মহাবিশ্বের বৃহত্তম গঠনের সন্ধানে

মহাজাগতিক বা কোপের্নিকাসের নীতি

কয়েক হাজার বছর ধরে আমরা ভেবে এসেছি, এই যে মহাবিশ্ব, নিশ্চয় তার মধ্যে মানুষের একটা বিরাট ভূমিকা আছে। আমরা ভেবেছি পৃথিবী মহাকাশের কেন্দ্রে অবস্থিত, পর্যবেক্ষণকারী হিসেবে আমাদের স্থান বিশেষ। প্রাচীন বিজ্ঞানীরা ভেবেছিলেন, মহাবিশ্বের পরিসর—আজ আমরা যা জানি—তার তুলনায় ছিল খুবই ছোট। তাঁরা ভাবতেন, আকাশের নক্ষত্ররা আমাদের খুব কাছে, গ্রিক দার্শনিকদের ধারণা অনুযায়ী মহাকাশের ব্যাস আমাদের বর্তমান সৌরজগতের আকার থেকে বড় ছিল না। এমনই ছোট ছিল তাঁদের মহাবিশ্ব।

১৫৪৩ সালে নিকোলাস কোপার্নিকাস তাঁর De revolutionibus orbium coelestium (খগোল গোলকদের ঘূর্ণন প্রসঙ্গে) বইতে লিখলেন, পৃথিবী নয়, সূর্যই আমাদের সৌরজগতের কেন্দ্র। বিজ্ঞান ও দর্শনজগতের জন্য সেটি ছিল একটি বিপ্লবী বক্তব্য। কিন্তু কোপার্নিকাসের মডেলে সূর্য ছিল মহাশূন্যের কেন্দ্রে, এ ছাড়া তিনি ভেবেছিলেন সূর্য ও আকাশের তারাদের নিজস্ব কোনো গতি নেই।

নক্ষত্রদের গতি সম্পর্কে তাঁর ধারণা প্রাচীন ব্যবিলনীয় ও গ্রিক জ্যোতির্বিদদের থেকে ভিন্ন ছিল না। তাঁরা ভাবতেন, দূরের তারারা এক বিশাল গোলকের পৃষ্ঠে নির্দিষ্ট স্থানে খচিত, নক্ষত্ররা স্থিত, গতিশীল নয়। আমরা আজ জানি, সবকিছুই গতিশীল, আর আমাদের সৌরজগৎ মহাবিশ্বের কেন্দ্রে নয়। শুধু আমাদের সৌরজগৎ নয়, এমনকি যে গ্যালাক্সিতে আমাদের বাস, সেই ছায়াপথ গ্যালাক্সিও মহাজগতের কেন্দ্রে অবস্থিত নয়। আধুনিক মহাজাগতিক বিজ্ঞান বলছে, আপাতদৃষ্টিতে এই সীমাহীন মহাবিশ্বের কেন্দ্র বলে কিছু নেই।

বিজ্ঞানীরা কোপার্নিকাসের মূল চিন্তাটিকে—অর্থাৎ পৃথিবী যে সৌরজগতের কেন্দ্রে নয়—বিস্তৃত করেছেন। তাঁরা বলছেন, পর্যবেক্ষণকারী হিসেবে এই মহাবিশ্বকে অবলোকন করার জন্য আমাদের অবস্থানটা বিশেষ কোনো অবস্থান নয়। এর অর্থ হলো, মহাবিশ্বকে যেকোনো জায়গা থেকেই দেখা হোক না কেন, মোটামুটিভাবে তা দেখতে একই রকম হবে। জ্যোতির্বিদেরা এই ধারণাটির নাম দিয়েছেন মহাজাগতিক নীতি (Cosmological Principle) বা কোপার্নিকাসের নীতি।

