പ്രപഞ്ചത്തിനും ‘ട്വിസ്റ്റോ’!; കണ്ടെത്താൻ പുതിയ മാർഗമൊരുക്കി മലയാളി ഗവേഷകൻ!

മഹാവിസ്ഫോടനം വഴി പ്രപഞ്ചം രൂപപ്പെട്ടിട്ട് 1380 കോടി വർഷമായി എന്നാണ് കണക്ക്. ഇക്കാലത്തിനിടെ, പ്രാപഞ്ചിക പ്രകാശത്തിന്റെ ധ്രുവണപാതയിൽ നേരിയ തോതിലൊരു തിരിവ് (ട്വിസ്റ്റ്) സംഭവിച്ചതായി ശാസ്ത്രലോകം കരുതുന്നു. കണ്ടെത്താൻ അത്യധികം ദുർഘടമായ ആ ട്വിസ്റ്റിന്റെ അളവെടുപ്പിന് പുതിയ മാർഗം വികസിപ്പിച്ചിരിക്കുകയാണ് മലയാളി ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ആന്റോ ലോനപ്പൻ.

പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഉള്ളടക്കത്തിൽ 95 ശതമാനവും നിഗൂഢമായ തമോദ്രവ്യം (ഡാർക്ക് മാറ്റർ), തമോഊർജം (ഡാർക്ക് എനർജി) എന്നിവയാണ്. അവയുടെ സ്വഭാവം എന്തെന്ന് നിർണയിക്കാൻ ശാസ്ത്രലോകത്തിന് ഇപ്പോഴും കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല. ആ നിഗൂഢ ഉള്ളടക്കങ്ങളെ മനസിലാക്കാൻ സഹായിച്ചേക്കാവുന്ന ഒന്നാണ് ‘കോസ്മിക് ബൈർഫ്രിഞ്ജൻസ്’ (cosmic birefringence) എന്നറിയപ്പെടുന്ന പ്രാപഞ്ചിക ധ്രുവണത്തിലെ തിരിവെന്ന് കരുതപ്പെടുന്നു. മാത്രമല്ല, പ്രപഞ്ചത്തെ അടിസ്ഥാനതലത്തിൽ വിശദീകരിക്കുന്ന സൈദ്ധാന്തിക പാക്കേജായ ‘സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലി’നെ, വിട്ടുപോയ കണ്ണികൾ പൂരിപ്പിച്ച് നവീകരിക്കാനും ഈ പ്രതിഭാസത്തിന്റെ സ്ഥിരീകരണം സഹായിച്ചേക്കും.

തീക്ഷ്ണമായ താപനില മൂലം തുടക്കത്തിൽ തികച്ചും അതാര്യം (opaque) ആയിരുന്നു പ്രപഞ്ചം. 380,000 വർഷം അങ്ങനെ തുടർന്നു. അപ്പോഴേയ്ക്കും താപനില 3000 ഡിഗ്രി സെന്റീഗ്രേഡായി കുറഞ്ഞു. പ്രപഞ്ചത്തിൽ റേഡിയേഷന് യഥേഷ്ടം സഞ്ചരിക്കാമെന്നായി. അതോടെയാണ് പ്രപഞ്ചം സുതാര്യമായത്. 380,000 വർഷം പ്രായമുള്ളപ്പോൾ പ്രപഞ്ചം സുതാര്യമായ ആ നിമിഷം ഒരു ‘ആളിക്കത്തൽ’ പോലെ ആയിരുന്നിരിക്കണം. ആ ആളിക്കത്തലിന്റെ അവശിഷ്ടം, സൂക്ഷ്മതരംഗ രൂപത്തിൽ ഇപ്പോഴും പ്രപഞ്ചത്തിലുണ്ട്. ‘പ്രാപഞ്ചിക സൂക്ഷ്മതരംഗ പശ്ചാത്തലം’ (കോസ്മിക് മൈക്രോവേവ് ബാക്ക്ഗ്രൗണ്ട്, സി.എം.ബി) എന്നിത് അറിയപ്പെടുന്നു.

