বিগ ব্যাং নিউক্লিওসিন্থেসিস

বিগ ব্যাং থেকে মহাবিশ্ব সূচনা, এটিই বর্তমানে কসমোলজির সুপ্রতিষ্ঠিত তত্ত্ব । বিগ ব্যাং এর পরে মহাবিশ্ব খুবি উষ্ণ, ঘন এবং অপটিক্যালি পুরু (অর্থাৎ কোনও ফোটন বাইরে বের হতে পারে না) এমন একটি প্লাজমা দশায় ছিল। Photon দৃঢ়ভাবে লেপটনিক(ইলেকট্রন-পজিট্রন ) , ব্যারোনিক(প্রোটন-নিউট্রন) এবং ডার্ক ম্যাটারের সঙ্গে যুক্ত ছিল(যাকে ফোটন-ম্যাটার কাপ্লিং বলা হয়)। অর্থাৎ ফোটন ম্যাটারের সাথে সক্রিয় ভাবে স্ক্যাটারিং ইন্টারেকশনে অংশ নিত তাই কোন ফোটন সেই প্লাজমা ভেদ করে বের হয়ে আসতে পারত না(এই সময়কে তাই ডার্ক পিরিয়ড বলা হয় )। বর্তমান বোঝার পরিপ্রেক্ষিতে, মহাবিশ্বের এস্কপোনেনসিয়াল সম্প্রসারণ প্রক্রিয়া(ইনফ্লেশন পিরিয়ড) শুরু হওয়ার আগে ডার্ক এনার্জির উদ্ভব হয়নি। এটি একটি  মিলিয়ন ডলার (অর্থাৎ নোবেল পুরস্কার বিজয়ী!) প্রশ্ন কেন ডার্ক এনার্জি বিগ ব্যাং এর সাথে সাথেই না হয়ে কিছু পরে কার্যকর হয়! এই সময়ের পূর্ব পর্যন্ত মহাবশ্ব ম্যাটার ডমিনেটেড ছিল।

যতদূর পর্যন্ত আমাদের পর্যবেক্ষণ নির্দেশ করে, প্রাথমিক মহাবিশ্বটি সম্পূর্ণ স্ট্রাকচারলেস ছিল। এর অর্থ দাঁড়ায় বর্তমানে আমরা যেসকল মহাজাগতিক বস্তু দেখতে পাই তার সবি একটি গ্যসিয়াস প্লাজমা থেকে পরবর্তী কালে ইভল্যুশনের মাধ্যমে তৈরি হয় । এই প্রবন্ধটি মূলত প্রথম প্রজন্মের তারকা গঠনের অর্থাৎ, একটি আদিম গ্যাস থেকে বর্তমান মহাবিশ্বে রূপান্তরের প্রক্রিয়ায় প্রথম যে ধাপ গুলো আমাদের মহাবিশ্ব অতিক্রম করে তার একটি সারসংক্ষেপ। সমস্ত তথ্য নীচে তালিকাভুক্ত পেপারটি থেকে সংকলিত হয়। আপনি যদি একজন জ্যোতির্বিজ্ঞানী হওয়ার স্বপ্ন দেখেন তবে এটি পড়তে দ্বিধা করবেন না!

 আজকে যে সকল মহাজাগতিক কাঠামো আমরা দেখতে পাচ্ছি তা হল বৃহৎ আণবিক মেঘ(Giant moleculer clouds), তারকা, তারকা-ক্লাস্টার, ছায়াপথ, গ্যালাক্সি গ্রুপ এবং ক্লাস্টার। প্রথম প্রশ্নটি আমাদের মনে আসে: আমরা কীভাবে একটি প্রিমরডিয়াল(primordial) গ্যাস যা শুধুমাত্র ফোটন লেপ্টন এবং কিছু ব্যারিওনের খুব উষ্ণ প্লাজমা, তা থেকে একটি আণবিক মেঘের মতো কিছু পেতে পারি? আচ্ছা, আপনি গ্রাভিটেশনাল কলাপ্স এর কথা ভাবতে পারেন, কিন্তু আমার primordial গ্যাস এখনও যথেষ্ট উষ্ণ এবং প্রসারণশীল। তাছাড়া আমাদের গ্যাস এখনও কসমিক টাইম স্কেলে এমন একটি পর্যায়ে আছে যখন শুধু উইক নিউক্লিয়ার বল সক্রিয়(বিগব্যাং এর পরবর্তী ১০০ সেকেন্ড)। এই বল সকল প্রকারের বিটা ডিকের জন্য দ্বায়ি। এই বল যখন প্রথম সকল প্রকারের বিটা ডিকে গুলো শুরু করে এবং যখন এই ধাপ গুলোর মধ্যে তাপীয় ভারসাম্য থাকে না তখন ভিন্ন ভিন্ন  প্রতিক্রিয়ার হার ভিন্ন হয়। যার ফলে ইলেক্ট্রন সংখ্যায় পজিট্রন উপর প্রভাব বিস্তার করে এবং ইলেক্ট্রন-পজিট্রন জোড়াগুলির বিলুপ্তির পরে কেবল অতিরিক্ত ইলেকট্রন গুলি থেকে যায়। তৎকালীন প্রতিক্রিয়া হারের মধ্যে একটি খুব ছোট পার্থক্য আজকে আমরা যা দেখি তার চেয়ে অনেক ভিন্ন পরিস্থিতি করতে পারত(রিয়েকশন রেট সমান হলে হয়ত ইলেক্ট্রন-পজিট্রন জোড়াগুলির বিলুপ্তির পরে আর কিছুই অবশিষ্ট থাকত না ! )। এই দুর্বল প্রতিক্রিয়াগুলির সাথে আমরা “বিগ ব্যাং নিউক্লিয়াসিনথেসিস (বিবিএন)” যুগে প্রবেশ করি।

