గురుత్వ ‘ఆచూకీ’

గురుత్వాకర్షణ తరంగాల అన్వేషణ కొత్త మలుపు తిరిగింది. ఇండియన్‌ పల్సార్‌ టైమింగ్‌ అర్రే (ఇన్‌పీటీఏ), యూరోపియన్‌ పల్సార్‌ టైమింగ్‌ అర్రే (ఈపీటీఏ) సాయంతో అంతర్జాతీయ ఖగోళ శాస్త్రవేత్తల బృందం తొలిసారి స్వల్ప పౌన:పున్య గురుత్వాకర్షణ తరంగాల ఆచూకీని గుర్తించింది. ఇది పదిహేనేళ్ల నిర్విరామ కృషి ఫలితం. సూర్యుడి కన్నా కోట్ల రెట్లు పెద్దవైన కృష్ణ బిలాల (బ్లాక్‌ హోల్స్‌) నుంచి ఈ తరంగాలు పుట్టుకొస్తుండటం గమనార్హం. అప్పుడెప్పుడో ఐన్‌స్టీన్‌ గురుత్వాకర్షణ తరంగాల ఊహ దీంతో మరోసారి నిజమైనట్టయ్యింది. నిజానికి ఎనిమిదేళ్ల క్రితమే గురుత్వాకర్షణ తరంగాలను గుర్తించినా వాటి వ్యవధి చాలా తక్కువ. తాజాగా కనుక్కున్న తక్కువ పౌనఃపున్య గురుత్వాకర్షణ తరంగాల సంకేతం నిరంతరం వెలువడుతుండటం విశేషం. వీటి జాడను పసిగట్టడంలో మనదేశ శాస్త్రవేత్తలతో పాటు జపాన్‌, ఐరోపా పరిశోధకులూ పాలు పంచుకున్నారు. బెంగళూరులోని ఇండియన్‌ ఇన్‌స్టిట్యూట్‌ ఆఫ్‌ సైన్స్‌, ఐఐటీ రూర్కీ, ఐఐటీ హైద్రాబాద్‌, బిట్స్‌ హైద్రాబాద్‌, ఎన్‌సీఆర్‌ఏ పుణే వంటి ఎన్నో సంస్థలూ ఇందులో పాల్గొనటం విశేషం.

గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు అంతరిక్షం నిండా సుదూరాలకు.. ఆ మాటకొస్తే కోట్లాది కాంతి సంవత్సరాల దూరాలకు విస్తరిస్తూ ఉంటాయి. ఆల్బర్ట్‌ ఐన్‌స్టీన్‌ 1916లో సాపేక్ష సిద్ధాంతంలో మొదటిసారిగా వీటి గురించి ప్రస్తావించారు. అదీ ఊహామాత్రంగానే. వీటి జాడను 2015లో తొలిసారి  గుర్తించటంతో ఆయన ఊహ నిజమేనని రుజువైంది. కాకపోతే అప్పట్లో కనుగొన్నది అధిక పౌనఃపున్య తరంగాల సంకేతం. దీని వ్యవధి నిమిషం లోపే. తాజాగా గుర్తించిన తక్కువ పౌనఃపున్య గురుత్వ తరంగ సంకేతాలు నిరంతరం కొనసాగుతూ వస్తుండటం గమనార్హం. అధిక పౌనఃపున్య తరంగాల వ్యవధి తక్కువగా ఉంటుంది కాబట్టి ఒకసారి ఒక సంకేతమే అందుతుంది. ఇప్పుడు ఒకే సమయంలో పలు సంకేతాల కలయికతో కూడిన నేపథ్యాన్ని పసిగట్టారు. ఇలా ఐన్‌స్టీన్‌ ఊహ మరోసారి నిజమైనట్టయ్యింది. రేడియో టెలిస్కోపులతో అంతరిక్షాన్ని గాలించి, పదిహేనేళ్ల సమాచారాన్ని విశ్లేషించి శాస్త్రవేత్తలు ఈ ఘన విజయాన్ని సాధించారు.

