ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు విశ్వం గురించి మనకున్న అవగాహనను సవాలు చేసే కీలక ఆవిష్కరణల దిశగా పయనిస్తున్నారు. ఒకవైపు విశ్వం ఆవిర్భవించిన తొలినాళ్లలో ఏర్పడిన గెలాక్సీని కనుగొనే ప్రయత్నం జరుగుతుండగా, మరోవైపు మన సొంత గెలాక్సీ కేంద్రంలోనే అంతుచిక్కని రహస్యాలను ఛేదించే పరిశోధనలు ముమ్మరంగా సాగుతున్నాయి.
తొలినాటి గెలాక్సీని కనుగొన్న జేమ్స్ వెబ్?
నాసాకు చెందిన జేమ్స్ వెబ్ స్పేస్ టెలిస్కోప్ (JWST) బంధించిన ఒక మసక నారింజ రంగు చుక్క, ఇప్పటివరకు కనుగొన్న గెలాక్సీలన్నింటికంటే అత్యంత పురాతనమైనది కావచ్చు. ‘కాపోటారో’ (Capotauro) అని అనధికారికంగా పిలవబడుతున్న ఈ వస్తువు, మహా విస్ఫోటనం (Big Bang) జరిగిన కేవలం 90 మిలియన్ సంవత్సరాల తర్వాత ఏర్పడినట్లు శాస్త్రవేత్తలు అంచనా వేస్తున్నారు. ఇది నిజమైతే, విశ్వంలో మనకు తెలిసిన మొట్టమొదటి గెలాక్సీ ఇదే కావచ్చు.
గెలాక్సీల ఆవిర్భావపు తొలి దశలను ఆవిష్కరించే లక్ష్యంతో చేపట్టిన ‘కాస్మిక్ ఎవల్యూషన్ ఎర్లీ రిలీజ్ సైన్స్’ (CEERS) సర్వేలో భాగంగా ఈ ఆవిష్కరణ జరిగింది. ఇది ఇంకా ధృవీకరించబడనప్పటికీ, ‘కాపోటారో’ వయసు నిజమే అయితే, ఇది మునుపటి రికార్డు హోల్డర్ ‘MoM-z14’ (ఇది మహా విస్ఫోటనం తర్వాత సుమారు 280 మిలియన్ సంవత్సరాలకు ఏర్పడింది) కంటే చాలా పురాతనమైనది అవుతుంది.
విశ్వం ఆరంభంలో ప్రోటోగెలాక్సీలు ఉద్భవించడానికి కొన్ని వందల మిలియన్ సంవత్సరాలు పడుతుందని ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పటివరకు భావిస్తున్నారు. కానీ ఇంత పురాతన వస్తువు ఉనికి, నక్షత్రాలు ఏర్పడే వేగం మరియు విధానాలపై ఉన్న ప్రస్తుత అంచనాలను సవాలు చేస్తోంది.
కాస్మిక్ క్యాలెండర్‌లో ‘మూడవ రోజు’
ఈ వస్తువు యొక్క అధికారిక హోదా CEERS ID U-100588. అయితే, పరిశోధనా బృందం దీనికి ఇటలీలోని టస్కనీ మరియు ఎమిలియా-రొమాగ్నా సరిహద్దుల్లోని ఒక పర్వతం పేరు మీద ‘కాపోటారో’ అని ముద్దుపేరు పెట్టింది. ఐఎఫ్‌ఎల్‌సైన్స్ ప్రకారం, ‘కాపోటారో’ నుండి వెలువడిన కాంతి, మహా విస్ఫోటనం తర్వాత కేవలం 90 మిలియన్ సంవత్సరాలకే ప్రయాణం ప్రారంభించింది. ఈ కాలాన్ని శాస్త్రవేత్తలు ‘కాస్మిక్ డాన్’ (విశ్వ ఉదయం) అని పిలుస్తారు.