এখনও, যেতে একটি দীর্ঘ পথ! যখন সব দুর্বল প্রতিক্রিয়া শেষ হয়ে যায় তখন আমরা হাইড্রোজেন, হিলিয়াম, ডিউটিরিয়াম এবং লিথিয়াম নিউক্লিয়ার গঠনের জন্য যে  সবল নিউক্লয় বল প্রয়োজন সেই যুগে পৌছে যাই। বিবিএন যুগ লিথিয়াম নিউক্লিয়াস গঠনের সাথে শেষ হয়। কেন? কারণ, সম্প্রসারণের জন্য মহাবিশ্ব তখন কিছুটা তাপমাত্রা হারিয়েছে। সেই সাথে যখন কোন আয়ন গঠিত হয় তারা গরম গ্যাসের জন্য রেডিয়েটিভ কুলিং চ্যানেল তৈরি করে। কিভাবে? দ্রুত চলমান ফ্রি ইলেকট্রন এবং আয়নগুলির মধ্যে Collison  আয়ন গুলির উচ্চ শক্তির শেলগুলি পূরণ করতে দেয় এবং কিছুপরে তারা ফোটন বিকিরণ করে নিম্ন শক্তির শেলে চলে আসতে পারে। এই ইলেকট্রন গুলি একটি ফোটন এব্জরব করে আবার প্লাজমায় ফিরে যেতে পারে। কিন্তু এই ইলেকট্রনটির গতি শক্তি পূর্বাপেক্ষা কম। যেহেতু গ্যাসীয় কণাগুলির গতি শক্তি কমে গেলে তাদের তাপমাত্রা কমে যায় তাই এভাবে গ্যাস ঠাণ্ডা হতে থাকে। প্রিমরডিয়াল গ্যাস ঠাণ্ডা হওয়ার কারনে এমন একটি অবস্থায় পৌঁছে যখন ফোটন আর ম্যাটারের সাথে সরাসরি স্ক্যাটারিং ইন্টারেকশনে অংশ নিতে পারে না এবং গ্যাস থেকে বের হয়ে যায় এবং মহাবিশ্ব “টেকনিক্যালি” আলোকিত হয় (প্রথম বিকিরণ বিগব্যাং এর 10k সেকেন্ডের পরে উৎপন্ন হয় যা আমরা আজকের কসমিক মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রউন্ড (সিএমবি) আকারে দেখতে পাই! )। গ্যাস ঠান্ডা হওয়ার পরে লিথিয়ামের পর আর পারমাণবিক প্রতিক্রিয়া পাওয়া যায় না। এই সময় মহাবিশ্বের তাপমাত্রা 10 ^ 6 কেলভিনে পৌঁছে।

 এখন আমরা একটি সময়ে আছি যেখানে গ্রাভিটেশনাল ইন্সটাবিলিটি কাঠামো গঠনের বীজ হিসাবে কাজ করতে পারেন। কিন্তু আমাদের প্রিমরডিয়াল গ্যাস এখনও গরম এবং আমাদের অতিরিক্ত কুলিং চ্যানেল প্রয়োজন। কুলিং শুরু হওয়ার পরে H2 অণু তৈরি হয়। পরবর্তীতে গঠিত H2 অণুগুলির রোটেসনাল এবং ভাইব্রেশনাল এনার্জি স্টেট গুলো কুলিং চ্যানেল হিসেবে কাজে আসে। যখন গ্যাস যথেষ্ট পরিমাণে ঠান্ডা হয় তখন বিপুল পরিমাণ গ্যাসের গ্রাভিটেশনাল কলাপ্স সম্ভব হতে পারে যা প্রথম প্রজন্মের তারা গঠনের সূত্রপাত করে (যা প্রায়শই পপুলেশন-3 তারা হিসাবে পরিচিত)। গ্রাভিটেশনাল ইন্সটাবিলিটি এবং গ্রাভিটেশনাল কলাপ্স বিভিন্ন বাধা অতিক্রম করে কিভাবে একটি তারকার জন্ম দিতে পারে তা বিশদ ভাবে আলোচনার দাবি রাখে, সম্ভবত কিছু পরেই!