আজি হতে শতবর্ষ পরে প্রমাণ করিছ মোর তত্ত্ব খানি: স্থান-কালের হিল্লোলে মহাকর্ষীয় তরঙ্গ সনাক্তকরণ (অবশিষ্টাংশ)

(প্রথম অংশের পর)
কিন্তু এই মহাকর্ষীয় তরঙ্গ দেখতে কেমন? দেখতে বলতে বোঝাচ্ছি এর গঠন কেমন? আমরা দু’ধরনের তরঙ্গের বিষয়ে পড়ে এসেছি, অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ আর অনুপ্রস্থ তরঙ্গ। অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গের ক্ষেত্রে তরঙ্গ মাধ্যমের কণাগুলোর স্পন্দনের দিকের সাথে একই দিকে অগ্রসর হয়, আর অনুপ্রস্থ তরঙ্গ মাধ্যমের কণাগুলোর স্পন্দন দিকের সাথে সমকোণে অগ্রসর হয়। নিচের চিত্র দ্রষ্টব্য।

শব্দ তরঙ্গ অনুদৈর্ঘ্য তরঙ্গ আর আলো বা পুকুরের পানিতে ঢিল ছোঁড়ার ফলে উৎপন্ন তরঙ্গ হলো অনুপ্রস্থ তরঙ্গ। কিন্তু মহাকর্ষীয় তরঙ্গ এমন নয়। এই তরঙ্গ হল কোয়াড্রুপল তরঙ্গ। এই তরঙ্গের প্রস্থচ্ছেদ করলে তা দেখতে হবে নিচের চিত্রের মতো। এরা স্থানের পর্যায়ক্রমিক আনুভূমিক ও উলম্ব সংকোচন ও প্রসারণের মাধ্যমে এগিয়ে চলে।

আর সার্বিকভাবে চিন্তা করলে দেখাবে নিচের চিত্রের মতো।

এই মহাকর্ষীয় তরঙ্গ আপনার শরীরের মধ্য দিয়ে অতিক্রম করলে আপনার শরীরও প্রথম চিত্রটির মতো একবার লম্বা হবে আবার চওড়া হবে, এভাবে কম্পাঙ্ক অনুযায়ী লম্বা-চওড়া হতে থাকবে যতক্ষণ অবধি সম্পূর্ণ তরঙ্গটি আপনার শরীর অতিক্রম করে যায়। কিন্তু এই লম্বা-চওড়া হওয়ার পরিমান কেমন হবে? আপনার শরীরের মধ্য দিয়ে যদি এধরনের তরঙ্গ বয়ে যায় তাহলে পাশ দিয়ে অতিক্রম করা একজন পথচারী কি দেখে বুঝতে পারবেন যে আপনি একবার লম্বা হচ্ছেন, আবার চওড়া হচ্ছেন? উত্তর হচ্ছে না। মহাকর্ষীয় তরঙ্গ এত এত এত দূর্বল যে এগুলো সনাক্ত করা অতিমাত্রায় কঠিন আর এই কারণেই আইনস্টাইনের বর্ণনা করার পরে ১০০ বছর লেগেছে এগুলো সনাক্ত করতে। এবং এই সনাক্তকরণের জন্য প্রচুর কাঠখড় পোড়াতে হয়েছে, প্রচুর সতর্কতা অবলম্বন করতে হয়েছে। বিপুল কর্মযজ্ঞ চালাতে হয়েছে। আগেই বলেছি আমাদের সূর্য আর পৃথিবীর জোড়ও পরস্পর আবর্তিত হতে হতে (হ্যাঁ, পৃথিবী যেমন সূর্যের চারদিকে ঘোরে, সূর্যও পৃথিবীর প্রভাবে খুব সামান্য আন্দোলিত হয়, শুধু পৃথিবীর জন্যই নয় সব গ্রহই সুর্যকে সামান্য পরিমান আন্দোলিত করে থাকে) মহাকর্ষীয় তরঙ্গ বিকিরণ করে। প্রতিনিয়ত স্থানের মধ্য দিয়ে নানাবিধ মহাকর্ষীয় হিল্লোল অতিক্রান্ত হয়ে চলে যাচ্ছে আমরা সেগুলো টের পাই না। কাজেই যত সহজে মহাকর্ষীয় তরঙ্গ বর্ণনা করা গেল তত সহজে এগুলো সনাক্ত করা যাবে না। এর জন্য আমাদের ভাল উৎসের দিকে নজর দিতে হবে।