ఐరోపాలోని ఐదు అతిపెద్ద రేడియో టెలిస్కోపులు (జర్మనీలోని 100-ఎం ఎఫెల్స్‌బర్గ్‌ రేడియో టెలిస్కోప్‌, బ్రిటన్‌లోని జోడ్రెల్‌ బ్యాంక్‌ అబ్జర్వేటరీకి చెందిన లోవెల్‌ టెలిస్కోప్‌, ఫ్రాన్స్‌లోని నాన్సీ రేడియో టెలిస్కోప్‌, ఇటలీలోని సార్డినియా రేడియో టెలిస్కోప్‌, నెదర్లాండ్స్‌లోని వెస్టర్‌బార్క్‌ సింథసిస్‌ రేడియో టెలిస్కోప్‌) సేకరించిన డేటాను ఇందుకు వాడుకున్నారు. అలాగే ఈ డేటాను మనదేశంలోని అప్‌గ్రేడెడ్‌ జెయింట్‌ మీటర్‌వేవ్‌ రేడియో టెలిస్కోపు (యూజీఎంఆర్‌టీ) సేకరించిన సమాచారంతో కలిపి నిశితంగా విశ్లేషించారు. ఈపీటీఏ, ఇన్‌పీటీఏ సభ్యులూ పాలు పంచుకున్నారు. తక్కువ పౌనఃపున్య గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు సూర్యుడి కన్నా కోట్ల రెట్లు ఎక్కువ బరువున్న బోలెడన్ని మహా భారీ కృష్ణ బిలాల జతల నుండి పుట్టి ఉండొచ్చని భావిస్తున్నారు. గురుత్వాకర్షణ తరంగ పరిశోధనలో, ఖగోళశాస్త్ర రంగాల్లో ఇవొక మైలురాయిగా నిలవనున్నాయి.

ఒక చోటు నుంచి పుట్టవు

గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు ఒక్క చోటు నుంచే పుట్టవు. ఇవి ఎన్నో తరంగాల కలయిక. చెరువులో రాయి విసిరామనుకోండి. ఒకే అల పుట్టుకొచ్చి, చుట్టూరా విస్తరిస్తుంది. అదే వర్షం పడుతున్నప్పుడైతే ఒకే సమయంలో ఎన్నో అలలు పుట్టు కొస్తాయి. అవన్నీ చిందరవందరగా కనిపిస్తాయి. గురుత్వాకర్షణ తరంగాలూ ఇలాగే వివిధ చోట్ల నుంచి పుట్టుకొచ్చి, విస్తరిస్తూ ఉంటాయి. వీటిని గుర్తించటానికే ప్రయోగాలు చేపట్టారు. భారత్‌, జపాన్‌, ఐరోపా శాస్త్రవేత్తలు ఒక బృందంగా ఏర్పడగా.. అమెరికా, ఆస్ట్రేలియా, చైనా శాస్త్రవేత్తలు వేర్వేరు బృందాలుగా వీటిని నిర్వహించారు. ఈ బృందాలన్నీ విడివిడిగా సమాచారాన్ని విశ్లేషించి తక్కువ పౌనఃపున్య గురుత్వాకర్షణ తరంగాల జాడను పసిగట్టారు. అన్ని బృందాలూ ఒకేసారి ఫలితాలను వెల్లడించటం, అన్నీ ఒకే విషయాన్ని కనుగొనటం గమనార్హం. గురుత్వాకర్షణ తరంగాల జాడ నిజమేనా? అది కచ్చితమైందేనా? అని నిర్ధరించుకోవటానికి ఇలా వేర్వేరు ప్రయోగాలు నిర్వహించటం ఉపయోగపడింది.

భారీ కృష్ణబిలాలే మూలం!

