ఈ విశ్వ కిరణాలు..

విశ్వ కిరణాలు.. కాస్మిక్‌ రేస్‌. అంతరిక్షం ఆవలి నుంచి దూసుకొచ్చే ఇవి నిరంతరం అతి వేగంగా.. దాదాపు కాంతి వేగంతో సమానంగా విశ్వమంతటా ప్రయాణిస్తుంటాయి. వీటి మీద మొదటి నుంచీ శాస్త్రవేత్తలకు ఎంతో ఆసక్తి. ఎందుకంటే అంతరిక్షంలో పుట్టుకొచ్చిన చోటు, ఢీకొట్టిన వస్తువులను బట్టి ఇవి విశ్వానికి సంబంధించిన ఎన్నో విషయాలను వివరిస్తాయి. వందేళ్ల క్రితమే గుర్తించినా వీటికి సంబంధించిన కొన్ని సంగతులు ఇంకా రహస్యమే. ఊటీలోని గ్రేప్స్‌-3 ఎక్స్‌పెరిమెంట్‌ తాజాగా ఓ కొత్త విషయాన్ని గుర్తించింది. అంతరిక్షంలో విశ్వ కిరణాల వనరులు, వీటి త్వరణం, వ్యాప్తి మీద మనకున్న అవగాహనను ఇది వినూత్న మలుపు తిప్పగలదని భావిస్తున్నారు.  ఈ నేపథ్యంలో విశ్వ కిరణాల లోతుపాతులు,  రహస్యాల గురించి వివరంగా తెలుసు కుందాం.

సూర్యుడి నుంచో, పేలిపోతున్న ఇతర నక్షత్రాల నుంచో, కృష్ణబిలాల నుంచో విశ్వ కిరణాలు పుట్టుకొస్తుంటాయి. నిజానికివి  అంతరిక్షం నుంచి వచ్చే రేణువులు. ముందు అణువులుగానే వీటి ప్రయాణం మొదలవుతుంది. బయటి పొర క్షీణించటం మూలంగా కేవలం కేంద్రకమే మిగులుతుంది. ఇవి కాంతి వేగంతో సమానంగా విశ్వమంతా ప్రయాణిస్తుంటాయి. మన భూమిని రోజూ కోట్లాది విశ్వ కిరణాలు ఢీకొంటుంటాయి. అయితే వీటిల్లో చాలావాటిని భూ వాతావరణం, అయస్కాంత క్షేత్రం నిలువరించేస్తాయి. కొన్నిమాత్రం భూమికి చేరుకుంటాయి. కొనిసార్లు విశ్వ కిరణాలు వాతావరణంలోని రేణువులను ఢీకొట్టి ఇతర రేణువులుగా మారి భూమికి చేరుకుంటుంటాయి కూడా. భూమి మీదికి చేరుకునే విశ్వ కిరణాలు చాలావరకూ సూర్యుడి నుంచి పుట్టుకొచ్చినవే. ఇతర నక్షత్ర మండలాల నుంచి వచ్చిన రేణువులనూ చూస్తుంటాం. కాస్మిక్‌ కిరణాలు అంతరిక్షం, విశ్వం గురించి తెలియజేస్తాయి. ప్రతిద్యవ్యాన్ని (యాంటీమ్యాటర్‌) గుర్తించటానికి తోడ్పడినవి ఇవే. ప్రొటాన్‌, న్యూట్రాన్‌, ఎలక్ట్రాన్‌ మాత్రమే కాదు.. మ్యూయాన్లనే ఉపఅణు రేణువులూ ఉన్నాయని తొలిసారి వీటితోనే బయటపడింది. విశ్వం రసాయన, భౌతిక స్వరూపాలనూ విశ్వ కిరణాలు వివరిస్తాయి. మొదటి నుంచీ విశ్వం ఎలా మారుతూ వస్తోంది? మహా కృష్ణబిలాల చుట్టూ, పేలిపోతున్న నక్షత్రాల్లో ఏం జరుగుతోంది? అనే విషయాలను వెల్లడిస్తాయి. వీటికి కాస్మిక్‌ రేస్‌ అనే పేరు ఎవరు పెట్టారో తెలుసా? నోబెల్‌ గ్రహీత రాబర్ట్‌ మిలికన్‌. ఆయన తొలిసారి 1925లో తన పరిశోధన పత్రంలో వీటిని సంబోధించారు. అప్పటి నుంచీ అదే పేరు స్థిరపడింది.