ভালো উৎসের সন্ধান কিভাবে পাওয়া যেতে পারে? পুকুরে যদি ছোটখাট নুড়ি ছুঁড়ে দেওয়া হয় তাহলে তরঙ্গ তৈরি হবে দূর্বল, আর ভারী কোনো বস্তু ফেললে তরঙ্গও তৈরি হবে শক্তিশালী। একই কথা প্রয়োজ্য মহাকর্ষীয় তরঙ্গের ক্ষেত্রে। একটি মহাকর্ষীয় ঘটনা যত বেশী বিধ্বংসী হবে, যতো বেশী ভর এতে যুক্ত হবে, যত প্রলয়ঙ্কারী হবে ততোই শক্তিশালী হবে তার নিঃসৃত তরঙ্গ। এই ধরনে সবচেয়ে প্রবল তরঙ্গগুলো উৎপন্ন হতে পারে যখন দুটি নিউট্রন স্টার বা দুটি ব্ল্যাক হোল পরস্পরের মাঝে বিলীন হওয়ার পূর্বে বিপদজনক গতিতে পরস্পরের চারদিকে আবর্তিত হতে থাকে, কিংবা যখন কোনো বিপুল ভরের তারকায় সুপারনোভা বিস্ফোরণ হয় তখন। এমনকি এধরনের সবচেয়ে তীব্র উৎসগুলো থেকেও যেই তরঙ্গগুলো উৎপন্ন হয় সেগুলো স্থানের সংকোচন-প্রসারণ ঘটায় কেবল ১০^-২১ ভাগ। বিষয়টিকে কিভাবে অনুধাবণ করা যায়?

এধরণের একটি শক্তিশালী মহাকর্ষ যদি পৃথবীর মধ্য দিয়ে চলে যায় তাহলে পৃথিবীর ব্যাসের পরিবর্তন ঘটবে (সংকোচন-প্রসারণজনিত কারণে) এক ন্যানোমিটারের লক্ষ ভাগের একভাগ মাত্র, যা একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসের ব্যাসের সমান! বুঝতেই পারছেন পৃথিবীর ব্যাস এতো সামান্য পরিমান বাড়ে যেই তরঙ্গ থেকে তা সনাক্ত করা কত মুস্কিল হতে পারে। তবু বিজ্ঞানীরা এই তরঙ্গ সনাক্ত করেছেন খুব চমৎকার উপায়ে। সেটি এখন আলোচনা করব। কিন্তু এই সবচেয়ে শক্তিশালী তথাপি অত্যন্ত দুর্বল মহাকর্ষীয় তরঙ্গ উৎসরণের ঘটনাও সচরাচর ঘটে না। কোনো একটি গ্যালাক্সিতে এধরনের একেকটি ঘটনা ঘটার জন্য কয়েক হাজার বছর অপেক্ষা করে থাকতে হতে পারে। তাই বিভিন্ন দূরবর্তী গ্যালাক্সি থেকে আগত মহাকর্ষীয় তরঙ্গগুলোর দিকেও নজর রাখতে হবে।