പോയ നൂറ്റാണ്ടിലെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട ശാസ്ത്രമുന്നേറ്റങ്ങളിലൊന്നായി സി.എം.ബി.യുടെ കണ്ടെത്തൽ വിലയിരുത്തപ്പെടുന്നു. മഹാവിസ്ഫോടനം അഥവാ ബിഗ് ബാങിന് അനുകൂലമായ പരോക്ഷ തെളിവായി കണക്കാക്കുന്ന സി.എം.ബി. ഒരർഥത്തിൽ, ആദിമപ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ‘ഫോസിൽ’ ആണ്! തുടക്കത്തിൽ സി.എം.ബി.യിൽ ചെറിയൊരു ഭാഗം റേഡിയേഷന് ധ്രുവണം (പോളറൈസേഷൻ) സംഭവിച്ചു. സൂര്യപ്രകാശം ഭൗമാന്തരീക്ഷത്തിൽ തട്ടിച്ചിതറുമ്പോൾ സംഭവിക്കുന്നതിന് സമാനമാണിത്.

ധ്രുവണം എന്നാൽ

എല്ലാത്തരം വികിരണങ്ങളും-അത് റേഡിയോ തരംഗമാകട്ടെ, ദൃശ്യപ്രകാശമോ എക്സ്-കിരണമോ ആകട്ടെ, അതുമല്ലെങ്കിൽ മേൽ പരാമർശിച്ച പ്രാപഞ്ചിക സൂക്ഷ്മതരംഗങ്ങളാകട്ടെ, അവയെല്ലാം - വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളാണ്. ഈ തരംഗങ്ങളിലെല്ലാം, കിരണങ്ങളുടെ സഞ്ചാരഗതിക്ക് ലംബമായി കമ്പനം (ഓസിലേറ്റ്) ചെയ്യുന്ന വൈദ്യുതകാന്തിക മണ്ഡലങ്ങളാണുള്ളത്. കിരണങ്ങളുടെ പാതയ്ക്ക് ലംബമായി ഏത് തലത്തിലും (380 ഡിഗ്രിയിലും) ഈ കമ്പനം നടക്കാം. എന്നാൽ, ധ്രുവണം നടക്കുമ്പോൾ ഈ കമ്പനങ്ങളെല്ലാം ഒറ്റ തലത്തിലേക്ക് ചുരുങ്ങും. സൈനികരുടെ മാർച്ച് നടക്കുമ്പോൾ, അവരുടെയെല്ലാം പാദങ്ങൾ ഏകതലത്തിൽ ചലിക്കുന്നത് പോലെ.

സി.എം.ബി.ക്ക് സംഭവിച്ച ധ്രുവണത്തിന്, പ്രപഞ്ചാരംഭത്തിൽ നിന്ന് ഇതുവരെയുള്ള സഞ്ചാരത്തിനിടെ നേരിയ തോതിലുള്ള തിരിവേ (ട്വിസ്റ്റ്) സംഭവിച്ചിട്ടുള്ളൂ. അതിനാൽ, ‘കോസ്മിക് ബൈർഫ്രിജ്ഞൻസ്’ എന്ന പ്രതിഭാസം തിരിച്ചറിയുക വളരെ ദുഷ്കരമാണ്. സി.എം.ബി. നിരീക്ഷിക്കുന്ന ഉപകരണത്തിന്റെ ക്രമീകരണത്തിലെ തീരെച്ചെറിയ തകരാർ കൊണ്ട് പോലും ധ്രുവണത്തിലെ തിരിവ് ഇതേ തോതിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെടാം എന്നതാണ് കാരണം.

ഈ വൈതരണി മറികടക്കാനുള്ള നൂതന മാർഗം വികസിപ്പിക്കുന്നതിൽ, കാലിഫോർണിയ യൂണിവേഴ്സിറ്റി, സാൻ ഡിയാഗോയിലെ ഗവേഷകർ വിജയിച്ചു. വ്യത്യസ്ത ഡിറ്റക്റ്റർ സെറ്റുകളിലെ പോളറൈസേഷൻ-ആംഗിൾ താരതമ്യം ചെയ്യുക വഴിയാണിത് സാധ്യമായത്. അതുവഴി, യൂറോപ്യൻ സ്പേസ് ഏജൻസിയുടെ പ്ലാങ്ക് സാറ്റ്ലൈറ്റിന്റെ നിലവിലെ നിരീക്ഷണങ്ങളിൽ പ്രയോഗിക്കാവുന്ന ഒരു വ്യത്യസ്ത മൂല്യനിർണയ ഉപാധി (estimator) സംഘം വികസിപ്പിച്ചു. പോസ്റ്റ് ഡോക്ടറൽ ഫെലോയും മലയാളിയുമായ ആന്റോ ഐ. ലോനപ്പന്റെ നേതൃത്വത്തിൽ പ്രൊഫസർ ബ്രിയാൻ കീറ്റിങ്, അസോസിയറ്റ് പ്രൊഫസർ കാം ആർനോൾഡ് എന്നിവർ നടത്തിയ പഠനം പുതിയ ലക്കം ‘ദി അസ്ട്രോഫിസിക്കൽ ജേണൽ ലെറ്റേഴ്സി’ൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു.