గ్రేప్స్‌ గొప్పతనం

విశ్వ కిరణ ప్రోటాన్‌ స్పెక్ట్రమ్‌లో సుమారు 3 పీఈవీ వద్ద వంపును ‘నీ’ అని పిలుచుకుంటారు. దీన్ని ఏడు దశాబ్దాల క్రితమే గుర్తించారు. అంతరిక్ష వనరుల పరిధిలో దీన్ని విశ్వ కిరణాల అత్యధిక శక్తి త్వరణంగా భావిస్తారు. వీటిని నీ ఎనర్జీ వరకూ వివరించే పవర్‌ సూత్రాన్ని చాలాకాలంగా అనుసరిస్తున్నారు. దీన్ని వివిధ నమూనాల ద్వారా విశ్లేషించారు. అయితే గ్రేప్స్‌-3 తాజాగా విశ్వ కిరణాల ప్రోటాన్‌ స్పెక్ట్రమ్‌లో సుమారు 166 టెరా-ఎలక్ట్రాన్‌ వోల్ట్‌ (టీఈవీ) వద్ద కొత్త వంపును పసిగట్టింది. ప్లాస్టిక్‌ సింటిలేటర్‌ డిటెక్టర్లు, భారీ మ్యూయాన్‌ డిటెక్టర్‌ సేకరించిన సమాచారం ఆధారంగా గ్రేప్స్‌-3 పరిశోధకులు దీన్ని గుర్తించారు.

ఎక్కడి నుంచి వస్తాయి?

విశ్వ కిరణాలు ఆవేశిత రేణువులు. అంతరిక్షం గుండా ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు అయస్కాంత క్షేత్రాలు వీటిని లాక్కొంటాయి. అందువల్ల ఇవి ఎక్కడి నుంచి వస్తాయనేది చెప్పటం కష్టం. కాకపోతే వీటి శక్తులను లెక్కించొచ్చు. వీటి ఆధారంగా విశ్వ కిరణాల వేగం పెరగటానికి తోడ్పడిన బలాలను గుర్తించొచ్చు. ఇలా ఇవి ఎక్కడి నుంచి వస్తున్నాయనేది అంనా వేయొచ్చు. సౌర జ్వాలలు రేగినప్పుడు పెద్ద ఎత్తున వెలువడే విశ్వ కిరణాలు కొన్ని భూమి వైపు వస్తుంటాయి. కానీ వీటిల్లో చాలావరకు సుదూర అంతరిక్షం నుంచి వచ్చేవేనని శాస్త్రవేత్తల భావన. మన నక్షత్ర మండలంలో ఎక్కడో అక్కడి నుంచి వచ్చేవే ఎక్కువ. కొన్ని నక్షత్ర మండలం ఆవలి నుంచీ వస్తుంటాయి. సుదూరాల్లో పేలిపోయే నక్షత్రాల (సూపర్‌నోవా) నుంచి విశ్వ కిరణాలు వెలువడతాయన్నది శాస్త్రవేత్తల నమ్మకం. మరికొన్ని కిరణాలు భారీ కృష్ణబిలాల్లోకి పదార్ధం మునిగి పోతున్నప్పుడు పుట్టుకురావొచ్చు. అత్యంత అయస్కాంత గుణంతో కూడిన న్యూట్రాన్‌ నక్షతాల నుంచి, నక్షత్ర మండలాలు ఢీకొన్నప్పుడూ వెలువడుతుంటాయి. మొత్తమ్మీద విశ్వంలో చాలా చోట్ల నుంచి ఇవి పుట్టుకొస్తాయి.

