Formation and Evolution of Antimatter Objects

कल्पना कीजिए कि प्रारंभिक ब्रह्मांड एक विशाल, ब्रह्मांडीय रसोई (cosmic kitchen) की तरह था। इस रसोई में अधिकांश सामग्रियाँ "पदार्थ" (matter) हैं (जैसे कि वे परमाणु जिनसे तारे, ग्रह और हम बने हैं)। लेकिन भौतिकी का एक बड़ा रहस्य यह है: सारा "प्रतिपदार्थ" (antimatter) कहाँ गया? आमतौर पर, जब पदार्थ और प्रतिपदार्थ मिलते हैं, तो वे विस्फोट के साथ लुप्त हो जाते हैं। फिर भी, हमें पदार्थ से भरा हुआ ब्रह्मांड दिखाई देता है और लगभग कोई प्रतिपदार्थ नहीं दिखता।

सत्विक यादव का यह शोध पत्र एक दिलचस्प "क्या होगा अगर?" वाला सवाल पूछता है: क्या होगा अगर प्रतिपदार्थ के कुछ हिस्से प्रारंभिक ब्रह्मांड में पदार्थ से दूर छिप गए हों, और वे अपने स्वयं के तारे बनाने के लिए पर्याप्त समय तक जीवित रहे हों?

यहाँ उस शोध पत्र की कहानी सरल रूप में दी गई है:

1. प्रतिपदार्थ के छिपे हुए द्वीप

लेखक कल्पना करता है कि ब्रह्मांड के शुरुआती क्षणों में, एक "फेज़ ट्रांज़िशन" (phase transition) हुआ (जैसे पानी जम कर बर्फ बन जाता है)। इसने ब्रह्मांड को अलग-अलग द्वीपों में विभाजित कर दिया: कुछ सामान्य पदार्थ से बने थे, और कुछ पूरी तरह से प्रतिपदार्थ से बने थे।

शोध पत्र यह मान लेता है कि ये "प्रतिपदार्थ द्वीप" इतने बड़े थे कि वे पहले तारों के जन्म के समय (बिग बैंग के लगभग 300 मिलियन वर्ष बाद) तक जीवित रह सकें। यहाँ मुख्य नियम यह है कि जब तक प्रतिपदार्थ अपने स्वयं के द्वीप के भीतर रहता है और सामान्य पदार्थ को नहीं छूता, तब तक यह सामान्य पदार्थ की तरह ही व्यवहार करता है।

2. खेल के नियम (सममिति/Symmetry)

यह शोध पत्र एक सुंदर विचार पर आधारित है जिसे CPT सममिति कहा जाता है। इसे एक पूर्ण दर्पण की तरह समझें। यदि आप दर्पण में प्रतिपदार्थ के बादल को देखते हैं, तो इसे सामान्य गैस के बादल की तरह ही व्यवहार करना चाहिए।

• गुरुत्वाकर्षण: प्रतिपदार्थ भी सामान्य पदार्थ की तरह ही गुरुत्वाकर्षण द्वारा नीचे की ओर खींचा जाता है।
• ऊष्मा और दबाव: प्रतिपदार्थ गैस भी गर्म होती है और सामान्य गैस की तरह ही पीछे की ओर दबाव डालती है।
• ऊष्मागतिकी (Thermodynamics): ऊर्जा और ऊष्मा के नियम प्रतिपदार्थ पर भी बिल्कुल उसी तरह लागू होते हैं।

इसलिए, लेखक कहता है: "मान लीजिए कि प्रतिपदार्थ का भौतिक विज्ञान, सामान्य पदार्थ के समान ही है। यदि हम सामान्य गैस से एक तारा बना सकते हैं, तो हम प्रतिपदार्थ गैस से भी एक तारा बना सकते हैं।"

3. पतन (The Collapse): बादल को दबाना

एक तारा बनाने के लिए, आपको गैस के एक विशाल बादल की आवश्यकता होती है जो अपने स्वयं के वजन के नीचे ढह जाए (collapse)।

• सेटअप: शोध पत्र लगभग 5,000 सूर्यों के द्रव्यमान वाले एक विशिष्ट प्रतिपदार्थ बादल की जांच करता है।
• ट्रिगर: एक सामान्य बादल की तरह ही, यह प्रतिपदमान बादल किसी बाहरी झटके से विचलित होता है (शायद पास के किसी विस्फोट की शॉकवेव से)।
• दबाव (The Squeeze): गुरुत्वाकर्षण सब कुछ अंदर की ओर खींचना शुरू कर देता है। बादल छोटा और गर्म होता जाता है।

शोध पत्र गणित की जाँच करता है (जिसे "जीन्स मास" और "बॉनर-एबर्ट मास" कहा जाता है, जो बादलों के लिए वजन की सीमा की तरह हैं)। यह स्पष्ट है कि हमारा 5,000 सूर्यों वाला प्रतिपदार्थ बादल ढहने के लिए पर्याप्त भारी है। यह रेत के एक ढेर की तरह है जो बस ढलान से नीचे फिसलने के लिए पर्याप्त भारी है; वह स्थिर नहीं रह पाएगा।