1380 കോടി വർഷം മുമ്പ് പ്രപഞ്ചം രൂപപ്പെട്ടപ്പോൾ മുതലുള്ള പ്രകാശസഞ്ചാരം പരിഗണിച്ചാൽ, സി.എം.ബി. ധ്രുവണത്തിന് സംഭവിച്ച തിരിവ് ഒരു ഡിഗ്രിയുടെ ചെറിയൊരംശമേ വരൂ എന്നാണ് പഠനങ്ങൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നത്. അതിനാൽ, സാധാരണ നിരീക്ഷണത്തിൽ കിട്ടുന്ന ഫലം സി.എം.ബി. ധ്രുവണം കൊണ്ടാണോ ഡിറ്റക്റ്ററിന്റെ തകരാർ കൊണ്ടാണോ എന്ന് തിരിച്ചറിയുക ബുദ്ധിമുട്ടാകുന്നു.

ഉപകരണത്തിന്റെ ക്രമീകരണത്തകരാറും, കോസ്മിക് ബൈർഫ്രിജ്ഞൻസും തിരിച്ചറിയാൻ നിലവിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന രീതി ‘മിനാമി-കൊമാറ്റ്സു അനാലിസിസ്’ (Minami–Komatsu analysis) എന്ന വിശകലന സംവിധാനമാണ്. ആന്റോ ലോനപ്പനും സംഘവും ഈ പ്രശ്നത്തെ ഇതിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായ രീതിയിൽ സമീപിച്ചു. വിവിധ ഡിറ്റക്റ്റർ ഗ്രൂപ്പുകൾ പകർത്തിയ സി.എം.ബി. മാപ്പുകൾ താരതമ്യം ചെയ്യുന്ന രീതിയാണ് അവർ അവലംബിച്ചത്. ധ്രുവണത്തിലെ ആ പ്രാപഞ്ചിക തിരിവ് എല്ലാറ്റിലും പൊതുവായിരിക്കും.

‘നമ്മൾ തിരയുന്ന സിഗ്നൽ അസാധാരണമാം വിധം ചെറുതാണ്. അതിനാൽ നമ്മൾ കാണുന്നത് പ്രപഞ്ചത്തെയാണ്, അല്ലാതെ നമ്മുടെ ഉപകരണത്തെയല്ല എന്ന് ഉറപ്പുവരുത്തേണ്ടതുണ്ട്’-ലോനപ്പൻ പറയുന്നു. ‘ഇക്കാര്യത്തിൽ ഒരു പകരം വഴി തുറന്നുതരുന്നതാണ് ഞങ്ങൾ വികസിപ്പിച്ച മാർഗ്ഗം. ധ്രുവണത്തിലെ ഒരു ചെറുതിരിവ് പുതിയ ഫിസിക്സായി വിശദീകരിക്കുന്നതിനും മുമ്പ്, ഞങ്ങൾ ആഗ്രഹിച്ചത് ഉപകരണത്തിന്റെ ക്രമീകരണം വിശ്വാസയോഗ്യമായിരിക്കണം എന്നാണ്’.

പുതിയ അളവെടുപ്പ്

പ്ലാങ്ക് ഉപഗ്രഹം പകർത്തിയ എട്ട് പോളറൈസേഷൻ മാപ്പുകളിൽ, ഗവേഷകർ പുതിയതായി വികസിപ്പിച്ച താരതമ്യമാർഗ്ഗം പ്രയോഗിച്ചു. അതുവഴി ലഭിച്ച ഫലം, ‘മിനാമി-കൊമാറ്റ്സു അനാലിസിസ്’ (Minami–Komatsu analysis) സങ്കേതം ഉപയോഗിച്ച് കിട്ടിയ ഫലവുമായി താരതമ്യം ചെയ്തു. വ്യത്യസ്ത സമീപനങ്ങളാണ് രണ്ടിലുമെങ്കിലും, രണ്ട് മാർഗങ്ങളും നൽകുന്നത് സ്ഥിരതയുള്ള സമാന ഫലങ്ങളാണെന്ന് ഗവേഷകർ കണ്ടു.

