बूट्स वॉइड (Bootes Void): खगोलविदों ने ब्रह्मांड में 33 करोड़ प्रकाश-वर्ष चौड़ा खाली गड्ढा कैसे खोजा

सन् 1981 में, आकाशगंगाओं तक की दूरियों का नक्शा बना रही खगोलविदों की एक टीम को उम्मीद थी कि उन्हें फिर वही पुराना नज़ारा मिलेगा: आसमान भर में लगभग एक समान बिखरी हुई आकाशगंगाएँ, ठीक वैसे ही जैसे किसी साफ़ रात में तारे बिखरे होते हैं। मगर जब उन्होंने बूट्स (Bootes, यानी "हलवाहा" तारामंडल) की दिशा में देखा, तो वहाँ लगभग कुछ भी नहीं मिला। अंतरिक्ष का लगभग 33 करोड़ प्रकाश-वर्ष चौड़ा एक क्षेत्र, जिसमें जितनी आकाशगंगाएँ होनी चाहिए थीं उसका बस एक छोटा-सा अंश ही मौजूद था। टीम अनजाने में ही ब्रह्मांड के सबसे ख़ाली ज्ञात स्थानों में से एक से टकरा गई थी, जिसे अब बूट्स वॉइड (Bootes Void) कहा जाता है।

इस कहानी को अक्सर खगोलविद ग्रेग एल्डरिंग (Greg Aldering) से जुड़ी एक मशहूर पंक्ति के साथ सुनाया जाता है, जो इस ख़ालीपन के पैमाने को बयान करती है: अगर हमारी आकाशगंगा (Milky Way) बूट्स वॉइड के बीचों-बीच होती, तो हमें 1960 के दशक तक यह पता ही नहीं चलता कि अन्य आकाशगंगाएँ भी मौजूद हैं। यह उद्धरण हू-ब-हू सही हो या न हो, बात तो सटीक ही है। यह रिक्तता इतनी बड़ी और इतनी ख़ाली है कि इसके भीतर रहने वाली कोई सभ्यता दशकों तक यही मानती रह सकती थी कि उसकी अपनी आकाशगंगा ही अकेली है।

रिक्तता की खोज कैसे हुई

यह खोज एक रेडशिफ्ट सर्वेक्षण से आई, जिसका नेतृत्व रॉबर्ट किर्शनर (Robert Kirshner) और उनके साथी कर रहे थे, जो उस समय स्थानीय ब्रह्मांड का त्रि-आयामी (three-dimensional) नक्शा बनाने में जुटे थे। किसी आकाशगंगा का रेडशिफ्ट - यानी ब्रह्मांडीय विस्तार के कारण उसका प्रकाश कितना खिंचकर अधिक तरंगदैर्घ्य (wavelength) की ओर चला जाता है - उसकी दूरी का एक संकेतक माना जाता है। बहुत-सी आकाशगंगाओं के रेडशिफ्ट मापकर खगोलविद यह जान पाते हैं कि वे आकाशगंगाएँ गहराई में कहाँ स्थित हैं, न कि सिर्फ़ यह कि वे चपटे आसमान पर कहाँ दिखाई देती हैं।

जब किर्शनर की टीम ने बूट्स की दिशा में अपने नतीजे आरेखित किए, तो वहाँ एक विशाल कम-घनत्व (under-dense) वाला क्षेत्र उभरकर सामने आया। द एस्ट्रोफिज़िकल जर्नल (The Astrophysical Journal) में छपे 1981 के शोधपत्र, जिसका शीर्षक था "A million cubic megaparsec void in Bootes", ने इस खोज की सूचना दी। यह खोज कुछ हद तक संयोगवश हुई थी - किसी और मक़सद से बनाए गए सर्वेक्षण का एक उपोत्पाद (byproduct) - और यही एक वजह है कि इसे किसी सिद्धांत की पुष्टि के बजाय एक असली चौंकाने वाली बात के रूप में याद किया जाता है।

