पृथ्वीवर सोन्याचा पाऊस

रवींद्र मिराशी
मंगळवार, 26 डिसेंबर 2017

एक असंभाव्य घटना वाटल्याने, या लेखाचे शीर्षक हास्यास्पद वाटेल. १३ ऑगस्ट २०१७ रोजी प्रथमच दोन न्यूट्रॉन ताऱ्यांच्या टकरी मधून निर्माण झालेल्या गुरुत्वीय लहरींची नोंद अनेक वेधशाळांनी केली. आधीच्या चार नोंदी कृष्णविवराच्या संबंधित होत्या. या घटनेवर आधारित गुरुत्वीय लहरींचे साक्षर शास्त्रज्ञ भविष्यात सोन्याच्या पावसाचा अंदाज कदाचित बांधू शकतील. 

एक असंभाव्य घटना वाटल्याने, या लेखाचे शीर्षक हास्यास्पद वाटेल. १३ ऑगस्ट २०१७ रोजी प्रथमच दोन न्यूट्रॉन ताऱ्यांच्या टकरी मधून निर्माण झालेल्या गुरुत्वीय लहरींची नोंद अनेक वेधशाळांनी केली. आधीच्या चार नोंदी कृष्णविवराच्या संबंधित होत्या. या घटनेवर आधारित गुरुत्वीय लहरींचे साक्षर शास्त्रज्ञ भविष्यात सोन्याच्या पावसाचा अंदाज कदाचित बांधू शकतील. 

भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिकामुळे 'गुरुत्वीय लहरींचा शोध' सर्वत्र चर्चेत आला आहे. १४ सप्टेंबर २०१५ रोजी एक अब्ज तीस कोटी प्रकाशवर्ष अंतरावरील द्वैती कृष्णविवरांच्या टकरीतून निर्माण झालेल्या गुरुत्वीय लहरींची नोंद प्रथमच अमेरिकेतील लायगो वेधशाळेने केली. या घटने पासून एकूण पाच वेळेस गुरुत्वीय लहरींची नोंद झाली. पहिल्या चार नोंदी या कृष्णविवराच्या संबधित होत्या. पाचवी नोंद १३ कोटी प्रकाशवर्ष अंतरावरील सूर्यापेक्षा १.१ आणि १.६ पटींनी जास्त वस्तुमान असणाऱ्या दोन न्यूट्रॉन ताऱ्यांच्या संमीलनातून (टकरी) मधून निर्माण झालेल्या गुरुत्वीय लहरींची होती. या नोंदीमुळे अवकाशातील एकाच घटनेतून उत्पन्न झालेल्या गुरुत्वीय लहरी आणि विद्दुत चुंबकीय लहरींची नोंद एकाच वेळी करता येणे शक्य आहे, हे सिद्ध झाले.

ही घटना जगातील ७० वेधशाळांनी व खगोलप्रेमींनी दुर्बिणींच्या मदतीने एक जिवंत घटना (लाईव्ह) म्हणून अनुभवली. जसे ३१ डिसेंबर रोजी समुद्र किनारी आठ मिनिटांपूर्वी झालेल्या सूर्यास्ताचा क्षण, लोक एक जिवंत घटना म्हणून पाहतात. (प्रकाशाचा वेग सेकंदाला तीन लाख कि.मी. आहे. त्याचबरोबर सूर्य व पृथ्वी अंतर जानेवारीच्या प्रारंभी १४ कोटी ७१ लाख कि.मी. तर जुलै महिन्याच्या प्रारंभी १५ कोटी २१ लाख कि.मी. असते. या पार्श्वभूमीवर आपण जिवंत घटना पाहतो असे वाटते.)

जसे पृथ्वीच्या अवकाशात ठळकपणे दिसणारा व्याध तारा, आठ वर्षांपूर्वीची स्थिती आपल्याला दाखवीत असतो. दोन अतिप्रचंड घनता असलेल्या न्यूट्रॉन ताऱ्यांच्या टकरीने महाभयंकर स्फोटातून निर्माण झालेली गॅमा किरणांची आतषबाजी (फ्लॅश) देखील नोंद करण्यात आली. खरेतर हा क्षण म्हणजेच 'सुवर्णक्षण' होय. येथे एक गोष्ट आधीच नमूद करावीशी वाटते, पृथ्वीच्या जन्माच्यावेळी म्हणजे ४५० कोटी वर्षांपूर्वी, सोने हे मूलद्रव्य पृथ्वीवर अस्तित्वात नव्हते. बरे या राजस धातूचा (गंज व रसायनरोधक) शोध कोणत्याही शास्त्रज्ञांनी लावलेला नाही. या निमित्ताने हे गूढ सहज समजून घेता येईल. मात्र ताऱ्यांच्या अभ्यासातूनच सोने अथवा प्लॅटिनम या धातूंची जन्म कहाणी समजू शकते.