దీనిని సులభంగా అర్థం చేసుకోవడానికి, శాస్త్రవేత్తలు తరచుగా ‘కాస్మిక్ క్యాలెండర్’ అనే పోలికను ఉపయోగిస్తారు. ఈ పద్ధతిలో, విశ్వం యొక్క 13.8 బిలియన్ సంవత్సరాల ఆయుష్షును ఒకే భూసంవత్సరంగా కుదిస్తారు. ఈ క్యాలెండర్ ప్రకారం, విశ్వం జనవరి 1న ప్రారంభమైతే, ‘కాపోటారో’ జనవరి 3వ తేదీనే ఏర్పడింది. పోల్చి చూస్తే, మన పాలపుంత (Milky Way) మార్చి 1 వరకు ఉనికిలోకి రాలేదు, ఇక ఆధునిక మానవులు (హోమో సేపియన్స్) డిసెంబర్ 31 రాత్రి 11:52 గంటలకు ఉద్భవించారు.
గత రికార్డు హోల్డర్ ‘MoM-z14’, ఇదే క్యాలెండర్‌లో జనవరి 8న ఏర్పడిందని అంచనా. ‘కాపోటారో’ దూరం ధృవీకరించబడితే, అది అంతకంటే చాలా రోజుల ముందే, అంటే దాదాపు 200 మిలియన్ సంవత్సరాల ముందే ఏర్పడినట్లు అవుతుంది.
కొనసాగుతున్న సందేహాలు
ఈ ఆవిష్కరణ ఉత్సాహాన్ని రేకెత్తిస్తున్నప్పటికీ, ‘కాపోటారో’ నిజంగా గెలాక్సీయేనా అనే విషయంపై ఇంకా స్పష్టత రాలేదని పరిశోధకులు హెచ్చరిస్తున్నారు. ఆ వస్తువు యొక్క ఎరుపు రంగు మరియు ప్రకాశానికి ఇతర కారణాలు కూడా ఉండవచ్చు. ఐఎఫ్‌ఎల్‌సైన్స్ కథనం ప్రకారం, ఇది విశ్వ ధూళితో నిండిన నగరంగా (dusty star city) ఉండవచ్చని, ధూళి కారణంగా దాని కాంతి ఎర్రబారి, మసకగా కనిపిస్తుండవచ్చని కొందరు నిపుణులు సూచిస్తున్నారు. లేదా అది మన పాలపుంతలోనే ఉన్న బ్రౌన్ డ్వార్ఫ్ లేదా స్వేచ్ఛగా తేలియాడే గ్రహం వంటి చల్లని వస్తువు కూడా కావచ్చు.
మరో అసాధారణమైన సిద్ధాంతం ఏమిటంటే, ఇది ‘బ్లాక్ హోల్ స్టార్’ (black hole star) కావచ్చు. ఇది సైద్ధాంతికంగా మాత్రమే ప్రతిపాదించబడిన వస్తువు. ఇందులో ఒక కృష్ణ బిలం (black hole) చుట్టూ దట్టమైన హైడ్రోజన్ వాయువు ఆవరించి ఉంటుంది. ఇలాంటి వాటిని ప్రత్యక్షంగా ఎప్పుడూ గమనించనప్పటికీ, ఇలాంటి అత్యంత ప్రకాశవంతమైన సంకేతాలకు ఇదొక కారణంగా ఉండవచ్చని భావిస్తున్నారు.
ఈ సమాచారం మరియు విశ్లేషణ ‘ఆస్ట్రానమీ & ఆస్ట్రోఫిజిక్స్’ జర్నల్‌కు సమర్పించబడిన ఒక పత్రంలో అందుబాటులో ఉంది మరియు ప్రీప్రింట్ సర్వర్ ఆర్‌కైవ్ (arXiv)లో ప్రచురించబడింది. ఈ అధ్యయనం ఇంకా పీర్-రివ్యూ దశలో ఉంది, కాబట్టి శాస్త్ర సమాజం ఈ ఫలితాలను ఆసక్తితో పాటు, జాగ్రత్తగా పరిశీలిస్తోంది.
పాలపుంత కేంద్రంలో వింత వెలుగు: డార్క్ మ్యాటర్ సంకేతమా?