बाद के वर्षों में हुए अनुवर्ती कार्य ने इस तस्वीर को और निखारा। पूरी तरह ख़ाली होने के बजाय, पता चला कि इस रिक्तता में आकाशगंगाओं की एक छोटी-सी आबादी मौजूद है, जिनमें से कई एक नली जैसे तंतु (filament) के रूप में इसके बीच से होकर गुज़रती हुई व्यवस्थित हैं। अनुमानों के अनुसार ऐसे क्षेत्र में करीब 60 आकाशगंगाएँ हैं, जबकि सामान्य आकाशगंगा-घनत्व के हिसाब से वहाँ लगभग 2,000 के क़रीब होनी चाहिए थीं। यानी बूट्स वॉइड कोई सच्चा निर्वात (vacuum) नहीं है। यह एक ऐसा क्षेत्र है जहाँ आकाशगंगाएँ बेहद विरल हैं - ब्रह्मांडीय औसत का लगभग दसवाँ हिस्सा या उससे भी कम।

आख़िर यह कितना बड़ा और कितना ख़ाली है

कुछ आँकड़े इसके पैमाने को समझने में मदद करते हैं:

• व्यास (Diameter): लगभग 33 करोड़ प्रकाश-वर्ष चौड़ा, जो इसे ज्ञात सबसे बड़ी रिक्तताओं में से एक बनाता है (कुछ स्रोत इसे "महा-रिक्तता" यानी "supervoid" कहते हैं)।
• दूरी (Distance): पृथ्वी से लगभग 70 करोड़ प्रकाश-वर्ष दूर, बूट्स तारामंडल की दिशा में।
• आकाशगंगाओं की गिनती: भीतर करीब 60 पुष्ट आकाशगंगाएँ, जबकि एक तुलनीय आबाद आयतन में लगभग 2,000 होतीं।

यहाँ इस बात को लेकर सटीक रहना ज़रूरी है कि "ख़ाली" का मतलब क्या है। यह रिक्तता कम-घनत्व वाली है, हर तरह के पदार्थ से रहित नहीं। इसमें अब भी विसरित गैस (diffuse gas), डार्क मैटर (dark matter), और ऊपर बताई गई मुट्ठी भर आकाशगंगाएँ मौजूद हैं। चौंकाने वाली बात इसके आसपास के क्षेत्रों के साथ इसका विरोधाभास है, न कि सामग्री की कोई पूर्ण अनुपस्थिति।

रिक्तताएँ आख़िर मौजूद ही क्यों हैं

यहाँ एक अहम बात है जो अक्सर नाटकीय कहानियों में खो जाती है: बड़ी रिक्तताओं का अस्तित्व कोई रहस्य नहीं है। यह तो एक भविष्यवाणी है। आधुनिक ब्रह्मांड-विज्ञान (cosmology) ब्रह्मांड के ऐसे ही दिखने की अपेक्षा करता है।

ब्रह्मांड-विज्ञान के मानक मॉडल में, जिसे लैम्ब्डा-सीडीएम (Lambda-CDM) कहते हैं, ब्रह्मांड की शुरुआत लगभग एक समान हुई थी, जिसमें बेहद शुरुआती दौर में केवल घनत्व के नन्हे-नन्हे उतार-चढ़ाव अंकित थे। अरबों वर्षों के दौरान, गुरुत्वाकर्षण (gravity) ने इन उतार-चढ़ावों को बढ़ा-चढ़ाकर विशाल कर दिया। थोड़े अधिक घने क्षेत्रों ने और अधिक पदार्थ अपनी ओर खींचा और और भी घने होते गए, जबकि थोड़े कम-घनत्व वाले क्षेत्रों ने अपना पदार्थ पड़ोसियों के हाथों गँवाया और और भी ख़ाली होते चले गए। इसका अंतिम नतीजा वही है जिसे खगोलविद ब्रह्मांडीय जाल (cosmic web) कहते हैं: स्पंज जैसी एक संरचना, जिसमें आकाशगंगाओं के घने तंतु और चादरें विशालकाय, लगभग ख़ाली बुलबुलों को घेरे रहती हैं।

रिक्तताएँ ही वे बुलबुले हैं। इस तस्वीर में वे कोई विसंगति (anomaly) नहीं हैं। वे तो तंतुओं की स्वाभाविक संपूरक हैं - जाल की डोरियों के बीच का ख़ाली स्थान। ब्रह्मांडीय सिमुलेशन (simulations), जो शुरुआती ब्रह्मांड से शुरू होकर गुरुत्वाकर्षण को आगे चलने देते हैं, भरोसेमंद ढंग से रिक्तताएँ पैदा करते हैं, जिनमें बहुत बड़ी रिक्तताएँ भी शामिल हैं।

