बिग बैंग

कैसे ब्रह्मांड एक गर्म, घनी शुरुआत से 13.8 अरब वर्षों में आकाशगंगाओं का जाल बन गया

कदम-दर-कदम

आज का ब्रह्मांड

खाली रिक्तियों के चारों ओर तंतुओं के जाल पर पिरोई आकाशगंगाएँ: बिग बैंग के 13.8 अरब वर्ष बाद का ब्रह्मांड। स्वयं अंतरिक्ष अब भी खिंच रहा है और आकाशगंगाओं को एक-दूसरे से दूर ले जा रहा है।

दिखाया गया क्षेत्र लगभग 80 करोड़ प्रकाश-वर्ष चौड़ा है। इसकी आकाशगंगाएँ दस करोड़ प्रकाश-वर्ष या उससे भी चौड़ी रिक्तियों के चारों ओर दीवारों और तंतुओं में इकट्ठा होती हैं: यही वह पैटर्न है जो लाखों आकाशगंगाओं का नक्शा बनाने वाले सर्वेक्षणों ने उजागर किया है। यहाँ का जाल नक्शे से नहीं, एक सरल मॉडल से बनाया गया है, इसलिए यह असली जैसा दिखता है पर असली नहीं है।

दूर की आकाशगंगाएँ जितनी दूर हैं, उतनी ही तेज़ी से हमसे दूर जा रही हैं: हर 32.6 लाख प्रकाश-वर्ष पर लगभग 67 किमी/से अधिक तेज़। वे अंतरिक्ष में उड़ नहीं रहीं; उनके बीच का अंतरिक्ष बढ़ रहा है। घड़ी को उलटा चलाइए, तो सब कुछ कभी एक-दूसरे से सटा हुआ रहा होगा।

घड़ी को उलटा चलाना

समय को उलटा चलाइए तो आकाशगंगाएँ पास-पास सिमटती हैं, एकसमान गैस में घुल जाती हैं और लगातार गर्म होती रोशनी में खो जाती हैं। कोई केंद्र नहीं है: कहीं से भी देखें, सब कुछ एक ही तरह पास आता है।

बिग बैंग अंतरिक्ष के किसी एक बिंदु पर हुआ विस्फोट नहीं था। स्वयं अंतरिक्ष हर जगह एक साथ छोटा था, और आज के ब्रह्मांड का हर हिस्सा इसमें शामिल था। कोई भी आकाशगंगा चुनिए: उलटा चलाने पर बाकी सब उसकी ओर पास आती हैं, ठीक वैसे ही जैसे हमारी ओर।

जो कुछ हम आज देख सकते हैं, जो अब 93 अरब प्रकाश-वर्ष चौड़ा है, वह बिग बैंग के एक सेकंड बाद लगभग 18 प्रकाश-वर्ष चौड़े क्षेत्र में समाया था। बिल्कुल पहले क्षण में क्या हुआ, या उससे पहले कुछ था भी या नहीं, यह अभी कोई नहीं जानता: हमारी भौतिकी ब्रह्मांड को केवल उस समय तक पीछे देख सकती है जब वह पहले ही सेकंड के एक बहुत छोटे अंश जितना पुराना था।

पहला सेकंड

सेकंड के दस लाखवें हिस्से पर अंतरिक्ष खरबों डिग्री पर क्वार्क, ग्लुऑन और प्रकाश से भरा है। लगभग सेकंड के एक लाखवें हिस्से के बाद क्वार्क इकट्ठा होकर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बन जाते हैं।

आज कुछ भी इतना गर्म नहीं है, किसी तारे का केंद्र भी नहीं। पूरा ब्रह्मांड सबसे छोटे कणों का गाढ़ा सूप था, जो इतनी बार टकराते थे कि कुछ भी जुड़ा नहीं रह सकता था। अंतरिक्ष के बढ़ने के साथ यह ठंडा हुआ, और लगभग दो खरब डिग्री पर क्वार्क तीन-तीन के गुच्छों में जुड़ गए: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन।