తెలిసినవీ.. తెలియనివీ

వందేళ్లుగా చేస్తున్న పరిశోధనల్లో విశ్వ కిరణాల గురించి చాలా విషయాలు తెలిసినప్పటికీ.. కొన్ని ఇంకా రహస్యంగానే ఉండిపోయాయి. వీటిల్లో సుమారు 90% హైడ్రోజన్‌, 9% హీలియం, మిగిలిన ఒక శాతం ఐరన్‌ వంటి భార మూలకాలుంటాయి. వీటి రేణువుల ద్రవ్యరాశి, ప్రయాణించే వేగాన్ని బట్టి కిరణాల చలన శక్తినీ తెలుసుకోగలిగారు. చాలావరకివి తక్కువ శక్తులనే కలిగుంటాయి. కొన్నిమాత్రం అత్యధిక శక్తిని కనబరుస్తాయి. అయితే ఇవి ఎక్కడి నుంచి వస్తున్నాయి? అత్యధిక శక్తి గల రేణువులకు గతి శక్తి ఎలా వచ్చింది? ఇవి గ్రహాలను, జీవులను ఎలా ప్రభావితం చేస్తాయి? అనే విషయాలు మాత్రం ఇంకా అంతుపట్టలేదు. మేఘాలు ఏర్పడటం, వీటి ప్రవర్తన వంటి వాతావరణ అంశాల మీద ఇవి ప్రభావం చూపగలవని భావిస్తున్నారు. విశ్వ కిరణాలు చాలావరకు భూ వాతావరణాన్ని డీకొన్నప్పుడు నిర్వీర్యం అవుతాయి. కొన్ని నేలకు చేరుకుంటాయి. కానీ సాధారణంగా ఇవేవీ హాని చేయవు. వాతావరణంలోని ఇతరత్రా రేడియేషన్ల స్థాయిలోనే ప్రభావం చూపుతాయి. చాలా ఎత్తులో విమానాల్లో ప్రయాణిస్తు న్నప్పుడు ఎక్కువగా వీటికి గురవుతుంటాం.

ఎలా గుర్తిస్తారు?

విశ్వ కిరణాలను గుర్తించటానికి చాలా మార్గాలున్నాయి. నేల మీదో, అంతరిక్షంలోనో వీటిని నేరుగా పరిశీలించొచ్చు. అంతరిక్షంలోని అణువులను ఇవి ఢీకొన్నప్పుడు పుట్టుకొచ్చే ఇతర రేణువుల ఆధారంగానైనా పసిగట్టొచ్చు. ఇందుకోసం పెద్ద నక్షత్ర వేధశాలలు ఎన్నో అన్వేషిస్తున్నాయి.