তবে ১৯৯৩ সালে পরোক্ষভাবে মহাকর্ষীয় তরঙ্গ আবিষ্কৃত হয়েছিলো এবং তার জন্য নোবেলও দেওয়া হয়েছে। যেহেতু তরঙ্গ শক্তি স্থানান্তর করে তাই একটি দ্বৈত নক্ষত্র ব্যবস্থায় এভাবে শক্তি বিকিরণ করতে করতে নক্ষত্রদুটি ক্রমাগত একে অপরের কাছাকাছি চলে আসে এবং তাদের পরিধি ছোট হতে হতে শেষ পর্যন্ত একে অপরের মাঝে বিলীন হয়। যে হারে শক্তি বিকিরণ ঘটে তা হুবহু আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্বে অনুমিত মহাকর্ষীয় তরঙ্গের শক্তি বিকিরণ হারের সমান, তাই বলা যেতে পারে এই ক্ষেত্রে মহাকর্ষীয় তরঙ্গই উৎসরিত হয়েছে। যদিও এই পদ্ধতিতে তরঙ্গ সনাক্ত হয় না কিন্তু এই ঘটনা মহাকর্ষ তরঙ্গ উৎক্ষেপনের একটি সূচক। অবশ্য এই ফলাফল নিয়ে সন্তুষ্ট হওয়ার অবকাশ নেই। আমরা যদি সরাসরি মহাকর্ষীয় তরঙ্গ শনাক্ত করতে পারি তাহলে তা নানাবিধ গবেষনা এগিয়ে নিয়ে যাবে। এর মাধ্যমে ব্ল্যাকহোল, নিউট্রন তারকা এমনকি মহাবিশ্বের আদি অবস্থার বিষয়েও অনেক অজানা কাহিনী জানা যাবে।

কিন্তু একটি বস্তুর বিলিয়ন বিলিয়ন বিলিয়ন ভাগের একভাগের কাছাকাছি দৈর্ঘ্যের প্রসারণ বা সংকোচন মাপা খুব সহজ কাজ নয় তাই মহাকর্ষীয় তরঙ্গ সনাক্তকরণ অধরা থেকে গেছে দীর্ঘদিন। তবে কিভাবে এই তরঙ্গ সনাক্ত করা যেতে পারে সেই বিষয়ে বিজ্ঞানীদের ধারনা ছিলো বেশ কয়েক বছর ধরেই। এবং এই আইডিয়া থেকেই স্থাপন করা হয়েছে Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)। নাম থেকেই কিছুটা অনুমান করা যায় কিভাবে এখানে মহাকর্ষীয় তরঙ্গ সনাক্ত করার উদ্যোগ নেওয়া হয়েছে। প্রথমতঃ এখানে একটি মাইকেলসন ইনটারফেরোমিটার ব্যবহার করা হয়েছে এবং আলোর উৎস হিসেবে ব্যবহার করা হয়েছে লেজার।

LIGO পরীক্ষায় প্রায় সহস্রাধিক বিজ্ঞানী কাজ করেছেন এবং এতে ১ বিলিয়ন ডলার খরচ হয়েছে। স্থানের সংকোচন-প্রসারণ সনাক্তকরার জন্য এই প্রকল্পে দুটি ডিটেক্টর ব্যবহার করা হয়েছে, যার একটি ওয়াশিংটনে এবং অপরটি লুইজিয়ানায় স্থাপিত। প্রতিটি ডিটেক্টর দেখতে L আকৃতির যার একেকটি বাহু চার কিলোমিটার লম্বা। এই দুটি বাহুর সংযোগস্থলে একটি অর্ধভেদ্য দর্পন রাখা হয় যা লেজার বিমকে দুই ভাগে ভাগ করে দুই বাহু বরাবর প্রেরণ করে। চিত্র দ্রষ্টব্য।