कोणत्याही ताऱ्याचा जन्म ते मृत्यू हा जीवनक्रम त्याच्या वस्तुमानावर अवलंबून असतो. कारण श्वेतबटू, न्यूट्रॉन तारा अथवा कृष्णविवर ही ताऱ्याची तीन स्थित्यंतरे त्याच्या वस्तुमानावर आधारित आहेत. आपल्या आकाशगंगेत साधारणतः दीड -दोनशे अब्ज तारे असावेत. त्यात काही लाख न्यूट्रॉन तारे (जोड्या सहित) देखील आहेत. साहजिकच प्रथम आपल्या सूर्या बद्दलची उत्सुकता निर्माण होते. सुमारे चौदा लाख कि.मी. व्यास असलेला सूर्य, आपल्या आकाशगंगेतील फार लहान वा फार मोठा तारा नाही. आपल्या आकाशगंगेच्या केंद्रस्थानापासून आपला सूर्य २५,००० प्रकाशवर्षे दूर आहे. सूर्य आपल्या सर्व कुटुंबाला बरोबर घेऊन, केवळ चार प्रकाशतास अंतराच्या एका छोट्या फ्लॅट मध्ये राहतो. (सूर्य ते नेपच्यून अगदी प्लूटो पर्यंत. तसेच ग्रह-उपग्रह-लघुग्रह-अशनी सर्व काही मिळून.) या सर्व कुटुंब-काबिल्याला घेऊन सूर्य आकाशगंगेच्या केंद्रा भोवती साधारणतः २५ कोटी वर्षात एक प्रदक्षिणा पूर्ण करतो. तसेच स्वतः भोवती २७ दिवसात एक फेरी मारतो. (विषुववृत्ताचा भाग जोराने फिरतो. ध्रुवा जवळच्या भागास ३१ दिवस लागतात.) आयुष्याच्या अखेरीस तो 'श्वेतबटू' बनून राहील. ताऱ्यांच्या अंतिम तीन स्थित्यंतरा पर्यंतचा खूप गुंतागुंतीचा व क्लिष्ट प्रवास थोडक्यात तरी पाहणे गरजेचे आहे. 
 
आपल्या आयुष्याची पन्नाशी गाठलेल्या सूर्याच्या अणुभट्टीत दर सेकंदाला कित्येक हजार किलो हायड्रोजनचे ज्वलन होत आहे. (चार गुणिले दहाचा सव्वीसावा घात -ज्यूल) पाच अब्ज वर्षे वयाच्या सूर्याला हे इंधन अजून पाच-सहा  अब्ज वर्षे पुरेल. जो पर्यंत हायड्रोजनचे ज्वलन चालू आहे तो पर्यंत वायूचा दाब ताऱ्याच्या अंतर्भागात येणाऱ्या गुरुत्वाकर्षणाच्या जोराला रोखून धरेल. याचबरोबर ताऱ्याचा आकार देखील संतुलित राहील. हायड्रोजनचा अणू सर्वात हलका असतो. त्याच्या अणुगर्भात केवळ एक प्रोटॉन असतो. प्रोटॉन धन विद्युतभारित असतात. तर इलेक्ट्रॉन ऋण विद्युतभारीत असतात. न्यूट्रॉन वर कोणताच विद्युतभार नसतो. हायड्रोजनचे रूपांतर हीलियम मध्ये होते. (प्रत्येक पायरीवरील ह्या प्रक्रिया खूप गुंतागुंतीच्या आहेत.) या प्रक्रियेत चार हायड्रोजनचे अणू एकत्रित येऊन, दोन प्रोटॉन व दोन न्यूट्रॉन असणारा हीलियमचा एक अणू तयार होतो. व ४० अब्ज परार्ध वॉटचा हा दिवा तेवत राहतो. (चारावर २६ शून्ये.) इंधन संपल्यानंतर आतला भाग गुरुत्वाकर्षणाच्या जोराने आकुंचन पावू लागतो. याच वेळी गुरुत्वाकर्षणाची ऊर्जा बाहेर फेकली जाते. यातील निम्मी ऊर्जा वस्तुमानाचे तापमान वाढविण्याच्या दृष्टीने कामी येते. बाकीची ऊर्जा प्रारित होते. ऊर्जा कमी होत असताना तापमान वाढण्याची चमत्कारिक वाटणारी घटना येथे घडते.