तो फिर बूट्स वॉइड अब भी ध्यान क्यों खींचता है? कुछ हद तक इसका विशालकाय आकार इसे उस सीमा की ओर ले जाता है जहाँ मॉडल सहजता से जा सकने वाली रिक्तताओं के बड़े छोर पर पहुँचते हैं। इतनी बड़ी रिक्तता लैम्ब्डा-सीडीएम के तहत असंभव नहीं है, मगर असामान्य ज़रूर है, और इसका अस्तित्व इस बात की एक उपयोगी परख है कि हमारा संरचना-निर्माण सिद्धांत वास्तविकता से कितनी अच्छी तरह मेल खाता है। सबसे बड़ी रिक्तताओं का अध्ययन मॉडलों को सटीक बनाने (calibrate) में मदद करता है।

स्थापित बनाम खुले सवाल

जो बात पक्के तौर पर ज्ञात है उसे उससे अलग करके देखना ज़रूरी है जो अब भी अनिश्चित है।

स्थापित (Established):

• बूट्स वॉइड असली है, और 1981 से अब तक कई सर्वेक्षणों ने इसकी बार-बार पुष्टि की है।
• यह बेहद कम-घनत्व वाला है, जिसमें औसत से कहीं कम आकाशगंगाएँ हैं।
• बड़ी ब्रह्मांडीय रिक्तताओं का सामान्य अस्तित्व लैम्ब्डा-सीडीएम में संरचना के गुरुत्वाकर्षणीय विकास से अच्छी तरह समझाया जाता है।

अब भी चर्चा में (Still discussed):

• क्या बूट्स वॉइड का आकार मानक मॉडल के लिए पूरी तरह सामान्य है, या वह वितरण के विरल छोर (rare tail) पर बैठता है।
• इसके भीतर मौजूद थोड़ी-सी आकाशगंगाओं के विस्तृत गुण, जिनमें यह भी शामिल है कि क्या रिक्तता की आकाशगंगाएँ अलग तरह से तारे बनाती हैं क्योंकि वे अपेक्षाकृत एकाकीपन में विकसित होती हैं।

यह आख़िरी सवाल सचमुच दिलचस्प है और सक्रिय शोध का विषय है। रिक्तताओं के भीतर पलने-बढ़ने वाली आकाशगंगाओं के पास परस्पर क्रिया या विलय (merge) करने के लिए बहुत कम पड़ोसी होते हैं। स्लोन डिजिटल स्काई सर्वे (Sloan Digital Sky Survey) जैसे बड़े सर्वेक्षणों का उपयोग करने वाले अध्ययनों ने यह देखा है कि क्या रिक्तता की आकाशगंगाएँ अधिक घने परिवेश की आकाशगंगाओं की तुलना में अधिक नीली, गैस से अधिक समृद्ध, या अलग दर से तारे बनाने वाली होती हैं। पाए गए अंतर असली हैं पर आम तौर पर मामूली हैं, जिससे यह संकेत मिलता है कि परिवेश आकाशगंगाओं को कुछ हद तक आकार ज़रूर देता है, मगर उनकी बुनियादी प्रकृति को नए सिरे से नहीं लिखता।

यह रिक्तता क्या नहीं है

चूँकि बूट्स वॉइड नाटकीय है, इसलिए यह कभी-कभी अतिशयोक्तिपूर्ण दावों को न्योता देता है। कुछ बातें साफ़ कर दें:

• यह कोई ब्लैक होल या अंतरिक्ष में दरार नहीं है। यह तो बस बहुत कम पदार्थ वाला एक क्षेत्र है। यहाँ कुछ भी निगला नहीं जा रहा।
• यह किसी एलियन इंजीनियरिंग का सबूत नहीं है। इस विचार का कोई वैज्ञानिक आधार नहीं है, और इस रिक्तता के बारे में कुछ भी ऐसा नहीं जिसके लिए किसी विचित्र व्याख्या की ज़रूरत हो। अरबों वर्षों तक काम करने वाला साधारण गुरुत्वाकर्षण ही इसका हिसाब-किताब समझा देता है।
• यह भौतिकी को नहीं तोड़ता। अगर कुछ है, तो बड़ी रिक्तताएँ इस बात की पुष्टि हैं कि ब्रह्मांडीय संरचना-निर्माण की हमारी व्यापक तस्वीर सही काम करती है।