• ద పియెరీ ఆగర్‌ అబ్జర్వేటరీ: ఇది అర్జెంటీనాలో ఉంది. పెద్ద నీటి కొలనులు, ఆకాశం వంక చూసే డిటెక్టర్‌ సాయంతో పనిచేస్తుంది. విశ్వ కిరణాలు భూ వాతావరణాన్ని తాకినప్పుడు వెలువడే అతి నీలలోహిత కాంతిని డిటెక్టర్‌ గుర్తిస్తుంది. కిరణాలు నీటిని తాకినప్పుడు వెలువడే సంకేతాలను కొలనులు పట్టుకుంటాయి. ఈ రెండింటినీ మేళవించి విశ్వ కిరణాల శక్తిని శాస్త్రవ్తేత్తలు అంచనా వేస్తారు.
• ద లార్జ్‌ హై అల్టిట్యూడ్‌ ఎయిర్‌ షోవర్‌ అబ్జర్వేటరీ: ఇది చైనాలోని సిచువాన్‌ ప్రాంతంలో మూడు వందల ఎకరాలకు పైగా విస్తరించి ఉన్న అబ్జర్వేటరీ. విశ్వ కిరణాలు, గామా కిరణాల నుంచి వచ్చే గాలి ఉరవడిని గుర్తించటం దీని పని.
• అంతర్జాతీయ న్యూట్రాన్‌ పరిశీలన నెట్‌వర్క్‌: ప్రపంచవ్యాప్తంగా 50కి పైగా పరికరాలు నిరంతరం విశ్వ కిరణాల నుంచి పుట్టుకొచ్చే న్యూట్రాన్ల సమాచారాన్ని సంగ్రహిస్తున్నాయి. అంతరిక్షం నుంచి వచ్చే రేడియేషన్‌ను పర్యవేక్షించటానికిది ఉపయోగపడుతుంది. ఇవి కాకుండా ఇతర చిన్న అబ్జర్వేటరీలూ చాలానే విశ్వ కిరణాల సమాచారాన్ని ఒడిసి పడుతున్నాయి.
• బెలూన్లు: విశ్వ కిరణాలను భూ వాతావరణం అడ్డుకుంటుంది. కాబట్టి స్వచ్ఛ కిరణాలను ఆకాశంలోనే గుర్తించటానికి శాస్త్రవేత్తలు బెలూన్ల సాయమూ తీసుకుంటుంటారు. 20వ శతాబ్దంలో వేర్వేరు చోట్ల బోలెడన్ని బెలూన్లను ప్రయోగించారు. ప్రస్తుతం యూనివర్సిటీ ఆఫ్‌ షికాగో వంటి సంస్థలు నాసాతో కలిసి ఎత్తయిన ప్రాంతాల్లో బెలూన్ల ద్వారా కాస్మిక్‌ రే డిటెక్టర్లను ప్రయోగిస్తున్నాయి.
• ఉపగ్రహాలు, వ్యోమనౌకలు: భూ కక్ష్య, సౌర వ్యవస్థ చుట్టూర నుంచే విశ్వ కిరణాలను లెక్కించటానికి ఉపగ్రహాలు, వ్యోమనౌకలు ఉపయోగపడతాయి. చైనాకు చెందిన డార్క్‌ మ్యాటర్‌ పార్టికల్‌ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌ టెలిస్కోప్‌ వంటి ఉపగ్రహాలు భూ కక్ష్య నుంచే విశ్వ కిరణాలను పట్టుకుంటాయి. సౌర వ్యవస్థ అంచులను శోధించటానికి ప్రయోగించిన వోయేజర్‌ 1, వోయేజర్‌ 2 వ్యోమనౌకల్లో విశ్వ కిరణాలను గుర్తించే పరికరాలనూ అమర్చారు. సౌర శోధనకు ఉద్దేశించిన నాసా పార్కర్‌ సోలార్‌ ప్రోబ్‌ కూడా ఈ పని చేస్తుంది.

విశ్వ రహస్యాల గనులు

కాస్మిక్‌ రేస్‌ గురించి శాస్త్రవేత్తలకు మొదటి నుంచీ ఆసక్తే. ఎందుకంటే ఇవి విశ్వానికి సంబంధించిన బోలెడన్ని వివరాలు తెలియజేస్తాయి.

