Status of BICEP Array and Integration of the 220/270 GHz Receiver
यह शोध पत्र BICEP Array प्रयोग की वर्तमान स्थिति की रिपोर्ट करता है, जिसमें इस बात पर प्रकाश डाला गया है कि जहाँ 30/40 GHz और 150 GHz रिसीवर आगामी विश्लेषणों में सक्रिय रूप से डेटा योगदान दे रहे हैं, वहीं महत्वपूर्ण 220/270 GHz रिसीवर आंशिक रूप से चालू है और इसके डिटेक्टर मॉड्यूल को पूरा करने तथा भविष्य के ब्रह्माण्ड संबंधी मापन के लिए आवश्यक डस्ट फोरग्राउंड क्लीनिंग को सक्षम करने हेतु 270 GHz दक्षता में सुधार के प्रयास जारी हैं।
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ब्रह्मांड की शुरुआत ऊर्जा और पदार्थ के एक उबलते हुए, गर्म सूप के रूप में हुई थी, जो एक सेकंड के एक अंश में तेजी से फैल गया और फिर आज के विशाल ब्रह्मांड में ठंडा होकर स्थिर हो गया। यह विस्तार, जिसे मुद्रास्फीति (इन्फ्लेशन) के रूप में जाना जाता है, अपने पीछे प्रकाश की एक हल्की चमक छोड़ गया है जो पूरे स्थान को भर देती है, जिसे कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (CMB) कहा जाता है। हालांकि यह प्रकाश काफी हद तक एकसमान है, लेकिन इसमें तापमान में सूक्ष्म लहरें और इसकी तरंगों का एक सूक्ष्म ध्रुवीकरण, या संरेखण (अलाइनमेंट) मौजूद है। वैज्ञानिक मानते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्मांड के सबसे हिंसक क्षणों ने, विशेष रूप से अंतरिक्ष के तीव्र विस्तार ने, इस प्रकाश में एक अनूठा घुमावदार पैटर्न बनाया होगा, जिसे बी-मोड्स (B-modes) कहा जाता है। इन विशिष्ट पैटर्नों का पता लगाना आधुनिक ब्रह्मांड विज्ञान के सबसे महत्वपूर्ण लक्ष्यों में से एक है क्योंकि वे मुद्रास्फीति के सिद्धांत की पुष्टि करेंगे और उस ऊर्जा स्तर को प्रकट करेंगे जिस पर ब्रह्मांड का जन्म हुआ था। हालांकि, इस संकेत को खोजना एक तूफान में फुसफुसाहट सुनने जैसा है; ब्रह्मांड हमारे अपने आकाशगंगा के धूल जैसे अन्य ध्रुवीकृत प्रकाश स्रोतों से भरा हुआ है, जो आसानी से इस सूक्ष्म ब्रह्मांडीय संकेत को दबा सकते हैं या इसकी नकल कर सकते हैं।
इस पहेली को सुलझाने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम दक्षिण ध्रुव पर स्थित 'बीसेप एरे' (BICEP Array) नामक एक महत्वाकांक्षी परियोजना पर काम कर रही है। यह स्थान आकाश का एक स्पष्ट, शुष्क दृश्य प्रदान करता है, जो सबसे सूक्ष्म संकेतों को देखने के लिए आवश्यक है। यह परियोजना प्रकाश की विभिन्न आवृत्तियों (फ्रीक्वेंसी) के लिए ट्यून किए गए विशेष टेलीस्कोपों, या रिसीवर्स की एक श्रृंखला का उपयोग करती है। कई आवृत्तियों पर आकाश का अवलोकन करके, टीम प्राचीन ब्रह्मांडीय संकेत और आकाशगंगा की धूल से उत्पन्न होने वाले अग्रभूमि शोर (फोरग्राउंड नॉइज़) के बीच अंतर कर सकती है। यह शोध पत्र इस प्रयोग की वर्तमान स्थिति का विवरण देता है, जिसमें दो पूर्ण रिसीवर्स के साथ हुई प्रगति और तीसरे, उच्च-आवृत्ति वाले रिसीवर को पूरा करने के महत्वपूर्ण कार्य पर प्रकाश डाला गया है, जिसे विशेष रूप से धूल के हस्तक्षेप को मैप करने और हटाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