ईमानदारी से कहें तो जो रहस्य है (अगर है भी तो), वह गुणात्मक (qualitative) के बजाय मात्रात्मक (quantitative) है। सवाल यह नहीं है कि "कोई रिक्तता आख़िर मौजूद कैसे हो सकती है?" बल्कि यह है कि "क्या इतनी बड़ी रिक्तता उन आँकड़ों के साथ पूरी तरह संगत है जिनकी हमारे सबसे बेहतरीन मॉडल भविष्यवाणी करते हैं?" यह एक बारीक ब्यौरे का सवाल है, जिसे ब्रह्मांड-विज्ञानी बड़े सर्वेक्षणों में कई रिक्तताओं की सिमुलेशन से तुलना करके परखते हैं।

खगोलविद ख़ालीपन का नक्शा कैसे बनाते हैं

किसी ऐसे क्षेत्र को मापने की बात करना अजीब लग सकता है जो उससे परिभाषित होता है जो वहाँ है ही नहीं, मगर ब्रह्मांड-विज्ञानियों ने ठीक इसी काम के लिए सावधानी से उपकरण विकसित किए हैं। पहली सामग्री है एक आकाशगंगा सर्वेक्षण: लाखों या करोड़ों आकाशगंगाओं की स्थितियों और रेडशिफ्ट की एक सूची। स्लोन डिजिटल स्काई सर्वे और उससे पहले के आकाशगंगा रेडशिफ्ट सर्वेक्षणों जैसी परियोजनाओं ने द्वि-आयामी आसमान को त्रि-आयामी नक्शे में बदल दिया, जहाँ रेडशिफ्ट गहराई का प्रतिनिधित्व करता है।

एक बार वह नक्शा हाथ में आ जाए, तो रिक्तता-खोजी एल्गोरिदम (void-finding algorithms) ऐसे क्षेत्रों की तलाश करते हैं जहाँ आकाशगंगा-घनत्व ब्रह्मांडीय औसत से काफ़ी नीचे गिर जाता है। अलग-अलग एल्गोरिदम रिक्तताओं को थोड़ा अलग ढंग से परिभाषित करते हैं - कुछ ख़ाली बिंदुओं से बाहर की ओर गोले तब तक बढ़ाते हैं जब तक वे आकाशगंगाओं से न टकराएँ, तो कुछ आकाशगंगा-वितरण की ज्यामिति (geometry) का ही उपयोग करते हैं - और यही एक वजह है कि अलग-अलग अध्ययनों में बताए गए रिक्तता के आकार भिन्न हो सकते हैं। बूट्स वॉइड का करीब 33 करोड़ प्रकाश-वर्ष का सुर्ख़ी बनने वाला आँकड़ा एक उल्लेखनीय रूप से कम-घनत्व वाले क्षेत्र पर लागू इसी तरह के विश्लेषण को दर्शाता है।

एक बारीकी ध्यान देने योग्य है: रेडशिफ्ट दूरी का कोई एकदम सटीक माप नहीं है। आकाशगंगाओं की समग्र ब्रह्मांडीय विस्तार के ऊपर अपनी ख़ुद की गतियाँ भी होती हैं, जो गहराई में उनकी आभासी स्थितियों को थोड़ा धुँधला कर देती हैं। खगोलविद रिक्तताओं का चरित्र-चित्रण करते समय इन "रेडशिफ्ट-स्पेस विकृतियों" (redshift-space distortions) का हिसाब रखते हैं, और ये सुधार अच्छी तरह समझे जा चुके हैं। इनमें से कोई भी बूट्स वॉइड को ग़ायब नहीं करता; ये बस उसके आकार और सीमाओं को अधिक सटीक बनाते हैं।

ब्रह्मांडीय जाल में फैली रिक्तताएँ

बूट्स वॉइड सबसे मशहूर है, मगर वह अकेला होने से बहुत दूर है। ब्रह्मांड अनेक आकारों की रिक्तताओं से भरा पड़ा है, और मिलकर वे इसके अधिकांश आयतन का निर्माण करती हैं। इसके उलट, आकाशगंगाएँ रिक्तताओं के बीच की पतली दीवारों और तंतुओं में सिमटी होती हैं। अगर आप काफ़ी दूर तक ज़ूम-आउट कर पाते, तो ब्रह्मांड आकाशगंगाओं के सागर से कम और बुलबुलों के झाग से अधिक मिलता-जुलता दिखता, जहाँ आकाशगंगाएँ उनके बीच की साबुन की झिल्लियों (soap films) का रेखांकन करती हैं।