‘സി.എം.ബി.യുടെ ധ്രുവണ-കോൺ (polarization-angle) അളക്കാൻ ഉപയോഗപ്രദമായ ഒരു പുതിയ ചട്ടക്കൂടാണ് ആന്റോ വികസിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നത്’-പ്രൊഫസർ ബ്രിയാൻ കീറ്റിങ് പറയുന്നു. ‘നമുക്ക് നമ്മുടെ നിരീക്ഷണോപകരണത്തെ എത്രകണ്ട് വിശ്വസിക്കാമെന്ന്, ഈ പുതിയ മാർഗ്ഗം മനസിലാക്കിത്തരും’. ആന്റോയും സംഘവും വികസിപ്പിച്ച പുതിയ സങ്കേതം ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കിയപ്പോൾ, സി.എം.ബി.യുടെ ധ്രുവണ കോൺ 0.37 + 0.12 ഡിഗ്രിയാണെന്ന് കണ്ടു. ഈ ഫലം, മിനാമി - കൊമാറ്റ്സു ഫലവുമായി യോജിക്കുന്നതാണ്.

പ്രപഞ്ചപഠനത്തിലെ ഒരു കീറാമുട്ടി പ്രശ്നത്തിന് പരിഹാരമാകുന്നതാണ് ആന്റോയും സംഘവും വികസിപ്പിച്ച ഫലം. ‘പക്ഷേ, അതിന് മൂന്ന് സിഗ്മ സ്റ്റാറ്റിസ്റ്റിക്കൽ സ്ഥിരീകരണമേ ലഭിച്ചിട്ടുള്ളൂ. ‘കോസ്മിക് ബൈർഫ്രിഞ്ജൻസ്’ എന്ന പ്രതിഭാസത്തിന് പൂർണസ്ഥിരീകരണം ആകണമെങ്കിൽ, കുറഞ്ഞത് അഞ്ച് സിഗ്മ സ്ഥിരീകരണം ലഭിക്കണം’-ആന്റോ അറിയിക്കുന്നു. അതിനുള്ള ശ്രമത്തിലാണ് ഗവേഷകർ.

പത്തനംതിട്ട ജില്ലയിൽ മല്ലശ്ശേരിയിലെ പാറക്കാട്ട് വീട്ടിൽ പി.ഐ.ലോനപ്പന്റെയും ആനിയമ്മ സാമുവേലിന്റെയും മകനാണ് ആന്റോ ലോനപ്പൻ. പത്തനംതിട്ടയിൽ സെവൻത് ഡേ അഡ്വന്റിസ്റ്റ് സ്കൂൾ, കുട്ടിക്കാനം സെന്റ് പയസ് എക്സ് എന്നിവിടങ്ങളിൽ നിന്ന് സ്കൂൾ വിദ്യാഭ്യാസം പൂർത്തിയാക്കിയ ആന്റോ, ചങ്ങനാശ്ശേരി എസ്.ബി. കോളേജിൽ നിന്ന് ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൽ ബിരുദവും ബിരുദാനന്തരബിരുദവും പൂർത്തിയാക്കി.

ഡൽഹിയിൽ ജാമിയ മിലിയ ഇസ്ലാമിയ യൂണിവേഴ്സിറ്റിക്ക് കീഴിലെ ‘സെന്റർ ഫോർ തിയററ്റിക്കൽ ഫിസിക്സി’ൽ പ്രോജക്ട് സ്റ്റുഡന്റായിരുന്നശേഷം, കൊൽക്കത്തയിലെ പ്രസിഡൻസി യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിൽ ജെ.ആർ.എഫ്. ആയും പ്രവർത്തിച്ചു. അതിനുശേഷം, ഇറ്റലിയിൽ ട്രിയസ്റ്റെയിലെ ‘ഇന്റർനാഷണൽ സ്കൂൾ ഫോർ അഡ്വാൻസ്ഡ് സ്റ്റഡീ’ (സിസ്സ, SISSA) സിൽ നിന്ന് ഫിസിക്സിൽ പി.എച്ച്.ഡി. എടുത്ത ആന്റോ, അതിനെ തുടർന്നാണ് യു.എസിൽ കാലിഫോർണിയ യൂണിവേഴ്സിറ്റി, സാൻ ഡിയാഗോ (UCSD) യിൽ പോസ്റ്റ് ഡോക്ടറൽ പഠനത്തിന് ചേർന്നത്.

Content Highlights: Is the Universe Twisted? A New Check on a Possible Twist in the Universe’s Oldest Light. UC San Diego researchers develop a method to test a key cosmic uncertainty. cosmic microwave background polarization may have rotated slightly during its journey across the cosmos. This is known as cosmic birefringence.