এই নীতির একটা অর্থ হলো বড় স্কেলে—অর্থাৎ একটা বড় অঞ্চলজুড়ে—মহাবিশ্বকে দেখতে একই রকম লাগবে। এই ব্যাখ্যা অনুসারে বড় স্কেলে মহাবিশ্বের গঠন মোটামুটিভাবে সমরূপ ও সমসত্ত্ব হবে, মহাশূন্যে গ্যালাক্সিদের বিতরণের ঘনত্ব—অর্থাৎ প্রতি ঘন আলোকবর্ষে বা প্রতি ঘন মেগাপার্সেকে গ্যালাক্সির সংখ্যা একই হবে। এখানে বলে রাখি, ১ পার্সেক দূরত্ব হলো ৩.২৬ আলোকবর্ষ, আর ১ মেগাপার্সেক হলো ১ মিলিয়ন বা ১০ লাখ পার্সেক। কোপের্নিকাসের নীতির অন্য একটি ব্যাখ্যা হলো, মহাবিশ্বের বৈশিষ্ট্য পর্যবেক্ষণকারীর অবস্থানের ওপর নির্ভর করবে না। এখন কথা হলো, এই স্কেলটি কত বড়? অর্থাৎ কোন স্কেল বা দূরত্ব পর্যন্ত আমরা গ্যালাক্সি বিতরণের অসমতাকে মেন নেব? 

পর্যবেক্ষণ

আধুনিক পর্যবেক্ষণ আকাশে গ্যালাক্সিদের বিতরণ সম্পর্কে কী বলছে? ৩০ বছর ধরে জ্যোতির্বিদেরা হাজার হাজার গ্যালাক্সির অবস্থান নির্ধারণ করেছেন। সেটা করতে গিয়ে তাঁরা আবিষ্কার করেছেন, মহাবিশ্বে গ্যালাক্সিরা সমসত্ত্বভাবে বিতরিত নয়। গ্যালাক্সিরা মহাকর্ষ শক্তির মাধ্যমে এসে অপরের কাছে আসে ঠিকই, কিন্তু তারা সমানভাবে ছড়ানো থাকে না, তারা সৃষ্টি করে বিশাল সুপারক্লাস্টার, যা কিনা অতিকায় গ্যালাক্সি দল। অনেক সময় তারা সৃষ্টি করে মহাকাশের বিরাট জায়গাজুড়ে ফিলামেন্ট-সুতোর মতো বক্ররেখা, অথবা কাগজের মতো দ্বিমাত্রিক তল। এর এই বিশালকায় গঠনগুলোর মাঝে থাকে শূন্যস্থান।

CfA2 দেয়াল

আমার মনে পড়ে, আমি যখন পিএইচডি করছিলাম, তখন জ্যোতির্বিদ মারগারেট গেলার ও জন হুকরা প্রথম বড় স্কেলের মহাবিশ্বের একটি মানচিত্র প্রকাশ করেন। সময়টা ছিল ১৯৮৯। এই মানচিত্রে একটি বিরাট গঠন দেখা যায়, যাকে CfA2 দেয়াল বলে অভিহিত করা হয় (ছবি ১)। অনেকে এটা নৃত্যরত মানুষ (dancing man) বলেও অভিহিত করেন। প্রায় ৫০০ মিলিয়ন আলোকবর্ষ দৈর্ঘ্যের ও ৩০০ মিলিয়ন আলোকবর্ষ প্রস্থের এই গঠনটি কিছুদিন আগেও আমাদের জানা মহাবিশ্বের সবচেয়ে বড় গঠন বলে বিবেচিত হতো।