প্রতিটি বাহুর প্রান্তে নিক্ষিপ্ত লেজার প্রতিফলিত হয় এবং অত্যন্ত অণুপুঙ্খ পারমাণবিক ঘড়ির মাধ্যমে লেজারের পথ পাড়ি দেওয়ার সময় নির্ধারণ করা হয়। যদি কোনো শক্তিশালী মহাকর্ষ তরঙ্গ এর মধ্য দিয়ে যায় তাহলে L এর দুই বাহুর মধ্যে দৈর্ঘ্যের তারতম্য ঘটতে অতিঅতি অতি সামান্য এবং দুই বাহুর লেজারের আগমনের সময়ে সেকেন্ডের ক্ষুদ্রাংশ তারতম্য ঘটবে। তবে এই তারতম্য এতোই সূক্ষ হবে যে এই ডিটেক্টরকে তাই প্রায় অসম্ভব রকমের সূক্ষতা পরিমাপে সক্ষম হতে হবে। এই তারতম্য হবে একটি প্রোটনের ব্যসের লক্ষ্যভাগের একভাগ। যদি আমরা বাহুর দৈর্ঘ্যকে ছায়াপথ গ্যালাক্সির ব্যসের সাথে তুলনা করি তাহলে দৈর্ঘ্য সংকোচন-প্রসারণের পরিমান হবে একটি ফুটবল মাঠের ব্যসের সমান। তার উপর এই ধরনের সেনসেটিভ স্থাপনায় বাইরে থেকে নয়েজ ঢুকে যেতে পারে খুব সহজে। যেমন: নিয়ন্ত্রন কক্ষে বসে কেউ একটি তালি দিলেও তা যন্ত্রের সিগন্যালে একটি বিক্ষেপ তৈরি করে ফেলতে পারে। এই ক্ষেত্রে দুটি সম্পূর্ণ পৃথক স্থানে স্থাপিত দু’টি ডিটেক্টর এই সমস্যার সমাধান করবে। ঠিক একই নয়েজ একই সময়ে দুটি ডিটেক্টরে তৈরি হওয়ার সম্ভাবনা অত্যন্ত ক্ষীণ। একই সময়ে দুটি ডিটেক্টরেরই নিয়ন্ত্রন কক্ষে তালি দেওয়ার সম্ভাবনা বেশ কমই বলা চলে!

দৈর্ঘ্য বিচ্যুতি নির্ণয়ের পদ্ধতিটিও বেশ চমৎকার। বাহুর মধ্যে লেজারের বীমের দৈর্ঘ্য এমনভাবে নির্ধারণ করা হয় যেন স্বাভাবিক অবস্থায় প্রতিফলনের পরে আলোক তরঙ্গগুলো একে অপরের বিপরীত দশায় মিলিত হয়। আমরা জানি বিপরীত দশায় মিলিত দুটি তরঙ্গ একে অপরকে নাকচ করে দেয়। ফলে সার্বিকভাবে ডিটেক্টরে কোন সংকেত পাওয়া যায় না (নিচের চিত্র দেখুন)। কিন্তু যদি বিমের দৈর্ঘ্যে খুব সামান্য বিচ্যুতি ঘটে তাহলে দর্পনে প্রতিফলনের পরে এরা আর পুরোপুরি একটি বিপরীত দশায় মিলিত হবে না। ফলে একে অপরকে নাকচ করতে পারবে না বরং মিলত তরঙ্গের কোনো কোনো স্থানে সংকেতের তীব্রতা তৈরি হবে।

যন্ত্রের কার্যপ্রনালী তাহলে স্পষ্ট হয়ে গেল: স্বাভাবিক অবস্থায় কোনো সংকেত পাওয়া যাবে না, এবং দৈর্ঘ্য বিচ্যুতি ঘটলে সংকেত পাওয়া যাবে। এই পদ্ধতিতে একটি প্রোটনের ব্যসের ১ সহস্রাংশ দৈর্ঘ্য পার্থক্য পরিমাপ করা সম্ভব। তবে আগেই যেমন বলা হয়েছে বাইরে থেকে খুব সামান্য নয়েজ এই যন্ত্রে বিশাল প্রভাব পড়তে পারে। কিন্তু মহাকর্ষীয় তরঙ্গ সনাক্তকরণের ক্ষেত্রে একটা সুবিধা আছে। আমরা এর প্রস্থচ্ছেদ থেকে জানি এটি যখন একদিকে সংকোচন ঘটাবে তখন তার ৯০ ডিগ্রি কোণে প্রসারণ ঘটাবে। ফলে যখন আমরা একটি বাহুতে সংকোচন পাব অপর বাহুতে প্রসারণ পাব সুনির্দিষ্ট ভাবে। বাইরের গোলমাল এইরকম যথাযথ সংকেত তৈরি করতে পারবে না। তারউপর আগেই বলা হয়েছে দুটি ভিন্ন স্থানে দুটি ডিটেক্টর বসানোয় উভয়ের গোলমাল একই হবে না ফলে কোনগুলো গোলমাল আর কোনগুলো আসল সংকেত তা সহজেই পৃথক করা যাবে। এর বাইরেও ইতালীর ভার্গোতে আরেকটি স্থাপনা রয়েছে যা প্রকৃত মহাকর্ষীয় সংকেত সনাক্তকরণ আরো সহজতর করবে।

