মহাজাগতিক রশ্মির মহারহস্য

কোনো শব্দের সঙ্গে ‘মহা’ যুক্ত থাকলে মনে হয়, একটা বিশাল কিছু। হুলুস্থুল কোনো ব্যাপার। মহাজাগতিক রশ্মির বিষয়টাও অনেকটা সে রকম। এ মহাঘটনা ১০০ বছরের বেশি পুরোনো।

মহাজাগতিক রশ্মির ইতিহাসের সূচনা হয়েছিল অস্ট্রিয়ান বংশোদ্ভূত মার্কিন বিজ্ঞানী ভিক্টর ফ্রান্সিস হেসের হাত ধরে। এর আগে অনেক বছর ধরেই বায়ুমণ্ডলে আয়নিত বিকিরণের মাত্রা নিয়ে বেশ হিমশিম খাচ্ছিলেন বিজ্ঞানীরা। সে যুগে অনেকের ধারণা ছিল, পৃথিবীর যত ওপরে ওঠা যাবে, এই বিকিরণের মাত্রা তত কমতে থাকবে। কারণ, তখন বিজ্ঞানীদের বিশ্বাস ছিল, তেজস্ক্রিয় বিকিরণের উৎস পৃথিবী। এ নিয়ে একটা সূত্র দাঁড় করিয়ে ফেললেন বিজ্ঞানীরা। সেটা অনেকটা এ রকম—কোনো জায়গার তেজস্ক্রিয়তার পরিমাণ হবে দূরত্বের বর্গফলের ব্যস্তানুপাতিক, অর্থাৎ কোনো জায়গায় তেজস্ক্রিয় বস্তু রেখে তার ১ মিটার দূরে ডিটেক্টর রাখলে যে পরিমাণ তেজস্ক্রিয়তা পাওয়া যাবে, দুই মিটার দূরে রেখে মাপলে তেজস্ক্রিয়তার পরিমাণ হবে চার ভাগের এক ভাগ।

ব্যাপারটা সত্যি কি না, সেটাই পরীক্ষা করতে দেখতে চাইলেন তরুণ বিজ্ঞানী ফ্রান্সিস হেস। সে জন্য বেলুনে চেপে আকাশে উড়লেন তিনি। একবার নয়, একাধিকবার মহাশূন্যে বেলুনে ভেসে বায়ুমণ্ডলের ওপরের অংশে গবেষণা চালাতে লাগলেন। ১৯১১ থেকে ১৯১৩ সাল পর্যন্ত ইলেকট্রোস্কোপ ব্যবহার করে পৃথিবীর ওপর আয়নিত বিকিরণ মাপেন হেস। কিন্তু তাঁর পরিমাপে সে কালের বিজ্ঞানীদের ধারণা ভুল প্রমাণিত হলো। দেখা গেল, প্রায় ১৭ হাজার ফুট বা প্রায় ৩ মাইল উচ্চতায় ভূপৃষ্ঠের তুলনায় অন্তত দ্বিগুণ বিকিরণ রয়েছে। কাজেই এ বিকিরণ অবশ্যই পৃথিবী থেকে আসছে না। তাহলে কোথা থেকে আসছে?

এক বৈজ্ঞানিক গবেষণাপত্রে ব্যাখ্যাটা দিলেন হেস। তিনি ঘোষণা করেন, ‘আকাশের ওপর থেকে আমাদের বায়ুমণ্ডলে খুবই উচ্চ শক্তির বিকিরণ ঢুকছে।’

এরপর একবার সূর্যগ্রহণের সময়ও বেলুনে চেপে আকাশে ওঠেন তিনি। ইলেকট্রোস্কোপে বিকিরণ মাপেন। হিসাবমতো, সূর্যগ্রহণের সময় সূর্য থেকে আসা বিকিরণ চাঁদে বাধা পাওয়ার কথা। কাজেই এর উৎস যদি সূর্য হয়ে থাকে, তাহলে বিকিরণের মাত্রা কম হওয়ার কথা। কিন্তু বিকিরণের মাত্রা মেপে বিস্ময়ে হাঁ হয়ে গেলেন হেস। পরিমাপে বিকিরণের তীব্রতার কোনো হেরফের পাওয়া গেল না। কাজেই এ বিকিরণ অবশ্যই সূর্য থেকে আসছে না। তাহলে কোথা থেকে আসছে?