गुरुत्वाकर्षणाची ऊर्जा ऋण भारांकित असते, हे त्याचे मर्म आहे. हे तापमान जस-जसे वाढत जाते, तस-तसे ताऱ्याचा बाह्य पृष्ठभाग अति विशाल प्रमाणात पसरत जातो. 'मुंगी उडाली आकाशी, तिने गिळले सूर्याशी' ही काव्यपंक्ती सर्वांना ज्ञात आहे. परंतु या प्रक्रियेत सूर्य, बुध-शुक्र-पृथ्वी गिळंकृत करेल. कदाचित मंगळ सूर्याच्या महाकाय जबड्यात आलेला असेल. यावेळी सूर्य 'लाल राक्षस' ताऱ्याच्या अवस्थेत पोहचलेला असेल.  अशा अनियंत्रित वाढलेल्या भागावर गुरुत्वाकर्षणाचा प्रभाव फारसा रहात नाही. यामुळे जेंव्हा दाब वाढतो, त्यावेळी तारा आपला काही भाग फेकून देखील देतो.

सूर्यापेक्षा ७-८ पटीने अधिक वस्तुमान असलेले तारे 'महाराक्षस' स्थितीला जाऊन पोहचतात. तापमान वाढत जाऊन ज्यावेळी १० कोटी डिग्री सेंटिग्रेडला पोहचेल त्यावेळी हीलियम, हायड्रोजन प्रमाणे इंधन म्हणून काम करण्यास चालू करेल. हीलियमचे रूपांतर कार्बन मध्ये होण्यास चालू होते. हीलियमच्या तीन अणूगर्भांपासून कार्बनचा एक अणूगर्भ बनतो. कार्बनचा अणूभार १२ असतो (६ प्रोटॉन,६ न्यूट्रॉन). हीलियमचे इंधन संपले की परत वरील प्रक्रिया पुन्हा चालू होते. ताऱ्याच्या अंतर्भागाचे तापमान ५० कोटी डिग्री सेंटिग्रेडला पोहचले की कार्बन इंधन म्हणून कार्य करू लागतो. फक्त प्रत्येक प्रक्रियेत जसा मूलद्रव्याचा अणूभार वाढत जातो, तसे तो इंधन म्हणून कार्य करण्यासाठी त्याची तापमानाची गरज प्रचंड वाढत जाते.

ताऱ्याच्या वस्तुमाना प्रमाणे कार्बन-ऑक्सिजन-निऑन-मॅग्नेशियम-सिलिकॉन अशा पद्धतीने ही प्रक्रिया लोहा पर्यंत जाऊन थांबते. लोहाचा अणूभार ५६ असतो. मोठे तारेच ५६ अणुभाराच्या मूलद्रव्या पर्यंतचा (लोह) टप्पा गाठू शकतात. श्वेतबटू बनणाऱ्या आपल्या सूर्याचे अवतारकार्य पहिल्या दोन पायऱ्यावरच संपुष्टात येईल. हळू -हळू निस्तेज होत जाणाऱ्या कोणत्याही श्वेतबटुचे आयुष्य अब्जावधी वर्षे टिकून राहते. श्वेतबटू वर कोणतीही आण्विक प्रक्रिया चालू नसते. असते ती फक्त गुरुत्वाकर्षणाची ऊर्जा. चंद्रशेखर सीमे पर्यंत म्हणजे सूर्याच्या १.४ पट वस्तुमाना पर्यंतचे तारे श्वेतबटू मध्ये रुपांतरीत होतात. कारण या सीमे पर्यंतच इलेक्ट्रॉनचा एक आगळा असा खास दाब गुरुत्वीय अवपात रोखून धरतो. ही सीमा ओलांडणारे तारे न्यूट्रॉन तारा बनण्याच्या दिशेने वाटचाल करतात. महाराक्षस अवस्थेत पोहचलेल्या ताऱ्यांचा (सुपरनोव्हा) स्फोट झाल्यानंतर, ताऱ्याचा जो गाभा उरतो तो म्हणजे 'न्यूट्रॉन तारा'.