शुरू में न्यूट्रॉन उतने ही थे जितने प्रोटॉन। न्यूट्रॉन थोड़े भारी होते हैं, इसलिए ठंडा होने के साथ वे कम होते गए, जब तक कि एक सेकंड से कुछ अधिक पर दोनों का एक-दूसरे में बदलना रुक नहीं गया: हर छह प्रोटॉन पर एक न्यूट्रॉन। तब तक न्यूट्रिनो निकल चुके थे; वे आज भी अंतरिक्ष में भरे हैं।

पहले कुछ मिनट

लगभग तीसरे और बीसवें मिनट के बीच प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जुड़कर हीलियम बनाते हैं, जब तक कि सारे सामान्य पदार्थ का एक-चौथाई हीलियम न हो जाए। फिर ब्रह्मांड और बनाने के लिए बहुत ठंडा हो जाता है।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन पहले ड्यूटेरियम के रूप में जोड़े बनाते हैं, लेकिन कुछ मिनटों तक प्रकाश इतना गर्म रहता है कि इन जोड़ों को तोड़ देता है। लगभग एक अरब डिग्री से नीचे ठंडा होने पर जोड़े बचे रहते हैं और जल्दी ही हीलियम में जुड़ जाते हैं। लगभग हर न्यूट्रॉन किसी हीलियम नाभिक के अंदर पहुँच जाता है।

परिणाम, द्रव्यमान के हिसाब से लगभग तीन-चौथाई हाइड्रोजन और एक-चौथाई हीलियम, साथ में ड्यूटेरियम और लिथियम के अंश, ठीक वही है जो खगोलविद सबसे पुरानी गैस और तारों में पाते हैं। यह इस बात के सबसे मज़बूत प्रमाणों में से है कि बिग बैंग हुआ था, और यह ब्रह्मांड के पहले बीस मिनटों में हुआ।

एक चमकता कोहरा

अगले 3,70,000 वर्षों तक ब्रह्मांड नाभिकों, इलेक्ट्रॉनों और प्रकाश का चमकता कोहरा है। प्रकाश किसी इलेक्ट्रॉन से टकराकर मुड़े बिना दूर नहीं जा पाता, इसलिए इसके आर-पार कुछ भी दिखाई नहीं देता।

यह किसी तारे के अंदर होने जैसा है, पर अंतरिक्ष के बढ़ने के साथ विरल और ठंडा होता हुआ। पदार्थ और प्रकाश एक-दूसरे को धकेलते और खींचते हैं, और कोहरे में ध्वनि तरंगें गूँजती हैं। उनकी छोड़ी हुई लहरें बहुत छोटी हैं, लगभग एक लाख में एक भाग; यहाँ उन्हें हज़ारों गुना ज़्यादा ज़ोरदार दिखाया गया है।

धीरे-धीरे कोहरा दसियों करोड़ डिग्री से ठंडा होकर कुछ हज़ार डिग्री तक आता है, और उसकी चमक का रंग किसी ठंडे होते तारे की तरह बदलता है: नीले-सफ़ेद से पीला और फिर नारंगी। हर प्रोटॉन या न्यूट्रॉन पर प्रकाश के लगभग 1.6 अरब कण हैं।

कोहरा छँटता है

लगभग 3,000 डिग्री पर, बिग बैंग के कोई 3,70,000 वर्ष बाद, इलेक्ट्रॉन नाभिकों से जुड़ जाते हैं और कोहरा पारदर्शी हो जाता है। तब मुक्त हुआ प्रकाश आज भी हर दिशा से हम तक पहुँचता है: कॉस्मिक माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण।

जब इलेक्ट्रॉन हाइड्रोजन और हीलियम के परमाणुओं में बँध जाते हैं, तो प्रकाश उनके बीच से बेरोकटोक गुज़रता है। वह प्रकाश तब से यात्रा कर रहा है। बढ़ते ब्रह्मांड ने उसे हज़ार गुना लंबी तरंगदैर्घ्य तक खींच दिया है, और आज वह माइक्रोवेव के रूप में पहुँचता है, परम शून्य से 2.7 डिग्री ऊपर।