ఖగోళ వస్తువులు అంతరిక్షంలో కొంత ప్రదేశాన్ని ఆక్రమిస్తాయి. అప్పుడు అక్కడి స్థలం, సమయంలో వంపు ఏర్పడుతుంది. ఒకవేళ రెండు ఖగోళ వస్తువులు ఒకదాని చుట్టూ మరోటి తిరుగుతున్నట్టయితే అలల మాదిరిగా గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు పుట్టుకొస్తాయి. అవి విశ్వమంతా అలలు అలలుగా విస్తరిస్తూ వస్తాయి. ఇవి చాలా కాంతి సంవత్సరాల దూరం విస్తరించి ఉంటాయి. అవి వ్యాపిస్తున్నప్పుడు స్థలం, సమయాన్ని లాక్కొంటాయి. దాదాపు అన్ని నక్షత్ర మండలాల్లోనూ మహా భారీ కృష్ణ బిలాలుంటాయి. వీటి కేంద్రంలో సూర్యుడి కన్నా కోట్లాది రెట్లు ఎక్కువ ద్రవ్యరాశి ఉంటుంది. నక్షత్ర మండలాలు ఒకదాంతో మరోటి సంయోగం చెందుతున్నప్పుడు వాటి మధ్యలోని కృష్ణ బిలాలు సైతం కలుస్తాయి. ఇవి కలిసి పోవటానికి ముందు ఒకదాని చుట్టూ మరోటి వేగంగా తిరుగుతాయి. ఇలాంటి రెండు కృష్ణ బిలాలు కలిసే క్రమంలో పుట్టుకొస్తున్న గురుత్వాకర్షణ తరంగాల సంకేతాలనే శాస్త్రవేత్తలు స్పష్టంగా గుర్తించారు. వీటిని నానోహెర్ట్జ్‌ గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు అని పిలుస్తారు. ఎందుకంటే అవి చాలా కోట్ల కిలోమీటర్ల తరంగదైర్ఘ్యాలను కలిగి ఉంటాయి.

పల్సార్ల సాయంతో

స్వల్ప పౌనఃపున్య గురుత్వాకర్షణ తరంగాలను గుర్తించటంలో పల్సార్లు గడియారాలుగా ఉపయోగపడ్డాయి. ఒకరకంగా వీటిని అంతరిక్ష గడియారాలనీ అనుకోవచ్చు. ఇంతకీ పల్సార్లంటే? ఒక్కమాటలో చెప్పాలంటే- కాలం చెల్లిన నక్షత్రాలు. ఇవి చివరిదశలో న్యూట్రాన్‌ నక్షత్రాలుగా మారతాయి. అతి వేగంగా భ్రమిస్తాయి. ధ్రువాల వద్ద నుంచి ప్రకాశవంతమైన రేడియో కాంతి పుంజాలను వెదజల్లుతాయి. వీటిని అంతరిక్ష దీపస్తంభాలనీ వర్ణించుకోవచ్చు. నౌకాశ్రయానికి దగ్గరలో ఉండే దీపస్తంభం మాదిరిగానే ఇవి భూమి వైపు క్రమం తప్పకుండా ప్రకాశిస్తున్న రేడియో కిరణాలను విడుదల చేస్తాయి. వీటి కాంతిపుంజాలు లయబద్ధంగా ఒక పద్ధతిలో ప్రచోదనాలుగా వెలువడుతుంటాయి. కొన్ని పల్సార్లు ఏమాత్రం లయ తప్పకుండా సెకండుకు వంద సార్లు కాంతి పుంజాలనూ వెదజల్లగలవు. అందుకే వీటిని మిల్లీసెకండు పల్సార్లు అంటారు. వీటిని అత్యంత కచ్చితత్వంతో కూడిన గడియారాలుగానూ ఉపయోగించుకోవచ్చు. నానోసెకండు స్థాయిలోనూ సమయాన్ని సరిచేసుకోవచ్చు. ఇన్‌పీటీఏ ఇలాంటి మిల్లీసెకండు పల్సార్లను ఉపయోగించుకునే గురుత్వాకర్షణ తరంగాల సంకేతాన్ని గుర్తించింది.

