Pulsar Timing Response and Spatial Correlations of Shear Modes in Torsionless Palatini Spacetime
यह शोध पत्र टॉर्शनलेस पालातिनी स्पेसटाइम (torsionless Palatini spacetime) में शियर मोड्स (shear modes) के लिए पल्सर टाइमिंग रिस्पॉन्स और स्थानिक सहसंबंधों को व्युत्पन्न करता है, जो यह प्रकट करता है कि परिणामी द्विध्रुवीय सहसंबंध फलन (dipolar correlation function) सौर मंडल एपhemeris त्रुटियों के साथ डिजेनरेट है, जिससे पल्सर टाइमिंग एरे डेटा में इन हस्ताक्षरों को अलग करने के लिए कोणीय सहसंबंधों से परे अतिरिक्त जानकारी की आवश्यकता होती है।
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तारों के बीच के विशाल सन्नाटे में, एक ऐसी गूँज मौजूद है जिसे हम अपने कानों से नहीं सुन सकते लेकिन अपने सबसे संवेदनशील उपकरणों से महसूस कर सकते हैं। यह गूँज गुरुत्वाकर्षण तरंग पृष्ठभूमि (gravitational wave background) है, जो अंतरिक्ष और समय के ताने-बाने में एक लहर है, जो विशालकाय ब्लैक होल्स और अन्य ब्रह्मांडीय घटनाओं के अराजक नृत्य से उत्पन्न होती है। दशकों से, वैज्ञानिक पल्सर टाइमिंग एरेज़ (pulsar timing arrays) का उपयोग करके इस संकेत को सुनने की कोशिश कर रहे हैं, जो स्वयं ब्रह्मांड को एक डिटेक्टर के रूप में उपयोग करते हैं। वे हमारी आकाशगंगा में बिखरे हुए, तेजी से घूमते न्यूट्रॉन सितारों, जिन्हें पल्सर कहा जाता है, से आने वाले प्रकाश के अविश्वसनीय रूप से स्थिर स्पंदों की निगरानी करते हैं। यदि कोई गुरुत्वाकर्षण तरंग पृथ्वी और एक पल्सर के बीच से गुजरती है, तो वह बीच के स्थान को खींचती और सिकोड़ती है, जिससे स्पंद थोड़े जल्दी या देर से पहुँचते हैं। कई अलग-अलग पल्सर के समय की तुलना करके, खगोलशास्त्री इन विलंबों में एक विशिष्ट पैटर्न की तलाश कर सकते हैं जो तरंगों की प्रकृति को प्रकट करता है, और उन्हें यादृच्छिक शोर (random noise) से अलग करता है।
लंबे समय तक, गुरुत्वाकर्षण का प्रचलित सिद्धांत, आइंस्टीन का सामान्य सापेक्षता (general relativity), यह भविष्यवाणी करता था कि इन तरंगों का एक बहुत ही विशिष्ट आकार होगा, जो पल्सर के बीच एक ऐसा सहसंबंध (correlation) बनाएगा जो केवल इस पर निर्भर करता है कि वे आकाश में एक-दूसरे से कितनी दूर दिखाई देते हैं। हालाँकि, ब्रह्मांड आइंस्टीन की कल्पना से अधिक जटिल हो सकता है। गुरुत्वाकर्षण के कुछ वैकल्पिक सिद्धांत सुझाव देते हैं कि स्पेस-टाइम में कुछ छिपे हुए गुण हो सकते हैं जो अलग तरह के आकार या व्यवहार वाली तरंगें उत्पन्न कर सकते हैं। इस तरह के एक सिद्धांत में, जिसे पालातिनी ग्रेविटी (Palatini gravity) के रूप में जाना जाता है, स्पेस-टाइम की ज्यामिति और इसमें वस्तुओं के चलने के नियमों को अलग लेकिन जुड़े हुए घटकों के रूप में माना जाता है। इस सिद्धांत के एक संस्करण में, जिसमें टॉर्शन (torsion) नामक घुमावदार गुण नहीं है, एक नए प्रकार की गुरुत्वाकर्षण तरंग मौजूद हो सकती है। ये तरंगें केवल एक रबर शीट की तरह स्थान को नहीं खींचेंगी; वे एक अद्वितीय 'शेयरिंग मोशन' (shearing motion) उत्पन्न करेंगी, जो स्थान की परतों को एक-दूसरे के ऊपर इस तरह से फिसलाएगीगी जैसा कि मानक गुरुत्वाकर्षण अनुमति नहीं देता है।