যৌক্তিকভাবে হেস সিদ্ধান্ত এলেন, এসব বিকিরণ যদি সূর্য থেকে না এসে থাকে, তাহলে অবশ্যই বাইরের গভীর মহাকাশ থেকে আসছে। ১৯১৩ সালে এক বৈজ্ঞানিক সম্মেলনে হেস এই ব্যাখ্যা প্রকাশ করলেন। অচিরেই তাঁর সিদ্ধান্ত গ্রহণ করেন বিজ্ঞানীরা। এর প্রায় এক দশক পর এ বিষয়ে গবেষণা চালান মার্কিন বিজ্ঞানী রবার্ট মিলিকান। তিনিও একই ফল পেলেন। এই মিলিকানই এ বিকিরণের নামকরণ করেন কসমিক রে। যাহোক, এই গবেষণার কারণে ১৯৩৬ সালে নোবেল পুরস্কার পান ভিক্টর ফ্রান্সিস হেস।

সত্যি বলছি, প্রতিদিন লাখ লাখ উচ্চগতির মহাজাগতিক কণা আমাদের পৃথিবীতে আছড়ে পড়ছে, কিন্তু সেগুলো কোথা থেকে আসছে, তা কারও জানা নেই। তাই মহাজাগতিক রশ্মির ব্যাপারটা আমাদের কাছে এখনো রহস্যময়। কারণ, মহাবিশ্বে আমরা যেসব বস্তু সম্পর্কে জানি, তা দিয়ে এগুলোর ব্যাখ্যা করা যায় না। কাজেই কোনো কোনো বিজ্ঞানী মনে করেন, মহাবিশ্বে হয়তো এমন কোনো বস্তুও থাকতে পারে, যাদের সম্পর্কে আমাদের এখনো কিচ্ছু জানা নেই। অবিশ্বাস্য!

প্রশ্ন আসতে পারে, হাজার হাজার বছর ধরে মহাবিশ্ব নিয়ে নিত্যনতুন যন্ত্রপাতি দিয়ে পরীক্ষা-নিরীক্ষা করার পরও এমন কি হওয়া সম্ভব? মহাবিশ্বের কোনো কিছু কি এখনো আমাদের জানা বা দেখা বাকি রয়ে গেছে?

৩

কেউ যদি আপনার দিকে অতি উচ্চশক্তির কোনো কিছু ছুড়ে মারেন, তাহলে প্রথম কাজটি হবে চারদিকে তাকিয়ে সেটা কোথা থেকে আসছে, তা খুঁজে বের করা। উচ্চ গতিশক্তির মহাজাগতিক রশ্মির উৎস খুঁজে বের করতে বিজ্ঞানীরাও ঠিক সেই কাজই করেন। কিন্তু তাতে সফল না হওয়ার পেছনে বেশ কিছু কারণ আছে। সেসব কারণেই আসলে মহাজাগতিক রশ্মি আমাদের কাছে এখনো অমীমাংসিত এক হেঁয়ালি। অত্যুচ্চ গতিশক্তির মহাজাগতিক রশ্মির উৎস সন্ধানে বিজ্ঞানীরা মূলত দুটি প্রধান সমস্যার মুখোমুখি হন। প্রথমত, এ ধরনের রশ্মি পৃথিবীতে আঘাত হানে প্রায় হাজার বছরে একবার। দ্বিতীয়ত, টার্গেট হিসেবে পৃথিবী অনেক অনেক বড়।

প্রথম সমস্যাটার কথা একটু খুলে বলি। ১০১৩ ইলেকট্রন ভোল্ট বা এলএইচসির সমমানের কণাগুলো পৃথিবীতে আসে প্রতি সেকেন্ডে প্রতি বর্গকিলোমিটারে প্রায় এক হাজার হারে। অন্যদিকে ১০১৮ ইলেকট্রন ভোল্টের কণাগুলো সে তুলনায় একটু বিরল। প্রতিবছর প্রতি বর্গকিলোমিটারে আঘাত হানে এদের মাত্র একটি। কিন্তু অতি উচ্চশক্তির কণা বা ১০২০ ইলেকট্রন ভোল্টের কণাগুলো আরও বিরল। প্রায় এক হাজার বছরে প্রতি বর্গকিলোমিটারে মোটামুটি একটি মাত্র কণা পৃথিবীতে আঘাত হানে। এটাই অতিউচ্চ গতিশক্তির কণাগুলো কোথা থেকে আসছে, তা নির্ধারণের কাজটা কঠিন করে তুলেছে। এখন পর্যন্ত মাত্র হাতে গোনা কয়েকটা কণাই শনাক্ত করা সম্ভব হয়েছে। কিন্তু তাদের উৎস শনাক্ত করার জন্য তা যথেষ্ট নয়। অনেক বড় কোনো ডিটেক্টর তৈরি করা হলেও, এদের শনাক্ত করার সম্ভাবনা একেবারেই কম।