• ప్రోటాన్‌, న్యూట్రాన్‌, ఎలక్ట్రాన్‌లతో పాటు మరో ఉపఅణు రేణువులూ ఉన్నాయనే విషయం విశ్వ కిరణాల మూలంగానే బయటపడింది. శాస్త్రవేత్తలు ఒక గదిలో వీటిని పరిశీలిస్తుండగా ముందు పొసిట్రాన్‌ అనే ప్రతి ద్రవ్యం (యాంటీమ్యాటర్‌) ఉనికి బయటపడింది. అనంతరం మ్యూయాన్లనే ఉపఅణు రేణువులను గుర్తించారు. దీంతో ఆధునిక అణు భౌతికశాస్త్ర రంగం కొత్త మలుపు తిరిగింది. మొత్తం ఉపఅణు రేణువులను గుర్తించే దిశగా ప్రయాణించింది.
• మన సౌర మండలంలో వాతావరణం ఎలా ఉందన్నదీ విశ్వ కిరణాలు తెలియజేస్తాయి. వీటి గణన ఆధారంగానే మన భూమి, అంతర్‌ సౌర వ్యవస్థ చుట్టూ అయస్కాంత క్షేత్రాలున్నట్టు.. సూర్యుడి ఉపరితలం నుంచి వెలువడే రేడియేషన్‌ ప్రవహి స్తున్నట్టు శాస్త్రవేత్తలు గుర్తించారు.
• నక్షత్రాలు పేలిన తర్వాత, కృష్ణబిలాలు చుట్టుపక్కల పరిసరాలను మింగినప్పుడు, ఇతర నక్షత్ర మండలాలు ఢీకొన్నప్పుడు విశ్వ కిరణాలు పుట్టుకొస్తాయని భావిస్తుంటారు. అందువల్ల ఇలాంటి విభిన్న ప్రాంతాల చుట్టూ ఏం జరుగుతోందనేది తెలుసుకోవటానికివి తోడ్పడతాయి. కృష్ణబిలాల వంటివి చాలా దూరంలో ఉంటాయి. వీటిపై అధ్యయనం చేయటం కష్టం. ఇక్కడే విశ్వ కిరణాలు శాస్త్రవేత్తలకు సాయం చేస్తున్నాయి.
• మన సౌర వ్యవస్థ, ఆమాటకొస్తే మన నక్షత్ర మండలం ఆవలి నుంచి వచ్చే విశ్వ కిరణాలు అక్కడి పదార్థం తీరుతెన్నుల మీద అధ్యయనం చేయటానికీ అవకాశం కల్పిస్తాయి. విశ్వంలో పదార్థం పరిమాణం, వేర్వేరు మూలకాలను అంచనా వేయటానికి కూడా ఉపయోగపడతాయి.
• కొన్ని కిరణాలు అంతరిక్షం గుండా పోయే వస్తువులను ఢీకొట్టి, వాటిల్లోని మూలకాలను కొత్త ఐసోటోపులుగా మార్చగలవు కూడా. ఇలా ఉల్కలు ఎప్పుడు ఏర్పడ్డాయి? అవి భూమి మీద ఎప్పుడు పడ్డాయి? సౌర వ్యవస్థ చరిత్ర ఏంటి? అనే విషయాలనూ వెల్లడించగలవు. ఉల్కలు భూమి మీద పడ్డప్పుడు ఈ ఐసోటోపులు క్షీణించటం ఆరంభిస్తాయి. అవి భర్తీ కావు. దీని ఆధారంగా అవి భూమి మీద ఎప్పుడు రాలాయనేది అంచనా వేయటానికి వీలవుతుంది. ఈ విధానంతోనే శాస్త్రవేత్తలు ఉల్కల్లోని కొన్ని పదార్థాలు సౌర వ్యవస్థలో ఎంత కాలం ప్రయాణించాయో కూడా అంచనా వేస్తుంటారు. ఇది మన సౌర వ్యవస్థ చరిత్రను తెలుసుకోవటానికి తోడ్పడుతుంది.
• ఇతర మార్గాల్లోనూ ఇవి ఆశ్చర్యకరమైన పనులకు ఉపయోగపడుతున్నాయి. ఉదాహరణకు- విశ్వ కిరణ న్యూట్రాన్‌ సెన్సర్లను నేలలో తేమను గుర్తించటానికి వాడుకుంటున్నారు. ఇలా ఇవి వ్యవసాయం, నీటి పారుదల రంగాల్లోనూ సాయం చేస్తున్నాయి. పురాతన వస్తువుల వయసును తెలుసుకోవటానికి తోడ్పడే కార్బన్‌-14 డేటింగ్‌ ప్రక్రియలోనూ విశ్వ కిరణాలు కీలక పాత్ర పోషిస్తున్నాయి.