टीम पहले ही दो पूरी तरह से कार्यात्मक रिसीवर्स तैनात कर चुकी है। एक कम आवृत्तियों पर काम करता है ताकि सिंक्रोट्रॉन रेडिएशन (एक प्रकार का प्रकाश जो उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्सर्जित होता है) को ट्रैक किया जा सके, जबकि दूसरा 150 की आवृत्ति पर काम करता है, जिसे कॉस्मिक बैकग्राउंड को देखने के लिए सबसे उपयुक्त बिंदु माना जाता है। इन उपकरणों से प्राप्त डेटा, जिसे कई वर्षों के अवलोकन के साथ जोड़ा जा रहा है, अब तक के सबसे संवेदनशील आकाश मानचित्र बनाने के लिए उपयोग किया जा रहा है। ये मानचित्र प्रारंभिक ब्रह्मांड के अपेक्षित पैटर्न को बढ़ती स्पष्टता के साथ दिखाते हैं। निम्न-आवृत्ति वाला उपकरण इतना प्रभावी साबित हुआ है कि यह अब पुराने, बाहरी डेटा स्रोतों की तुलना में सिंक्रोट्रॉन फोरग्राउंड पर बेहतर प्रतिबंध (कन्स्ट्रेंट्स) प्रदान कर रहा है। इस बीच, 150 GHz रिसीवर ने, केवल दो वर्षों के अवलोकन समय के बावजूद, पहले से मौजूद टेलीस्कोपों के अठारह वर्षों के डेटा की गहराई के बराबर प्रदर्शन कर लिया है, जो यह दर्शाता है कि टीम कितनी तेजी से आकाश का मानचित्रण कर सकती है।
टीम के लिए सबसे जरूरी कार्य तीसरे रिसीवर को पूरा करना है, जो बहुत उच्च आवृत्तियों 220 और 270 पर ट्यून किया गया है। यह उपकरण आकाशगंगा की धूल से कॉस्मिक मानचित्रों को साफ करने की कुंजी है, जो वर्तमान में उनके मापों में अनिश्चितता का एक बड़ा हिस्सा है। इस रिसीवर को 2024 में तैनात किया गया था और यह वर्तमान में आंशिक रूप से पूर्ण है, जिसमें बारह डिटेक्टर मॉड्यूल में से सात स्थापित किए गए हैं। टीम 2027 के अवलोकन सत्र से पहले शेष पांच मॉड्यूल स्थापित करने की योजना बना रही है, जो अब उनकी सर्वोच्च प्राथमिकता है। इस उच्च-आवृत्ति वाले डेटा के बिना, वे धूल को कॉस्मिक सिग्नल से पूरी तरह से अलग नहीं कर सकते, जो उनकी अंतिम संवेदनशीलता लक्ष्य तक पहुँचने के लिए आवश्यक है।
2025-26 के ग्रीष्मकालीन सत्र के दौरान, टीम ने आंशिक रूप से पूर्ण रिसीवर पर प्रारंभिक परीक्षण किए ताकि यह देखा जा सके कि यह कैसा प्रदर्शन कर रहा है। उन्होंने यह मापा कि डिटेक्टर कितनी कुशलता से प्रकाश को पकड़ते हैं, वे विशिष्ट आवृत्तियों पर कैसे ट्यून किए गए हैं, और टेलीस्कोप के दृश्य के आकार का मानचित्रण किया। 220 GHz मॉड्यूल के परिणाम आम तौर पर संतोषजनक थे, जिसमें अधिकांश डिटेक्टर बीस प्रतिशत दक्षता की दहलीज से काफी ऊपर प्रदर्शन कर रहे थे। टीम ने यह भी पुष्टि की कि डिटेक्टर सही आवृत्तियों पर ट्यून किए गए थे और उनके दृश्य का आकार सैद्धांतिक भविष्यवाणियों से मेल खाता था। हालांकि, एकल मॉड्यूल जो 270 GHz पर काम कर रहा था, उसमें वांछित दक्षता से कम प्रदर्शन देखा गया। टीम को संदेह है कि यह एक विनिर्माण संरेखण (मैन्युफैक्चरिंग अलाइनमेंट) समस्या के कारण है जिसे नए डिजाइनों में सुधारा जा चुका है। वे इस कम प्रदर्शन करने वाले मॉड्यूल को तब बदल देंगे जब बाकी का रिसीवर भर जाएगा, और उन्हें उम्मीद है कि नए घटक काफी बेहतर प्रदर्शन करेंगे।
बीसेप एरे का अंतिम लक्ष्य एक ऐसा परिशुद्धता स्तर प्राप्त करना है जो उन्हें टेंसर-टू-स्केलर अनुपात (टेन्सर-टू-स्केलर रेशियो) को मापने की अनुमति दे सके, जो मुद्रास्फीति संकेत की ताकत का वर्णन करने वाला एक संख्या है, जिसकी अनिश्चितता लगभग 0.001 है। वर्तमान अनुमान बताते हैं कि यदि टीम सफलतापूर्वक उच्च-आवृत्ति वाले रिसीवर को पूरा कर लेती है और इसके डेटा को मौजूदा उपकरणों के साथ जोड़ देती है, तो वे 2034 तक इस लक्ष्य को प्राप्त कर लेंगे। यह समयरेखा मानती है कि वे नए मानचित्रों का उपयोग करके धूल के संदूषण को प्रभावी ढंग से हटा सकते हैं और यह भी देख सकते हैं कि धूल विभिन्न आवृत्तियों पर कैसे व्यवहार करती है। इस शोध पत्र में रिपोर्ट की गई प्रगति पुष्टि करती है कि हार्डवेयर अपनी इच्छित कार्यक्षमता के अनुसार काम कर रहा है और आगे का रास्ता स्पष्ट है, जो वैज्ञानिक समुदाय को हमारे ब्रह्मांड के पहले क्षणों को समझने के एक कदम और करीब ले जाता है।
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