इसकी छोटी-छोटी लहरें, आकाश में लगभग एक डिग्री चौड़े धब्बे, हर आकाशगंगा के बीज हैं। उपग्रहों ने COBE से लेकर WMAP और प्लांक तक उनका विस्तृत नक्शा बनाया है; असली नक्शा तस्वीरों में है। उनका पैटर्न हमें ब्रह्मांड की आयु और यह बताता है कि वह किससे बना है।

अंधकार युग

अंतरिक्ष के बढ़ते रहने के साथ बची हुई चमक लाल होती और मंद पड़ती जाती है। कुछ मिलियन वर्षों बाद कोई दृश्य प्रकाश नहीं बचता, केवल अँधेरा, जबकि गुरुत्वाकर्षण चुपचाप पदार्थ को लहरों में इकट्ठा करता है।

कुछ मिलियन वर्षों तक आकाश अंगारों की तरह धीमी लाल चमक से दमकता रहा। फिर उसका प्रकाश अवरक्त में खिसक गया और ब्रह्मांड अँधेरा हो गया। अभी कोई तारा नहीं था, केवल ठंडी होती हाइड्रोजन और हीलियम गैस।

अँधेरे में डार्क मैटर, जो न चमकता है न प्रकाश को रोकता है और सामान्य पदार्थ से पाँच गुना भारी है, वहाँ सिमटा जहाँ लहरों ने उसे थोड़ा घना छोड़ा था, और गैस उसके पीछे चली। यहाँ उसे नीले रंग में दिखाया गया है; असल में वह अदृश्य है।

पहला प्रकाश

दस से बीस करोड़ वर्ष बाद, जाल की सबसे घनी गाँठों में पहले तारे जल उठते हैं और पहली आकाशगंगाएँ इकट्ठा होती हैं। उनका प्रकाश धीरे-धीरे अपने आसपास की गैस को साफ़ करता है।

पहले तारे शायद विशाल, गर्म और अल्पायु थे, जो केवल हाइड्रोजन और हीलियम से बने थे; उनमें से अभी तक कोई नहीं मिला है। जेम्स वेब अंतरिक्ष दूरबीन ने ऐसी आकाशगंगाएँ देखी हैं जो बिग बैंग के 30 करोड़ वर्ष से भी कम समय बाद चमक रही थीं।

युवा आकाशगंगाओं के पराबैंगनी प्रकाश ने अपने आसपास के हाइड्रोजन परमाणुओं को फिर से तोड़ दिया, और लगभग एक अरब वर्ष तक आकाशगंगाओं के बीच की गैस पारदर्शी हो गई। उनके तारों ने पहले भारी तत्व भी गढ़े, कार्बन से लोहे तक, जिनसे बाद के तारे और ग्रह बने।

जाल बढ़ता है

अरबों वर्षों में आकाशगंगाएँ जाल के साथ-साथ बढ़ती और आपस में मिलती हैं। सूर्य बिग बैंग के 9.2 अरब वर्ष बाद बनता है, और पिछले छह अरब वर्षों से अंतरिक्ष और भी तेज़ी से बढ़ रहा है।

अधिकांश तारे तब जन्मे जब ब्रह्मांड दो से छह अरब वर्ष पुराना था; तब से तारों का जन्म लगभग दस गुना धीमा हो गया है। हमारा सूर्य और पृथ्वी लगभग 4.6 अरब वर्ष पहले ऐसी गैस से बने जिसे पहले के तारों की पीढ़ियाँ पहले ही समृद्ध कर चुकी थीं।

1998 में खगोलविदों ने पाया कि दूर के फटते तारे अपेक्षा से धुंधले थे: विस्तार तेज़ हो रहा है। जो इसे चला रहा है, जिसे डार्क एनर्जी कहते हैं, वह आज ब्रह्मांड का लगभग 68% है। वह क्या है, यह भौतिकी के सबसे बड़े अनसुलझे प्रश्नों में से एक बना हुआ है।