স্লোন গ্যালাক্সি দেয়াল

এর ১৪ বছর পরে Sloan Digital Sky Survey (SDSS) অবলম্বনে রিচার্ড গট, মারিও জুরিক ও তাঁদের সহকর্মীরা আবিষ্কার করলেন—আমাদের থেকে প্রায় ১ বিলিয়ন আলোকবর্ষ দূরে—CfA2 দেয়াল থেকে প্রায় তিন গুণ দৈর্ঘ্যের একটি দেয়াল, যার নাম দেওয়া হলো স্লোন বিশাল দেয়াল। এখানে স্লোন ও CfA2 দেয়াল দুটোকেই একই ছবিতে দেখানো হলো (ছবি ১)। তবে এ ধরনের গ্যালাক্সি-দেয়াল পারস্পরিক মহাকর্ষীয় শক্তি দ্বারা সৃষ্ট নাকি বিগব্যাংয়ের পরপরই যে প্রাকৃতিক পরিস্থিতি ছিল, সেটার ফল এখনো নির্ধারিত হয়নি।

BOSS গ্যালাক্সি দেয়াল

আরও একটি বড় গ্যালাক্সি সমষ্টি ২০১৬ সালে SDSS-এর নতুন তথ্য থেকে জ্যোতির্বিদেরা আবিষ্কার করেছেন। যেহেতু এটি Baryon Spectroscopy Oscillation Survey (BOSS) নামে একটি নতুন বর্ণালি বিশ্লেষক যন্ত্র ব্যবহার করে পাওয়া গেছে, সে জন্য এই গঠনটির নাম দেওয়া হয়েছে BOSS দেয়াল। প্রায় ১ বিলিয়ন × ৮০০ মিলিয়ন × ৫০০ মিলিয়ন আলোকবর্ষজুড়ে চারটি বড় অতিকায় গ্যালাক্সি দলের ৮৩০টি গ্যালাক্সি নিয়ে এটি SDSS-এর তথ্য থেকে পাওয়া সবচেয়ে বড় গঠন (ছবি ২)। তবে ওই সব গ্যালাক্সি একে অপরের সঙ্গে মহাকর্ষ শক্তি দিয়ে যুক্ত হয়ে এই বিরাট গঠন সৃষ্টি করেছে কি না, সেটা এখনো পরিষ্কার নয়।

লানিয়াকেয়া সুপারক্লাস্টার

এবার আমাদের নিকটবর্তী এলাকার একটি অতিকায় গঠন নিয়ে আলোচনা করি। আমাদের গ্যালাক্সির ব্যাস হলো এক লাখ আলোকবর্ষ। আমাদের গ্যালাক্সি (ছায়াপথ) স্থানীয় গ্যালাক্সি সমষ্টির সদস্য। স্থানীয় গ্যালাক্সি সমষ্টি আবার ভার্গো বা কন্যা গ্যালাক্সি দলের সদস্য। কন্যা গ্যালাক্সি দলের মতো আরও অনেক গ্যালাক্সি দল মিলে সৃষ্টি করেছে এক অতিকায় সুপারক্লাস্টার, যার ব্যাস হলো ৫২০ মিলিয়ন আলোকবর্ষ। এই বিশাল এলাকাকে জ্যোতির্বিদেরা নাম দিয়েছেন লানিয়াকেয়া সুপারক্লাস্টার (ছবি ৩)। লানিয়াকেয়া নামটি এসেছে হাওয়াই দ্বীপের ভাষা থেকে। সেই ভাষায় লানি অর্থ হলো আকাশ, আর আকেয়া অর্থ হলো গণনার বাইরে। লানিয়াকেয়ার গ্যালাক্সিরা যে মহাকর্ষের বশে এই গঠনের সঙ্গে যুক্ত, সে বিষয়ে সন্দেহ নেই, কারণ সদস্য গ্যালাক্সিদের সুপারক্লাস্টারের কেন্দ্রের দিকে গতিবেগ আছে।