ఇన్‌పీటీఏకు చెందిన అప్‌గ్రేడెడ్‌ జియాంట్‌ మీటర్‌వేర్‌ రేడియో టెలిస్కోప్‌ (యూజీఎంఆర్‌టీ) భూమి వైపు దూసుకొచ్చే పల్సార్ల కాంతి పుంజాల లయను గ్రహించి, గడియారంగా వాడుకుంది. ఆకాశమంతా విస్తరించిన మిల్లీసెకండు పల్సార్ల సమూహాన్ని వాడుకోవటం వల్ల ఈ ప్రయోగాన్ని పల్సార్‌ టైమింగ్‌ అర్రే అనీ పిలుస్తున్నారు. ఇంతకీ ఇవెలా సమయాన్ని లెక్కించటానికి తోడ్పడతాయి? గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు పల్సార్లతో ఢీకొంటాయి. ఇవి స్థలం, కాలాన్ని లాక్కొంటాయి, సాగదీస్తాయి. ఈ క్రమంలో కాంతి పుంజాలు భూమికి చేరుకునే సమయమూ మారిపోతూ ఉంటుంది. ఈ మార్పులను చాలా ఏళ్లుగా గుర్తించటం ద్వారానే గురుత్వాకర్షణ తరంగాల ఉనికిని కనుగొన్నారు. ఈ తరంగాలు పల్సార్లను ఒకేలా ప్రభావితం చేస్తుంటాయి. అందువల్ల విశిష్టమైన పద్ధతిలో సంకేతం ఏర్పడుతుంది. ఇన్‌పీటీఏ, ఈపీటీఏ సంయుక్తంగా అందించిన సమాచారాన్ని జోడించి, మరింత సున్నితమైన డేటాసెట్‌ను సృష్టించారు. అలాగే నానోగ్రావ్‌, పార్క్స్‌ పల్సార్‌ టైమింగ్‌ అర్రేల వంటి ఇతర ఐపీటీఏ సభ్య సంస్థలతో కలిసి ఈ విశిష్ట సంకేతాన్ని గుర్తించారు. ఇలా అంతర్జాతీయ శాస్త్రవేత్తలంతా ఇంతకాలంగా దొరకని గురుత్వాకర్షణ తరంగాల సంకేతాన్ని కనుగొన్నారు.

యూజీఎంఆర్‌టీ ప్రత్యేకం

నిజానికి అంతరిక్షం ఖాళీ ప్రదేశమేమీ కాదు. పల్సార్లకూ భూమికీ మధ్య స్వేచ్ఛగా సంచరించే ఎలక్ట్రాన్లు, ప్రోటాన్లు, ఇతర పదార్థాలు నిండి ఉంటాయి. అధిక పౌనఃపున్య రేడియో కాంతితో పోలిస్తే తక్కువ పౌనఃపున్య కాంతి ఈ మాధ్యమంలో భిన్నంగా ప్రవర్తిస్తుంది. ఇన్‌పీటీఏ ఒకేసారి అధిక, తక్కువ పౌనఃపున్య కాంతి రెండింటినీ పరిశీలిస్తుంది. యూజీఎంఆర్‌టీ ప్రత్యేకత ఏంటంటే- ఇందులో టెలిస్కోప్‌ డిష్‌లు రెండు బృందాలుగా ఉంటాయి. దీని మూలంగానే పల్సార్లకు, భూమికి మధ్య ఉండే మాధ్యమాన్ని చాలా నిశితంగా పరిశీలించటం సాధ్యమైంది. గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు భూమికి సమీపంగా వెళ్తున్నప్పుడు అవి పొట్టిగా లేదా పొడవుగా అవ్వచ్చు. కాకపోతే ఈ తేడా చాలా చాలా స్వల్పంగా ఉంటుంది. సున్నితమైన యూజీఎంఆర్‌టీ సెకండులో కోటి వంతు తేడానైనా పసిగట్టటం విశేషం. అన్ని గడియారాల్లోనూ లోపాలుంటాయి. వీటికి కారణం పల్సార్లు, భూమికి మధ్య ఉండే ఎలక్ట్రాన్లు. వీటిని కచ్చితంగా గుర్తించటమే యూజీఎంఆర్‌టీ ప్రత్యేకత. దీని మూలంగానే గురుత్వ తరంగాల ఆచూకీని మరింత స్పష్టంగా గుర్తించటం సాధ్యమైంది. కాబట్టే తాజా పరిశోధనలో యూజీఎంఆర్‌టీ సమాచారం కీలకమైంది. ఇదే శాస్త్రవేత్తలకు మంచి ఆధారంగా నిలి చింది.