यह झाग-सरीखी वास्तुकला ठीक वही है जो शुरुआती ब्रह्मांड के छोटे उतार-चढ़ावों पर काम करने वाले गुरुत्वाकर्षण से पैदा होने की उम्मीद की जाती है। आसमान के अलग-अलग हिस्सों में अन्य बहुत बड़ी कम-घनत्व वाली क्षेत्रों को भी सूचीबद्ध किया गया है, और सर्वेक्षण लगातार और भी ढूँढते जा रहे हैं। बात यह है कि रिक्तताएँ एक सामान्य, अपेक्षित विशेषता हैं, और बूट्स वॉइड को सबसे बेहतर ढंग से एक विशेष रूप से बड़े और गहराई से अध्ययन किए गए उदाहरण के रूप में समझा जाता है - एक पूरी तरह साधारण परिघटना का, न कि किसी अनोखी पहेली का।

यह क्यों मायने रखता है

रिक्तताएँ महज़ कौतूहल की चीज़ें नहीं हैं। वे ब्रह्मांड-विज्ञान के गंभीर उपकरण बनती जा रही हैं। चूँकि रिक्तताएँ कम-घनत्व वाली होती हैं, इसलिए उनके भीतर प्रकाश और पदार्थ का व्यवहार डार्क एनर्जी (dark energy) के गुणों और सबसे विशाल पैमानों पर गुरुत्वाकर्षण के नियमों के प्रति संवेदनशील होता है। किसी रिक्तता के भीतर विस्तार का इतिहास ब्रह्मांडीय औसत से थोड़ा भिन्न होता है, और रिक्तता जो गुरुत्वाकर्षणीय विभव (gravitational potential) तराशती है, वह प्रकाश के उसमें से गुज़रते समय ब्रह्मांडीय सूक्ष्मतरंग पृष्ठभूमि (cosmic microwave background) पर एक धुँधली छाप छोड़ सकती है।

यह आख़िरी प्रभाव रिक्तताओं के अध्ययन को ब्रह्मांड-विज्ञान के अन्य अग्रणी सवालों से जोड़ता है, जिनमें ख़ुद सूक्ष्मतरंग पृष्ठभूमि में मौजूद विसंगतियाँ भी शामिल हैं। रिक्तताओं का विस्तृत नक्शा बनाना, और उनकी प्रचुरता तथा आकारों की भविष्यवाणियों से तुलना करना, उस मॉडल की एक स्वतंत्र जाँच देता है जो सुपरनोवा (supernovae), सूक्ष्मतरंग पृष्ठभूमि, और आकाशगंगाओं के गुच्छन (clustering) पर भी टिका हुआ है।

बूट्स वॉइड, जो 1981 में संयोगवश खोजा गया, अंततः ब्रह्मांड की सच्ची वास्तुकला पर खुलने वाली एक शुरुआती खिड़की साबित हुआ: आकाशगंगाओं का कोई एक समान छिड़काव नहीं, बल्कि एक विशाल, संरचित जाल जो लगभग-ख़ालीपन के विशालकाय बुलबुलों को लपेटे हुए है। यह वास्तुकला आधुनिक ब्रह्मांड-विज्ञान की सच्ची उपलब्धियों में से एक है, और बूट्स की रिक्तता उन पहले नाटकीय संकेतों में से एक थी कि ब्रह्मांड इसी तरह बना हुआ है।

स्रोत और आगे पढ़ने के लिए

• विकिपीडिया - बूट्स वॉइड - https://en.wikipedia.org/wiki/Bo%C3%B6tes_Void
• Kirshner et al. 1981, A million cubic megaparsec void in Bootes, द एस्ट्रोफिज़िकल जर्नल - https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1981ApJ...248L..57K/abstract
• NASA/IPAC एक्सट्रागैलेक्टिक डेटाबेस - बूट्स में रिक्तता - https://ned.ipac.caltech.edu/level5/Bothun2/Bothun3_5_3.html
• BBC स्काई एट नाइट मैगज़ीन - द बूट्स वॉइड - https://www.skyatnightmagazine.com/space-science/bootes-void
• विकिपीडिया - रिक्तता (खगोल विज्ञान) - https://en.wikipedia.org/wiki/Void_(astronomy)
• विकिपीडिया - लैम्ब्डा-सीडीएम मॉडल - https://en.wikipedia.org/wiki/Lambda-CDM_model