વેગક્ષય પ્રાચલ (deceleration parameter)

વેગક્ષય પ્રાચલ (deceleration parameter) : વિસ્તરણ-ગતિના ઘટાડાનો દર. ગઈ સદીની શરૂઆતમાં સિફર (Sipher) નામના ખગોળવિજ્ઞાનીએ ચાલીસ જેટલાં તારાવિશ્ર્વો(galaxies)ના વર્ણપટની રેખાઓમાં જણાતા ડૉપ્લર (doppler) ચલનના અભ્યાસ પરથી તારવ્યું કે આપણા તારાવિશ્વ આકાશગંગાની નજીકનાં આ તારાવિશ્ર્વોમાંથી મોટાભાગનાં તારાવિશ્ર્વો પૃથ્વીથી દૂર જઈ રહ્યાં છે. ત્યારબાદ હ્યુમસન (Humason) અને હબ્બલ (Hubble) નામના ખગોળવિજ્ઞાનીઓએ વધુ અભ્યાસ દ્વારા તારવ્યું કે સામાન્ય રીતે જેમ તારાવિશ્વ પૃથ્વી પરથી દેખાતી આકાશગંગાથી વધુ દૂર, તેમ અંતરના સમપ્રમાણમાં જણાતી ગતિથી તે પૃથ્વીથી દૂર જતાં જણાય છે. આ અભ્યાસને આધારે 1929માં હબ્બલ દ્વારા બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે – તેવો ખ્યાલ સૂચવાયો. આ સૂચન પહેલાં તો બ્રહ્માંડ કોઈ પ્રકારની સ્થાયી રચના હોવાનું મનાતું હતું. તારાવિશ્ર્વોના પરસ્પરના ગુરુત્વાકર્ષણની સામે આ પ્રકારની સ્થાયી રચના ટકાવી રાખવા માટે કોઈ પ્રકારના બ્રહ્માંડવ્યાપી અપાકર્ષણ-બળની જરૂર પડે. 1917માં આઇન્સ્ટાઇને તેમના વિસ્તૃત સાપેક્ષવાદ (general relativity) પર આધારિત વક્રાકાર દિક્કાલ(curved space-time)ના સ્વરૂપના અભ્યાસમાં દર્શાવ્યું હતું કે આ પ્રકારના કોઈ બળની કલ્પના વગર આ પ્રકારનું સ્થાયી બ્રહ્માંડ રચાવું શક્ય નથી અને આ કારણથી આઇન્સ્ટાઇને તેમનાં સાપેક્ષવાદનાં સમીકરણોમાં એક બ્રહ્માંડવ્યાપી અચળાંક λ (cosmological constant) ઉમેર્યો હતો.

હબ્બલ દ્વારા બ્રહ્માંડના વિસ્તરણની શોધને કારણે સ્થાયી બ્રહ્માંડ અપ્રસ્તુત બન્યું અને તેની સાથે જ અચળાંક λ પણ અપ્રસ્તુત બન્યો. આઇન્સ્ટાઇને λ અંકને પોતાની ગંભીર ભૂલ તરીકે સ્વીકાર્યો; અને વિસ્તૃત સાપેક્ષવાદ આધારિત વિસ્તરતા બ્રહ્માંડના શક્ય પ્રકારોનો સૈદ્ધાંતિક અભ્યાસ શરૂ થયો. આમાં મહત્વનું યોગદાન ફ્રીડમાન (Friedmann) નામના ગણિતશાસ્ત્રીનું હતું અને આ પ્રકારના ‘શક્ય બ્રહ્માંડો’ને ‘ફ્રીડમાન વિશ્વ’ કહેવાય છે; પરંતુ આવાં સૈદ્ધાંતિક રીતે શક્ય બ્રહ્માંડોમાં વાસ્તવિક બ્રહ્માંડ કેવા પ્રકારનું છે તે તો અવલોકનોના આધારે જ નક્કી કરવાનું રહે છે.

બ્રહ્માંડમાં પ્રવર્તતા કુલ દળને કારણે લાગતું ગુરુત્વાકર્ષણનું બળ, બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને રોકવાનો પ્રયત્ન કરે છે અને આ કારણે સમય સાથે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણની ગતિમાં ઘટાડો નોંધાવો જોઈએ. આ વિસ્તરણ-ગતિના ઘટાડાના દરને deceleration parameter એટલે કે વેગક્ષયનો પ્રાચલ કહેવાય છે. વળી બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને બે અંકો દ્વારા મપાય છે : એક તો વિસ્તરણની તત્કાલીન ગતિ માપતો હબ્બલ અંક H અને બીજો વેગક્ષયનો પ્રાચલ (deceleration parameter); જે સામાન્ય રીતે ‘q’ તરીકે દર્શાવાય છે. જો કોઈ સમયે બ્રહ્માંડમાં દૂર દૂર આવેલ બે તારાવિશ્ર્વો વચ્ચેનું અંતર R હોય તો હબ્બલનો અંક  સમય સાથે, વિસ્તરણને કારણે Rના ફેરફારનો દર દર્શાવે છે. Hનું મૂલ્ય સામાન્ય રીતે per megaparsec એકમમાં દર્શાવાય છે અને તે હાલના તબક્કે ~ 75 km/sec per megaparsec જેટલું જણાય છે. વિસ્તરણને લગતો બીજો અંક તે વેગક્ષયનો પ્રાચલ, જેને સામાન્ય રીતે ‘q’ દ્વારા દર્શાવાય છે અને તે વ્યાખ્યા અનુસાર જેટલો થાય છે. (આ dimension less અંક છે.) ઋણ સંજ્ઞા દર્શાવે છે કે સામાન્ય તર્ક અનુસાર સમય સાથે Hના મૂલ્યમાં ઘટાડો અપેક્ષિત છે (જેથી કરીને ‘q’નું મૂલ્ય ધન રાશિ આવે). Hના મૂલ્યમાં અત્યંત લાંબા સમયગાળે (અબજો વર્ષ જેવા) માપી શકાય તેવા મૂલ્યનો ઘટાડો જણાય, તેથી તેનું મૂલ્ય તારવવા માટે અબજો પ્રકાશવર્ષ દૂર આવેલ તારાવિશ્ર્વો માટે વિસ્તરણ-ગતિ માપવી પડે. આમાં પ્રમુખ મુશ્કેલી આવાં તારાવિશ્ર્વોનાં અંતર ચોકસાઈપૂર્વક નક્કી કરવા અંગેની છે.