এই ধরনের ব্যবস্থাপনা নিয়ে ২০০১ সালে LIGO প্রকল্প যাত্রা শুরু করে। কিন্তু ২০১০ সাল পর্যন্ত এটি একটি মহকর্ষীয় তরঙ্গও শনাক্ত করতে পারে নি। কারণ এত ব্যবস্থা আর সেনসেটিভিটি সত্ত্বেও মহাকর্ষীয় তরঙ্গ সনাক্ত করার জন্য যে পরিমান সেনসিটিভি প্রয়োজন এর তা ছিলো না। তার উপর এই ধরনের তরঙ্গ উৎসরিত হওয়ার সম্ভাবনাও প্রতিকূল। মহাজাগতিক গবেষণা হতে দেখা যায় এ ধরনের তরঙ্গ উৎসরিত হওয়ার সম্ভাবনা সর্বাধিক বছরে ১ টি, আর সর্বনিন্ম ১০,০০০ বছরে ১ টি! বোঝাই যাচ্ছে খুবই অনিশ্চয়তার মধ্যে পড়ে হচ্ছে। ২০১০ সালের মধ্যে কিছু সনাক্ত না হওয়ায় এই প্রকল্প বন্ধ করে দেওয়া হয় এবং ২০৫ মিলিয়ন ডলার খরচ করে এর যন্ত্রপাতি আপগ্রেড করে সেনসিটিভিটি ১০ গুন বাড়ানো হয়। এর অর্থ হলো এটি এখন মহাবিশ্বের ১০০০ গুণ বেশী আয়তনের সংকেত গ্রহণ করতে পারবে। তার মানে হলো রাতারাতি সংকেত পাওয়ার সম্ভাবনা ১০০০ গুণ বৃদ্ধি পাচ্ছে। সব ঠিকঠাক করে এটিকে ২০১৫ সালের সেপ্টেম্বরে পুনরায় চালু করা হয়। এবং বিভিন্ন সময় এতে সিগন্যাল গ্রহণ করা হয়!

কিন্তু এখানে মজার বিষয় আছে। পুনরায় চালু করার পর প্রকল্পে মাঝে মাঝে কৃত্রিমভাবে সংকেত প্রবেশ করিয়ে দেওয়া হয়। এর দুটি উদ্দেশ্য। প্রথমতঃ প্রকল্পের কর্মীরা সবাই যেন সতর্ক থাকে সংকেতের বিষয়ে এবং সতর্কতা চর্চা করে, আর দ্বিতীয়ত, কোনটি আসল সংকেত সেটি যেন সবাই বুঝে ফেলতে না পারে। কেবলমাত্র তিনজন ব্যক্তি জানেন একটি সংকেত আসল নাকি নকল। এর কারণ হলো, প্রকৃত সংকেত পাওয়া গেলেও প্রকল্পের কর্তাব্যক্তিদের ইচ্ছে ছিলো না নতুন বছরের আগে তা প্রকাশ করা। এর কারণ সংকেত সনাক্তকরণে ভুল-ভ্রান্তিও থাকতে পারে। এই ভুল-ভ্রান্তি তদারকি করতে মাসাধিক কাল লেগে যেতে পারে তাই সবদিক নিশ্চিত না হয়ে ফলাফল প্রকাশ করে দেওয়া ঝুঁকিপূর্ণ। তবে এতকিছুর পরেও সেপ্টেম্বরেই গুজব ছড়িয়ে যায় যে LIGO সত্যিকারের মহাকর্ষীয় তরঙ্গ শনাক্ত করেছে। সেই গুজব যে সত্যি ছিলো তা অবশেষে প্রমানীত হলো।