অতিকায় কোয়াসার সমষ্টি

এ ছাড়া জ্যোতির্বিদেরা কিছু কোয়াসার (গ্যালাক্সি) আবিষ্কার করেছেন, যেগুলো কিনা কয়েক বিলিয়ন আলোকবর্ষজুড়ে সুতার মতো একটা আকার সৃষ্টি করেছে (ছবি ৪)। তবে এসব আবিষ্কারের পরিসংখ্যানগত বিশ্লেষণ নিয়ে বিজ্ঞানীদের মতভেদ আছে। অনেকে বলছেন, বিজ্ঞানীরা যে পদ্ধতিতে বিশালকায় গঠন আবিষ্কার করছেন, তা ঠিক নয় এবং এখন পর্যন্ত যত বড় গঠন পাওয়া গেছে, সেগুলোকে সাধারণ বিগব্যাং মডেল দিয়ে ব্যাখ্যা করা যায়। কিন্তু বিশালকায় কোয়াসার সমষ্টির গঠন নতুন পর্যবেক্ষণের মধ্যে ক্রমাগতই পাওয়া যাচ্ছে। প্রসঙ্গত, ২০১৩ সালে একদল গবেষক গামা রশ্মি বিস্ফোরণের বিতরণ তথ্য থেকে প্রায় ২ থেকে ৩ বিলিয়ন আলোকবর্ষজুড়ে একটি গঠনের অস্তিত্ব দাবি করেন। যেহেতু অন্য কোনো তরঙ্গ দৈর্ঘ্যে এই আবিষ্কারকে সমর্থন করা যাচ্ছে না, সে জন্য এই গঠনটির অস্তিত্ব এখনো নিশ্চিত নয়।

কসমোলজিস্টদের মডেল

এখন পর্যন্ত যা দেখা যাচ্ছে তাতে মনে হচ্ছে, আমাদের মহাবিশ্বে বুদ্বুদের মতো গঠনের আধিক্য অনেক। গ্যালাক্সিগুলো একমাত্রিক সুতার মতো ফিলামেন্ট কিংবা দ্বিমাত্রিক চাদরের মতো গঠন সৃষ্টি করে বুদ্বুদের আকারের ওপর ছড়িয়ে আছে। তাই গ্যালাক্সি সুতা ও চাদরের মধ্যে রয়েছে বিশালকায় শূন্যস্থান, যার ব্যাস কয়েক শ মিলিয়ন আলোকবর্ষ হতে পারে। SDSS-এর তথ্য ব্যবহার করে পাঠক অনায়াসেই এটা নিজেই আবিষ্কার করতে পারেন। ৫ নম্বর ছবিতে আমি এ রকম একটি বিতরণ দেখিয়েছি। এখানে প্রায় ১ বিলিয়ন আলোকবর্ষজুড়ে ২৪ হাজার গ্যালাক্সির বিতরণ দেখানো হয়েছে। ওই ছবি থেকে বোঝা যাচ্ছে যে গ্যালাক্সিগুলোর বিতরণ সমসত্ত্ব নয়।

মহাবিশ্বের উত্পত্তি ও পরবর্তী সময়ে তার গঠন ও প্রসারণ নিয়ে যে বিজ্ঞানীরা গবেষণা করেন, তাঁদের কসমোলজিস্ট (Cosmologist) বা মহাজাগতিক বিজ্ঞানী বলা হয়। কসমোলজিস্টরা মনে করেন, মহাবিশ্বের শুরুতে যদি স্ফীতিতত্ত্ব (Inflation) কাজ করে, তবে একধরনের ‘স্কেলার’ ক্ষেত্র কোয়ান্টাম হ্রাস-বৃদ্ধির (Fluctuation) মধ্য দিয়ে যায়, যা কিনা পরে বস্তু ও শক্তির ঘনত্বের হ্রাস-বৃদ্ধি হিসেবে প্রকাশ পায়। আরও পরে ফোটন কণার চাপ বস্তুকণাকে দূরে ঠেলে একটি গোলকের আকার সৃষ্টি করে (যাকে ব্যারিয়ন দোলন বলা হয়), সেই আকার মহাবিশ্বের প্রসারণের ফলে এখন প্রায় ৫০০ মিলিয়ন আলোকবর্ষ স্থানজুড়ে বিস্তৃত। কাজেই বিশাল শূন্যস্থান ও সুতার মতো গ্যালাক্সি দলের বিতরণ অপ্রত্যাশিত নয়। অর্থাৎ বিগব্যাং হওয়ার পর কোয়ান্টাম ফ্লাকচুয়েশন এবং পরে আলো ও বস্তুর মধ্যে মিথষ্ক্রিয়ায় মহাবিশ্বের বর্তমান গঠন অনেকটা নির্ধারিত হয়। একে রবার্টসন-ওয়াকার কনকর্ডান্স বা ঐক্য মডেল (Robertson-Walker বা R-W Concordance Model) বলা হয়। মডেলটি আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতা তত্ত্বের ভিত্তিতে গঠিত। SDSS-এর তথ্য বিশ্লেষণ করে ৫০০ মিলিয়ন স্কেলটি পাওয়া গেছে।