यांग्ज़ो (Yangzhou) विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब यह सटीक रूप से निकाल लिया है कि ये काल्पनिक 'शेयर वेव्स' (shear waves) हमारे द्वारा प्राप्त संकेतों को कैसे प्रभावित करेंगी। उन्होंने एक विशिष्ट परिदृश्य पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ पृथ्वी और पल्सर स्वयं इन तरंगों के प्रति प्रतिक्रिया करते हैं क्योंकि उनमें पदार्थ (matter) होता है जो ज्यामिति के स्वतंत्र नियमों से जुड़ता है। इस मॉडल में, तरंगें केवल डिटेक्टरों के माध्यम से नहीं गुजरतीं; वे वास्तव में पृथ्वी और पल्सर को थोड़ा धकेलती हैं, जिससे उनके वेग में परिवर्तन होता है। यह गति उस प्रकाश की आवृत्ति (frequency) में बदलाव पैदा करती है जो हम तक पहुँच रहा है, जो पल्सर डेटा में एक 'टाइमिंग एरर' के रूप में दिखाई देता है। शोधकर्ताओं ने गणना की कि दो अलग-अलग पल्सरों के टाइमिंग रेसिडुअल्स (timing residuals) की तुलना करने पर यह प्रभाव कैसा दिखेगा। उन्होंने पाया कि यदि ये शेयर वेव्स मौजूद हैं और एक यादृच्छिक, समान पृष्ठभूमि बनाती हैं, तो किन्हीं भी दो पल्सरों के बीच सहसंबंध का पैटर्न उल्लेखनीय रूप से सरल होगा।
अध्ययन से पता चलता है कि इन शेयर वेव्स का संकेत एक ऐसा सहसंबंध बनाएगा जो पूरी तरह से दो पल्सरों के बीच के कोण पर निर्भर करता है। विशेष रूप से, उनके टाइमिंग एरर के बीच संबंध की ताकत एक शुद्ध 'डाइपोल पैटर्न' (dipole pattern) का पालन करेगी, जिसका अर्थ है कि जैसे-जैसे दो सितारों के बीच का कोण बढ़ता है, यह सुचारू रूप से सकारात्मक से नकारात्मक की ओर बदलता है। यह गणितीय आकार मानक आइंस्टीनियन गुरुत्वाकर्षण द्वारा अनुमानित अधिक जटिल वक्र से भिन्न है। हालाँकि, शोधकर्ताओं ने एक महत्वपूर्ण जटिलता की भी खोज की। उन्होंने पाया कि यही डाइपोल पैटर्न एक पूरी तरह से अलग स्रोत द्वारा भी उत्पन्न किया जाता है: हमारे सौर मंडल के मानचित्रों में त्रुटियाँ। यदि ग्रहों की स्थिति हमारी गणनाओं में थोड़ी भी गलत है, तो यह एक ऐसा टाइमिंग एरर बनाता है जो इन शेयर वेव्स के संकेत के समान दिखता है।
यह एक ऐसी स्थिति पैदा करता है जहाँ दोनों संकेत केवल उनके आकार के आधार पर एक-दूसरे से अलग नहीं पहचाने जा सकते। शोधकर्ता निष्कर्ष निकालते हैं कि पल्सर डेटा में डाइपोल सहसंबंध की उपस्थिति एक दिलचस्प चीज़ का स्पष्ट संकेत तो है, लेकिन यह यह नहीं बता सकती कि हम गुरुत्वाकर्षण के एक नए प्रकार की फुसफुसाहट सुन रहे हैं या केवल अपने स्वयं के ग्रहीय पड़ोस के एक अपूर्ण मानचित्र की छाया देख रहे हैं। इस रहस्य को सुलझाने के लिए, वैज्ञानिकों को केवल सहसंबंध के सरल आकार से परे देखना होगा। उन्हें अन्य जानकारी का उपयोग करना होगा, जैसे कि ग्रहों की कक्षाओं का सटीक माप या वैकल्पिक गुरुत्वाकर्षण सिद्धांतों से विशिष्ट भविष्यवाणियाँ, ताकि ब्रह्मांडीय संकेत को स्थानीय शोर से अलग किया जा सके। यह कार्य भविष्य के अवलोकनों के लिए एक महत्वपूर्ण रोडमैप प्रदान करता है, जो दिखाता है कि इन शेयर वेव्स को खोजने के लिए न केवल ब्रह्मांड को सुनने की, बल्कि अपने स्वयं के मापों की सीमाओं को समझने की भी आवश्यकता होगी।
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