ఒకవైపు జేమ్స్ వెబ్ విశ్వం ఆరంభాన్ని చూస్తుండగా, మరోవైపు ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు మన సొంత పాలపుంత నడిబొడ్డున ఉన్న మరో పెద్ద రహస్యాన్ని ఛేదించే పనిలో ఉన్నారు. పాలపుంత కేంద్రం నుండి వెలువడుతున్న ఒక వింత గామా-కిరణాల వెలుగు (gamma-ray glow), చాలాకాలంగా శాస్త్రవేత్తలు వెతుకుతున్న డార్క్ మ్యాటర్ కణాలు పరస్పరం ఢీకొని నాశనం చేసుకోవడం (annihilation) వల్ల వస్తున్న సంకేతం కావచ్చని కొత్త ఆధారాలు సూచిస్తున్నాయి.
పాలపుంత వంటి గెలాక్సీలపై జరిపిన తాజా సిమ్యులేషన్ల ద్వారా ఈ పరిశోధన జరిగింది. ఈ రహస్యమైన, అదనపు గామా రేడియేషన్‌కు కారణం ‘మిల్లీసెకండ్ పల్సార్లు’ అయి ఉండటానికి ఎంత అవకాశం ఉందో, ‘డార్క్ మ్యాటర్ అనైహిలేషన్’ కావడానికి కూడా అంతే అవకాశం ఉందని, బహుశా డార్క్ మ్యాటర్ సిద్ధాంతానికే కొంచెం ఎక్కువ బలం చేకూరుతోందని ఈ కొత్త పరిశోధన చూపిస్తోంది.
“విశ్వంలో డార్క్ మ్యాటర్ ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది మరియు గెలాక్సీలను కలిపి ఉంచుతుంది. ఇది చాలా కీలకమైనది మరియు దానిని ఎలా గుర్తించాలా అని మేము నిరంతరం ఆలోచిస్తున్నాము” అని జాన్స్ హాప్కిన్స్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన ఆస్ట్రోఫిజిసిస్ట్ జోసెఫ్ సిల్క్ అన్నారు. “గామా కిరణాలు, ముఖ్యంగా మన గెలాక్సీ కేంద్రంలో మనం గమనిస్తున్న ఈ అదనపు కాంతి, మనకు లభించిన మొదటి క్లూ కావచ్చు.”
రెండు ప్రధాన సిద్ధాంతాలు
ఈ గామా-కిరణాల వెలుగును ‘గెలాక్టిక్ సెంటర్ GeV ఎక్సెస్’ (GCE) అని పిలుస్తారు. 2009లో నాసాకు చెందిన ఫెర్మీ గామా-రే స్పేస్ టెలిస్కోప్ డేటాలో దీనిని కనుగొన్నప్పటి నుండి ఇది ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలను గందరగోళానికి గురిచేస్తోంది. గెలాక్సీ కేంద్రంలో ఏదో ఒకటి విశ్వంలో అత్యంత శక్తివంతమైన కాంతి రూపమైన గామా కిరణాలను ఉత్పత్తి చేస్తోంది, కానీ ఆ ‘ఏదో ఒకటి’ ఏమిటో శాస్త్రవేత్తలు ఇంకా కచ్చితంగా తేల్చలేకపోయారు.
దీనికి రెండు ప్రధాన కారణాలు ఉండవచ్చని భావిస్తున్నారు. ఒకటి డార్క్ మ్యాటర్. విశ్వంలో అదనపు గురుత్వాకర్షణకు కారణమవుతున్న ఈ రహస్య పదార్థాన్ని మనం ప్రత్యక్షంగా గుర్తించలేము. డార్క్ మ్యాటర్ అంటే ఏమిటో మనకు తెలియదు, కానీ ‘వీక్లీ ఇంటరాక్టింగ్ మ్యాసివ్ పార్టికల్స్’ (WIMPs) అనేవి ఒక సైద్ధాంతిక అభ్యర్థి. శాస్త్రవేత్తల అంచనా ప్రకారం, WIMPలు మరియు వాటి వ్యతిరేక కణాలు (antiparticles) ఢీకొన్నప్పుడు, అవి పరస్పరం నాశనమై గామా-కిరణాలతో సహా వివిధ కణాలను వెదజల్లుతాయి.