యువ పరిశోధకుల కృషి

ఇండియన్‌ పల్సార్‌ టైమింగ్‌ అర్రే (ఇన్‌పీటీఏ) 2013లో ఏర్పడింది. ఇది 2021లో ఇంటర్నేషనల్‌ పల్సార్‌ టైమింగ్‌ అర్రే(ఐపీటీఏ)లో పూర్తి సభ్యత్వం పొందింది. అప్పటి నుంచీ గురుత్వాకర్షణ తరంగాల అన్వేషణలో పాలు పంచుకుంటోంది. ఐదుగురితో మొదలై నేటికి 40 మంది పరిశోధకులతో  విస్తరించింది. వీరిలో ఎక్కువమంది చిన్న వయసు పరిశోధకులే కావటం విశేషం. వీరంతా ప్రస్తుతం ఇన్‌పీటీఏ, అలాగే ఇతర పల్సార్‌ టైమింగ్‌ అర్రేల సమాచారాన్ని జోడించి, మరింత లోతుగా విశ్లేషించటంలో నిమగ్నమయ్యారు. ఇదంతా తక్కువ పౌనఃపున్య గురుత్వాకర్షణ తరంగాల సంకేతాన్ని నిర్ధరించటానికే.

ఏంటీ ప్రయోజనం?

శాస్త్రపరంగా గురుత్వ తరంగాల జాడ ఎన్నో గొప్ప మలుపులకు శ్రీకారం చుట్టనుందని భావిస్తున్నారు. విశ్వం ఎలా ఆవిర్భవించింది? దీని రహస్యాలేంటి? అనేవి తెలుసు కోవటానికివి మార్గం చూపొచ్చు. విశ్వం తొలినాళ్లలో దశల మార్పులు, ఆ సమయంలో ఏర్పడిన కాస్మిక్‌ స్ట్రింగ్స్‌ వంటి అసాధారణ భౌతికశాస్త్ర సిద్ధాంతాలను విశ్లేషించటానికీ దోహదం చేయొచ్చు. మొత్తమ్మీద ఓ సరికొత్త సైన్స్‌ పురుడు పోసుకోనుందనీ చెప్పుకోవచ్చు.

* ప్రతి నక్షత్ర మండలంలో కృష్ణ బిలాలుంటాయి. ఇవి చాలా పెద్దవి. ఎలా ఏర్పడ్డాయనేది ఇప్పటివరకూ తెలియదు. వీటిపై చాలా సిద్ధాంతాలున్నాయి గానీ కచ్చితంగా ఎవరూ చెప్పలేకపోయారు. విశ్వం ఏర్పడిన తొలినాళ్లలో.. అంటే కొద్ది సెకండ్ల వయసులో ఉన్నప్పుడే మాతృ నక్షత్ర మండల జతలు కలిసి పోయినప్పుడు ఇలాంటి కృష్ణ బిలాలు ఏర్పడి ఉండొచ్చని భావిస్తున్నారు. ఇవి అత్యంత సుదీర్ఘ తరంగధైర్ఘ్యాలు గల తరంగాలనూ సృష్టించాయని అనుకుంటున్నారు. ఈ నానో హెర్ట్జ్‌ పౌనఃపున్య గురుత్వాకర్షణ తరంగాలు విశ్వానికి సంబంధించిన కొన్ని రహస్యాలను నిక్షిప్తం చేసుకున్నాయనటంలో సందేహం లేదు. అందువల్ల కృష్ణ బిలాల పుట్టుక గురించి తెలుసుకోవటానికి తాజా పరిశోధన ఉపయోగపడగలదు.

