক্টে যৌথ-নেতৃত্বের আহ্বান জানালে Kip Thorne, Ronald Drever এবং Rainier Weiss-কে নিয়ে একটি স্টিয়ারিং কমিটী গঠিত হল ;
⤡ ২০০৪- LIGO মহাকর্ষ তরঙ্গগুলির অনুসন্ধান শুরু করলো ;
⤡২০১৬ ⤒ Penn প্রাদেশিক বিশ্ববিদ্যালয়ের নভোপদার্থবিদরা একটি অধ্যয়ন থেকে প্রস্তাব করলো যে, dark energy দ্বারা মহাকর্ষ তরঙ্গগুলির বিকৃত হওয়া সম্ভব এবং এটাই হয়তো সোজাসুজি ডিটেক্শনের বাধা ;
⤡১১ ফেব্রুয়ারি, ২০১৬ ⤒ Advanced LIGO team ঘোষণা করলো যে, তাঁরা ১৪ সেপ্টেম্বর,২০১৬-তে মহাকর্ষ তরঙ্গগুলি ডিটেক্ট করেছেন দুটি কৃষ্ণ-গহ্বরের সংযুক্তি থেকে, পৃথিবী থেকে ১.৩ বিলিয়ন আলোক-বর্ষ (400 megaparsecs)দূরে। তারা এই সংযুক্তির নামকরণ করলেন GW150914 ।
লেখক পরিচিতি - শিক্ষাবিদ। বি.ই. কলেজের প্রাক্তন অধ্যাপক ও যাদবপুর বিশ্ববিদ্যালয়ের প্রাক্তন ভাইস চ্যান্সেলর। এক সময় পশ্চিম বঙ্গ সরকারের বিদ্যুৎমন্ত্রী ছিলেন। অবসর-এর যুক্ত প্রায় জন্মকাল থেকেই। অবসর-এর উপদেষ্টামণ্ডলীর সভাপতি।
(আপনার
মন্তব্য জানানোর জন্যে ক্লিক করুন)
অবসর-এর
লেখাগুলোর ওপর পাঠকদের মন্তব্য
অবসর নেট ব্লগ-এ প্রকাশিত হয়।