రెండవ అభ్యర్థి ‘మిల్లీసెకండ్ పల్సార్లు’. ఇవి తమ జీవిత చక్రాన్ని ముగించుకుంటున్న న్యూట్రాన్ నక్షత్రాలు. సూపర్నోవా విస్ఫోటనం తర్వాత భారీ నక్షత్రం యొక్క కోర్ కుప్పకూలడం వల్ల ఇవి ఏర్పడతాయి. అత్యంత వేగంగా తిరగడం (spin) వల్ల ఇవి పల్సార్లుగా మారతాయి. అలా తిరుగుతున్నప్పుడు, అవి రేడియో తరంగాలు, కణాలు మరియు ఎక్స్-రేలు, గామా-కిరణాలతో సహా ఇతర రేడియేషన్‌ను విడుదల చేస్తాయి.
ఆకారంపై కొత్త పరిశోధన
GCEకి కారణమయ్యే పల్సార్ల సమూహాన్ని ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు ఇంకా గుర్తించలేదు. అయితే, ఈ రెండు అవకాశాలను వేరు చేయడానికి కొన్ని మార్గాలున్నాయి. పాలపుంత కేంద్ర ప్రాంతంలో (galactic bulge) ఉన్న పాత నక్షత్రాలు (పల్సార్లతో సహా) ‘X’ ఆకారంలో విస్తరించి ఉన్నట్లు కనిపిస్తాయి. అయితే, పాలపుంత యొక్క డార్క్ మ్యాటర్ హేలో (halo) గోళాకారంలో (spherical) ఉంటుందని గత పరిశోధనలు సూచించాయి.
ఈ వేర్వేరు విస్తరణలు GCE ఆకారంపై వేర్వేరు ప్రభావాలను చూపుతాయి. ఒకవేళ మిల్లీసెకండ్ పల్సార్లు కారణమైతే, GCE ‘బాక్సీ’ (boxy) ఆకారంలో (చతురస్రంలాంటి) కనిపించాలి. అదే డార్క్ మ్యాటర్ కారణమైతే, అది మరింత గోళాకారంలో ఉండాలి. ఫెర్మీ డేటా యొక్క కొన్ని విశ్లేషణలు GCE స్పష్టంగా ‘బాక్సీ’ ఆకారంలో ఉందని సూచించాయి, ఇది పల్సార్ల వాదనకు బలం చేకూర్చింది.
అయితే, జర్మనీలోని లీబ్నిజ్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఫర్ ఆస్ట్రోఫిజిక్స్ పోట్స్డామ్‌కు చెందిన కాస్మోలజిస్ట్ మూరిట్స్ మిఖెల్ మురు నేతృత్వంలోని పరిశోధకులు, ఈ ‘బాక్సీ’ ఆకారం డార్క్ మ్యాటర్ వాదనను పూర్తిగా తోసిపుచ్చుతుందా అని తెలుసుకోవాలనుకున్నారు.
వారు సూపర్ కంప్యూటర్లను ఉపయోగించి పాలపుంత పరిణామ చరిత్ర యొక్క సిమ్యులేషన్లను నడిపారు. డార్క్ మ్యాటర్ సాంద్రత మరియు విస్తరణను మ్యాప్ చేసి, మిల్లీసెకండ్ పల్సార్లకు ప్రతిరూపంగా ఉపయోగించే పాత నక్షత్రాల విస్తరణతో పోల్చారు.
పాలపుంత యొక్క డార్క్ మ్యాటర్ హేలో సంపూర్ణంగా గుండ్రంగా లేదని, ఇతర గెలాక్సీలతో సుదీర్ఘ చరిత్రలో జరిగిన విలీనాల ఫలితంగా ఇది కొద్దిగా చదునుగా (flattened) మారిందని వారు కనుగొన్నారు. భూమి నుండి (సూర్య వ్యవస్థ ఉన్న సుమారు 8 కిలోపార్సెక్‌ల దూరం నుండి) చూసినప్పుడు, ఈ చదునైన డార్క్ మ్యాటర్ హేలో నుండి వెలువడే గామా-కిరణాల వెలుగు కూడా ‘బాక్సీ’ ఆకారాన్నే ఉత్పత్తి చేస్తుందని ఈ సిమ్యులేషన్లు చూపించాయి.
దీనిని బట్టి, చదునైన లేదా ‘బాక్సీ’ ఆకారం కేవలం మిల్లీసెకండ్ పల్సార్లకే పరిమితం కాదని, అది డార్క్ మ్యాటర్ వల్ల కూడా సమానంగా ఏర్పడే అవకాశం ఉందని స్పష్టమవుతోంది.