* గడియారాల కచ్చితత్వమూ పెరగొచ్చు. మనం ఇప్పటివరకు తయారుచేసిన అత్యంత కచ్చితత్వంతో కూడిన గడియారం కూడా కొంత తేడాతో సమయాన్ని చూపుతుంది. తాజా అధ్యయనంలో సమయాన్ని లెక్కించటానికి ఉపయోగించిన పల్సార్లతో దీన్ని అధిగమించొచ్చు. ఇవి అత్యంత కచ్చితంగా సమయాన్ని సూచిస్తాయి. పల్సార్ల సాయంతో సమయాన్ని లెక్కించాలనే సిద్ధాంతమూ ఉంది. కాకపోతే అడుగు ముందుకు పడలేదు. కొత్త ప్రయోగ ఫలితాల పుణ్యమాని పల్సార్లతో సమయాన్ని లెక్కించే దిశగా సరికొత్త అడుగులు పడొచ్చు.

* సూర్యుడి నుంచి పెల్లుబికే కరోనల్‌ మాస్‌ భూమి వైపు దూసుకొస్తే ఉపగ్రహాల వంటివి దెబ్బతినే ప్రమాదముంది. దీంతో సమాచార ప్రసారానికి తీవ్ర విఘాతం ఏర్పడుతుంది. అందువల్ల సూర్యుడి నుంచి కరోనల్‌ మాస్‌ ఎలా వెలువడుతుంది? ఎలాంటి ప్రభావం చూపుతుంది? అనేవి తెలుసుకోవటం కీలకం. ఇందుకు తాజా ప్రయోగ సమాచారాన్ని ఉపయోగించుకోవచ్చు.

* ఇది చాలా భారీ ప్రయోగం. ఐఐటీ హైదరాబాద్‌, ఐఐటీ రూర్కీలో ఉన్న సూపర్‌ కంప్యూటర్లను ఇందుకు వినియోగిస్తున్నారు. ఈ ప్రయోగం కోసం రూపొందించిన విధానాలు కంప్యూటింగ్‌ సామర్థ్యాన్ని పెంచటానికి, కొత్త ఆల్గారిథమ్‌లను రూపొందించటానికి వాడుకోవచ్చు. దీన్ని సక్రమంగా వినియోగించుకుంటే మున్ముందు ఇంటర్నెట్‌ వేగం గణనీయంగా పుంజకోగలదు.

*  గురుత్వాకర్షణ తరంగాల సంకేతాలు చాలా సున్నితంగా ఉంటాయి. వీటిని గుర్తించటానికి మరింత పెద్ద యాంటెన్నాలు, సూక్ష్మగ్రాహ్య పరికరాలు అవసరం. ప్రస్తుతం వాడిన రేడియో టెలిస్కోప్‌లో ఇలాంటి ఆధునిక టెక్నాలజీలెన్నో ఉన్నాయి. ఇవన్నీ టెలిఫోన్‌ సిగ్నళ్ల వేగం పెంచటం వంటి వాటికీ ఉపయోగపడొచ్చు. మన్ముందు స్క్వేర్‌ కిలోమీటర్‌ అర్రే (ఎస్‌కేఏ) వంటి అధునాతన టెలిస్కోపులతో విశ్వాన్వేషణ మరింత విస్తృతం కావొచ్చనీ భావిస్తున్నారు.