এত হতাশার মধ্যে একটা ভালো খবরও আছে। বেশ কিছু পরীক্ষা-নিরীক্ষার পর বিজ্ঞানীরা ইঙ্গিত পেয়েছেন, এর উৎস খুব বেশি দূরের হতে পারে না। কারণ, অনেক দূরের উৎস হলে, তা আমাদের কাছে আসতে আসতে মহাকাশে ছড়িয়ে থাকা অন্যান্য ফোটোনিক কুয়াশা বা মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রাউন্ড রেডিয়েশনের সঙ্গে মিথস্ক্রিয়া করে তার শক্তি অনেক কমে যেত। তার মানে, সেগুলো হয় তুলনামূলক পার্শ্ববর্তী কোনো উৎস থেকে আসছে, নয়তো পৃথিবীতে যে গতিশক্তিতে আছড়ে পড়ছে, তাদের প্রকৃত গতিশক্তি আসলে তার চেয়ে অনেক গুণ বেশি। তবে বিজ্ঞানীরা প্রথম ধারণটিই সঠিক বলে মনে করেন। মানে, ‘আমরা খুবই বিস্ময়কর একটা সিদ্ধান্তে পৌঁছাচ্ছি। সেটা হলো, আমাদের কাছেই কোথাও থেকে কণাগুলো ওই পাগলাটে শক্তি নিয়ে ছুটে আসছে। কিন্তু সেগুলো কী, এ সম্পর্কে আমরা কিছুই জানি না।’

এবার দ্বিতীয় সমস্যাটি নিয়ে কিছু কথা বলা যাক। অতি উচ্চ গতিশক্তির কণাগুলো প্রথমে পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলে আঘাত হানে। সরাসরি ভূপৃষ্ঠে এসে পড়ে না। তা ঘটলে পৃথিবীর জীবজগৎ ধ্বংস হয়ে যেত অনেক আগেই। সে জন্য পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের অনেক বড় একটা ভূমিকা রয়েছে। বায়ুমণ্ডলের বাতাস ও গ্যাসের অণুর সঙ্গে সংঘর্ষে ১০২০ গতিশক্তির কণাগুলো ভেঙে দুই টুকরা হয়ে যায়। তাদের শক্তিও হয়ে যায় অর্ধেক। খণ্ডিত কণাগুলোর এরপর আরও বাতাস ও গ্যাসের অণুর সঙ্গে সংঘর্ষ ঘটে। তাতে দুই ভাগে খণ্ডিত কণাগুলো আবার ভেঙে যায়। তাদের শক্তি বিভক্ত হয়ে যায় চার ভাগে। বিজ্ঞানীদের হিসাবে, এভাবে ভাঙনপ্রক্রিয়া কয়েক ধাপে চলতে চলতে অতিউচ্চ গতিশক্তির কণার শক্তি বিশ্লিষ্ট হয়ে ১০৯ ইলেকট্রন ভোল্টের অসংখ্য কণা তৈরি হয়। কণার এই ঝরনাধারা সাধারণত এক বা দুই কিলোমিটার প্রশস্ত হয়ে ভূপৃষ্ঠের দিকে নেমে আসতে থাকে। এদের মধ্যে থাকে উচ্চশক্তির ফোটন (গামারশ্মি), ইলেকট্রন, পজিট্রন ও মিউয়ন। এ রকম বিস্তৃত ও শক্তিশালী ঝরনাধারা দেখেই বিজ্ঞানীরা বুঝতে পারেন, পৃথিবীতে অতি উচ্চশক্তির কোনো কণা আঘাত হেনেছে।