અપેક્ષા અનુસાર, વેગક્ષય પ્રાચલ ‘q’નું મૂલ્ય બ્રહ્માંડમાં રહેલા કુલ દળના જથ્થા પર આધાર રાખતું હોય છે. જો આ દળનું પ્રમાણ ઊંચું હોય તો તેની ગુરુત્વાકર્ષણ અસરને કારણે લાંબે ગાળે બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ અટકી જાય અને તે ત્યારબાદ સંકોચાવા માંડે. આ પ્રકારના બ્રહ્માંડને ધનમૂલ્યની વક્રતા ધરાવતું બ્રહ્માંડ કહેવાય, જે Ω > 1 પ્રકારનું ગણાય. [Ω વક્રતાનો અંક છે.] જો દળનું પ્રમાણ પૂરતું ન હોય તો તેને કારણે સર્જાતું ગુરુત્વાકર્ષણ-બળ, ક્યારેય બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને અટકાવી શકે નહિ અને લાંબે ગાળે બ્રહ્માંડ ખાલીખમ બની જાય. આ પ્રકારના બ્રહ્માંડને ઋણ વક્રતાનું બ્રહ્માંડ (Ω > 1) કહેવાય. આ બે પરિસ્થિતિ વચ્ચેનું બ્રહ્માંડ તે સપાટ બ્રહ્માંડ (Ω = 1). સર્જન બાદ આશરે 13 અબજ વર્ષ પછીયે હાલના સમયે હજી બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે, તેમજ ખાલીખમ પણ નથી. તે આધારે વૈજ્ઞાનિકો માને છે કે આ વાસ્તવિક બ્રહ્માંડ Ω = 1 પ્રકારનું હોવું જોઈએ; પરંતુ બ્રહ્માંડમાં પરિચિત એવા દ્રવ્ય(તારાઓ, આંતરતારાકીય માધ્યમમાં પ્રવર્તતું દળ, શ્યામગર્ત ઇત્યાદિ)નો કુલ જથ્થો Ω = 1 પ્રકારના બ્રહ્માંડને સર્જવા ઘણો અપૂરતો જણાય છે. આ કારણે ખગોળવિજ્ઞાનીઓ માને છે કે બ્રહ્માંડમાં અપરિચિત એવું અશ્ય દ્રવ્ય (dark matter), પરિચિત દ્રવ્ય કરતાં પણ ઘણા વધુ પ્રમાણમાં પ્રવર્તતું હોવું જોઈએ, પરંતુ આ દ્રવ્યના સ્વરૂપ અંગે ભૌતિક- વિજ્ઞાનીઓમાં ઘણાં મતમતાંતર પ્રવર્તે છે. (જોકે કેટલાંક અન્ય ખગોળીય અવલોકનો તેની હાજરી ચોક્કસ દર્શાવે છે.)

તાજેતરનાં વર્ષોમાં (1990 પછીનાં) અત્યંત દૂરનાં તારાવિશ્ર્વોમાં સર્જાતી સુપરનૉવા(Super Nova type I = a)નાં અવલોકનો પરથી આજથી આશરે 4 અબજ વર્ષ પૂર્વેના સમય માટેનું જ્યારે Hનું મૂલ્ય તારવવાનો પ્રયત્ન થયો ત્યારે એક આશ્ર્ચર્યજનક પરિણામ જણાયું કે તે સમયનું Hનું મૂલ્ય હાલના સમય કરતાં ઓછું હતું ! અર્થાત્ સમય સાથે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણનો વેગ ઘટતો નથી પણ વધે છે. આમ બ્રહ્માંડમાં લાંબાં અંતરો પર કોઈ પ્રકારનું બ્રહ્માંડવ્યાપી અપાકર્ષણ બળ પ્રવર્તતું જણાય છે. 1917માં આઇન્સ્ટાઇને સ્થાયી બ્રહ્માંડની રચના માટે જે અંક ∧ની કલ્પના કરી હતી, તે પ્રકારનો ´ અંક વિસ્તરતા બ્રહ્માંડમાં પણ જણાય છે અને શક્ય છે કે આ અંકનું સૂચન આઇન્સ્ટાઇનની ભૂલ નહિ, પરંતુ આર્ષદૃદૃષ્ટિ પુરવાર કરે !

વધુ દૂરનાં તારાવિશ્ર્વો માટે જ્યારે વિસ્તરણ-વેગ માપવાનું શક્ય બનશે ત્યારે જ વેગક્ષયના પ્રાચલના વધુ ચોકસાઈપૂર્વકનાં અવલોકનો સમગ્ર પ્રશ્ન પર વધુ પ્રકાશ પાડી શકશે.

જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