सूर्याच्या २.५ पट वस्तुमाना पर्यंतचे म्हणजे 'ओपनहायमर- वोलकॉफ' सीमेपर्यंतच न्यूट्रॉन तारे असू शकतात. कारण या सीमे पर्यंतच न्यूट्रॉनचा एक आगळा असा खास दाब गुरुत्वीय अवपात रोखून धरतो. ही सीमा ओलांडणारे न्यूट्रॉन तारे कृष्णविवर (ब्लॅक होल्स) बनण्याच्या दिशेने वाटचाल करतात.  सातत्याने चालू असलेल्या गुरुत्वीय अवपातामुळे ज्यावेळी असा तारा 'श्वार्ट्झशिल्ड' सीमा ओलांडतो, त्यावेळी त्याचे कृष्णविवर बनलेले असते. म्हणजेच या ताऱ्याचा मुक्तीवेग प्रकाशाच्या वेगाशी बरोबरी करतो. या कारणाने त्या ताऱ्याचे गुरुत्वाकर्षण त्याच्या प्रकाशालाही रोखून धरते. व कृष्णविवर अस्तित्वात असूनही दिसू शकत नाही. या तुलनेत पृथ्वीच्या कक्षेतून बाहेर पडावयाचे असल्यास पृथ्वीचा मुक्तिवेग केवळ ११.२ कि.मी.  प्रतिसेकंद आहे. 

१३ ऑगस्ट २०१७ रोजी दोन न्यूट्रॉन ताऱ्यांच्या टकरी मधून निर्माण झालेल्या गुरुत्वीय लहरींची नोंद केली गेली. यावेळी झालेल्या महाभयंकर स्फोटातून गॅमा किरणांची महाप्रचंड आतषबाजी झाली. या टकरीचा तो क्षण म्हणजेच 'सुवर्णक्षण' होय. कारण या सुवर्णक्षणीच महाभयंकर अग्नी परीक्षे मधून सोने आणि प्लॅटिनम हे मूलद्रव्य तावून-सुलाखून जन्म घेते. याचे स्पष्ट संकेत देखील प्राप्त झाले. सोन्याचा अणुभार १९७ (७९ प्रोटॉन, ११८ न्यूट्रॉन) असतो. याचे फवारे अशनी, धूमकेतू, उल्का मध्ये देखील टिपले जातात. ३९० कोटी वर्षांपूवी पृथ्वीच्या सर्व भागावर सतत १५-२० कोटी वर्षे सोनेरी उल्कांच्या रूपाने जोरदार पाऊस पडला आहे. यात प्लॅटिनमचाही समावेश आहे. (अर्थात पाण्याच्या पावसाच्या तुलनेत याला भुर-भुऱ्या पाऊस म्हणावे लागेल). म्हणजेच पृथ्वीवर सोन्याचा पाऊस पडू शकतो, ही सत्य घटना आहे. 

मध्यंतरी थोर शास्त्रज्ञ स्टीफन हॉकिंग यांनी मानवाच्या एकंदरीत वर्तनावरून भविष्यात पृथ्वीवर 'अॅसिड पावसाची' शक्यता व्यक्त केली. त्यावर जगभरातून प्रतिक्रिया उमटल्या. पृथ्वीवर असे काही प्रत्यक्षात घडणार नाही, याची ग्वाही देखील अनेक अभ्यासकांनी दिली. परंतु त्या विधानातील शब्दार्थ महत्वाचा नव्हता. भविष्यातील धोक्या संबंधीचा भावार्थ महत्वाचा होता. गुरु व शनी या वायुरूपी ग्रहांवर हिऱ्यांचा पाऊस देखील पडत असावा. पृथ्वीवर कटलेला पतंग प्राप्त करण्यासाठी जीवघेणी मारामारी आपणास पाहण्यास मिळते. प्रत्यक्षात 'सोन्याचा पाऊस' पडू लागल्यास काय परिस्थिती उदभवेल, हे सांगता येणार नाही. गुरुत्वीय लहरींचे साक्षर शास्त्रज्ञ सोन्याच्या पावसाचा देखील अचूक वेध भविष्यात घेतील, असे मनोमन वाटते. तसेच जरी वेध घेता आला नाही, तरी अवकाशात तयार झालेल्या लाखो टन सोन्याचा पाऊस कोणत्या ना कोणत्या रूपाने पृथ्वीवर कधीही पडू शकेल बरे...

Web Title: marathi news earth science black hole Ravindra Mirashi