কাজেই R-W কনকর্ডান্স মডেলে ৫০০ মিলিয়ন থেকে বড় স্কেলের কোনো গঠন মহাজগতে থাকার কথা নয়। তবে অনেক বিজ্ঞানী জটিল পরিসংখ্যানগত বিশ্লেষণ করে বলছেন ১ বিলিয়ন (বা ১০০০ মিলিয়ন) আলোকবর্ষ আকারের বিশাল গঠন R-W মডেল থেকে পাওয়া যেতে পারে। অর্থাৎ মহাবিশ্বকে ১০০০ মিলিয়ন আলোকবর্ষ স্কেলের ওপর সমসত্ত্ব ধরে নেওয়া যেতে পারে, মহাজাগতিক বা কোপার্নিকাস নীতি শুধু ওই বিশাল আকারের বাইরে প্রয়োগ করা যেতে পারে।

তাহলে ১ বিলিয়ন আলোকবর্ষের ওপর যেসব গঠন পাওয়া যাচ্ছে, সেগুলো কি কোপার্নিকাস নীতিকে সমর্থন করছে না? নাকি সেগুলো ডেটা বিশ্লেষণের পরিসংখ্যানগত ত্রুটি? R-W মডেলে গুপ্ত বা অজানা বস্তু, গুপ্ত বা অজানা শক্তি, বস্তু-ঘনত্বের হ্রাস-বৃদ্ধি, ব্যারিয়ন ভর, নিউট্রিনো ভর, ব্যারিয়ন দোলন, ইত্যাদি বহু পরিমাত্রার ওপর নির্ভর করে। এই পরিমাত্রাগুলোর কিছু পর্যবেক্ষণ থেকে আহরিত, কিছু কসমোলজির তত্ত্ব থেকে গৃহীত।

আগেই উল্লেখ করেছি, R-W মডেল একটি সাধারণ আপেক্ষিকতা তত্ত্ব। স্বল্পসংখ্যক বিজ্ঞানী বড় স্কেলে সাধারণ আপেক্ষিকতা কাজ করে কি না, তা নিয়ে সন্দেহ পোষণ করলেও যেহেতু এই তত্ত্বটি মহাবিশ্বের সার্বিক গঠনকে ব্যাখ্যা করতে পারে, সে জন্য সেটির পরিবর্ধনের কোনো কারণ বেশির ভাগ বিজ্ঞানীরা দেখেন না। তবে ১ বিলিয়ন আলোকবর্ষ থেকে বড় অতি বিশাল গঠনের অস্তিত্ব যদি সত্যিই প্রমাণ হয়, তাহলে গবেষকদের বোধ হয় R-W কনকর্ডান্স মডেলে কিছু পরিবর্তন আনতে হবে। তবে বিজ্ঞানের পথই এ রকম। প্রচলিত ধারণাকে পাল্টে দিয়ে নতুন দিগন্ত উন্মোচন করাই তার কাজ। কোপার্নিকাসের দিন এখনো শেষ হয়নি। 

* লেখাটি বিজ্ঞানচিন্তার মার্চ ২০১৮ সংখ্যায় প্রকাশিত