4. गर्म होने के लिए ठंडा होना

यह सुनने में विरोधाभासी लग सकता है, लेकिन एक तारा बनाने के लिए, गैस को पहले ठंडा होने की आवश्यकता होती है।

• रेडिएटर: जैसे-जैसे प्रतिपदार्थ बादल ढहता है, यह सरल अणु (जैसे एंटी-हाइड्रोजन) बनाता है। ये अणु एक रेडिएटर की तरह कार्य करते हैं, जिससे ऊष्मा अंतरिक्ष में बाहर निकल जाती है।
• परिणाम: क्योंकि ऊष्मा बाहर निकल जाती है, इसलिए बादल उतना ज़ोर से पीछे की ओर दबाव नहीं डाल पाता, जिससे गुरुत्वाकर्षण इसे और भी कसकर दबा पाता है।
• बदलाव: अंततः, बादल इतना सघन हो जाता है कि यह अपारदर्शी (opaque) हो जाता है (आप इसके पार नहीं देख सकते)। ऊष्मा इसके अंदर फंस जाती है। केंद्र तेजी से गर्म होता है, जो एक "प्रोटोस्टार" (एक नवजात तारा) में बदल जाता है।

शोध पत्र तर्क देता है कि चूंकि प्रतिपदार्थ सामान्य पदार्थ के समान ही शीतलन नियमों (cooling rules) का पालन करता है, इसलिए यह प्रक्रिया एक प्रतिपदार्थ बादल के लिए भी बिल्कुल समान होगी।

5. बड़ा सवाल: क्या प्रतिपदार्थ जल सकता है?

यहाँ शोध पत्र का एक प्रमुख "यदि" है।
एक बार जब नवजात प्रतिपदार्थ तारा पर्याप्त गर्म और सघन हो जाता है, तो इसे वास्तविक, चमकते हुए तारे के रूप में बनने के लिए परमाणु संलयन (nuclear fusion - ईंधन जलाना) की आवश्यकता होती है।

• सामान्य तारे: हाइड्रोजन को हीलियम में जलाते हैं।
• प्रतिपदार्थ तारे: इन्हें एंटी-हाइड्रोजन को एंटी-हीलियम में जलाने की आवश्यकता होगी।

शोध पत्र स्वीकार करता है कि हमने अभी तक इसे वास्तव में होते हुए नहीं देखा है। यह एक सैद्धांतिक धारणा है। लेकिन, यदि भौतिक विज्ञान के नियम वास्तव में सममित (symmetric) हैं (दर्पण वाला नियम), तो प्रतिपदार्थ संलयन भी सामान्य संलयन की तरह ही काम करना चाहिए।

यदि यह काम करता है, तो शोध पत्र भविष्यवाणी करता है कि ये प्रतिपदार्थ बादल विशाल तारों में बदल जाएंगे, जिनका वजन संभवतः हमारे सूर्य से कम से कम 22 गुना अधिक होगा। वे सामान्य पहली पीढ़ी के तारों की तरह ही बहुत बड़े, चमकीले और अल्पजीवी होंगे।

6. हम उन्हें कैसे खोजें?

यदि ये "एंटीस्टार" (antistars) मौजूद हैं, तो हम उन्हें कैसे पहचानें?

• खतरा क्षेत्र: पदार्थ और प्रतिपदार्थ घातक दुश्मन हैं। यदि एक एंटीस्टार एक सामान्य गैस बादल के बहुत करीब आता है, या यदि वह सामान्य पदार्थ को "खाने" की कोशिश करता है, तो वे एक-दूसरे को नष्ट (annihilate) कर देंगे।
• संकेत: यह विनाश उच्च-ऊर्जा प्रकाश (गामा किरणें और एक्स-रे) का एक विशाल विस्फोट पैदा करता है।
• खोज: खगोलशास्त्री इन विशिष्ट, उच्च-ऊर्जा चमक (flashes) को गैस बादलों के किनारों से या उन तारों से आते हुए देखेंगे जो सामान्य पदार्थ को "खा" रहे हैं।

निष्कर्ष

शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि यह भौतिक रूप से संभव है कि प्रतिपदार्थ तारे बनाएं, बशर्ते:

1. प्रारंभिक ब्रह्मांड में प्रतिपदार्थ के बड़े, अलग-थलग द्वीप मौजूद थे।
2. भौतिक विज्ञान के नियम प्रतिपदार्थ के लिए सामान्य पदार्थ का एक पूर्ण दर्पण हैं (जो कि एक मानक वैज्ञानिक धारणा है)।
3. प्रतिपदार्थ सामान्य पदार्थ की तरह ही परमाणु संलयन (nuclear fusion) कर सकता है।

यदि ये स्थितियाँ पूरी होती हैं, तो ब्रह्मांड विशाल, अदृश्य "एंटीस्टार्स" को छिपाए हुए हो सकता है, जिन्हें हम संभावित रूप से उन अद्वितीय, उच्च-ऊर्जा चमकों के माध्यम से पहचान सकते हैं जो वे गलती से सामान्य पदार्थ को छूने पर उत्पन्न करते हैं। जब तक हम उन चमकों को नहीं देखते, वे एक आकर्षक, गणितीय रूप से सुदृढ़ संभावना बने हुए हैं।