কিন্তু সমস্যা হলো, এক বা দুই মাইলজুড়ে ছড়িয়ে–ছিটিয়ে পড়া কণার ঝরনা দেখার জন্য দরকার অনেক বড় টেলিস্কোপ বা ডিটেক্টর। কিন্তু এ রকম এক বা একাধিক মাইলজুড়ে কণা ডিটেক্টর তৈরি করতে আমরা সক্ষম হইনি। বিজ্ঞানীরা সে জন্য বিকল্প একটি পদ্ধতির আশ্রয় নেন। অনেকগুলো ছোট ছোট পার্টিকেল ডিটেক্টর বেশ দূরে দূরে বসিয়ে সামগ্রিকভাবে বড় একটা ডিটেক্টর তৈরি করেন। দক্ষিণ আমেরিকায় স্থাপিত পিয়ের অগার অবজারভেটরি এ রকমই একটি টেলিস্কোপ। প্রায় ৩ হাজার বর্গকিলোমিটার এলাকাজুড়ে ১ হাজার ৬০০টি ছোট ছোট পার্টিকেল ডিটেক্টর বসানো হয়েছে। এই বিশেষ টেলিস্কোপ দিয়ে সত্যিই বেশ বড় এলাকাজুড়ে অতি উচ্চগতির মহাজাগতিক রশ্মি শনাক্ত করার জন্য অনুসন্ধান চালানো সম্ভব। কিন্তু আগেই বলেছি, প্রতি হাজার বছরে প্রতি বর্গকিলোমিটারে এই অতি উচ্চগতিশক্তির কণাগুলো মাত্র একবার পাওয়া যায়। কাজেই বছরের পর বছর চেষ্টা করেও এই রহস্যের মীমাংসা করতে পারছেন না বিজ্ঞানীরা। আবার গোটা পৃথিবীর সঙ্গে তুলনা করলে ৩ হাজার বর্গকিলোমিটার বেশ ছোট একটা জায়গা। তাই দক্ষিণ আমেরিকায় টেলিস্কোপ তাক করে বিজ্ঞানীরা দিনরাত বসে থাকলেও, এই মুহূর্তে হয়তো পৃথিবীর অন্য কোথাও আঘাত হানছে ওই সব কণা। কাজেই সেটা শনাক্তের জন্য এর চেয়ে আরও বড় টেলিস্কোপ নির্মাণ করতে হবে। সেটা হতে পারে, গোটা পৃথিবীর সমান আকারের। কিন্তু সে জন্য দরকার প্রচুর অর্থ বরাদ্দ। বলে রাখা ভালো, অগার টেলিস্কোপের নির্মাণ খরচ প্রায় ১০০ মিলিয়ন মার্কিন ডলার। ফলে এত বড় টেলিস্কোপ নির্মাণের জন্য প্রয়োজনীয় অর্থ বরাদ্দ পাচ্ছেন না বিজ্ঞানীরা। সব মিলিয়ে মহাজাগতিক রশ্মির রহস্যের কিনারাও করা যাচ্ছে না।

৪

বিজ্ঞানীরাও কম যান না। এই কণাগুলো পরীক্ষা করার সরাসরি সুযোগ না পেলেও তাত্ত্বিক চিন্তাভাবনাতে তো বাধা নেই। তাই মাথা খাটিয়ে বেশ কজন বিজ্ঞানী এই মহাজাগতিক রশ্মির উৎস বোঝার চেষ্টা করেছেন। এতে কিছু জ্যোতির্বিজ্ঞানী যে সৃজনশীল মানুষ, সে বিষয়ে নিশ্চিত হওয়া গেছে। যেমন একদল বিজ্ঞানীর ধারণা, অতি উচ্চশক্তির কণাগুলো আসছে গ্যালাক্সির কেন্দ্রে থাকা কোনো অতিভারী ও অতিশক্তিশালী কৃষ্ণগহ্বর থেকে। এসব কৃষ্ণগহ্বরের ভর হয়তো আমাদের সূর্যের চেয়ে কয়েক হাজার বা কয়েক লাখ গুণ বেশি হতে পারে। ওই কৃষ্ণগহ্বর তার চারপাশের সবকিছু অনবরত গিলে ফেলছে ক্ষুধার্ত জানোয়ারের মতো। গিলে ফেলার অপেক্ষায় প্রতিনিয়ত তার চারপাশে জড়ো হচ্ছে বিপুল পরিমাণ গ্যাস ও ধূলিকণা। সেগুলো কৃষ্ণগহ্বরকে কেন্দ্র করে ঘুরছে অকল্পনীয় প্রচণ্ড বেগে। সেগুলোর শেষ গন্তব্য অবশ্য কৃষ্ণগহ্বরের ক্রমবর্ধমান পেট। প্রচণ্ড বেগে ঘুরতে গিয়ে এসব গ্যাস ও ধূলিকণা শক্তিশালী বলের প্রভাবে তীব্র বিকিরণ নিঃসরণ করছে। এই বিজ্ঞানীদের ধারণা, সেগুলোই বিপুল বেগে প্রচণ্ড শক্তি নিয়ে ছুটে আসছে পৃথিবীতে। তবে এই ধারণা শেষ পর্যন্ত ধোপে টেকেনি। কারণ, হাতে গোনা যেসব অতি উচ্চশক্তির মহাজাগতিক রশ্মি আমরা পর্যবেক্ষণ করেছি, তার উৎস গ্যালাক্সিকেন্দ্রের এসব কৃষ্ণগহ্বর নয় বলে প্রমাণ পাওয়া গেছে।