पुणे के पास भारत की जायंट मीटरवेव रेडियो टेलीस्कोप में 45 मीटर के 30 डिश हैं, वह अक्टूबर 2001 में अंतरराष्ट्रीय सुविधा बनी और 29 जून 2023 की गुरुत्वीय-तरंग पृष्ठभूमि की खोज को भारतीय आँकड़े दिए

जायंट मीटरवेव रेडियो टेलीस्कोप (जीएमआरटी) में पुणे से लगभग 80 किमी उत्तर की एक जगह पर तीस डिश हैं, हर एक 45 मीटर चौड़ा। टाटा इंस्टीट्यूट ऑफ़ फ़ंडामेंटल रिसर्च (टीआईएफ़आर) का हिस्सा नेशनल सेंटर फ़ॉर रेडियो एस्ट्रोफ़िज़िक्स (एनसीआरए) इसे चलाता है और इसे मीटर तरंगदैर्घ्य पर काम करने वाली दुनिया की सबसे बड़ी रेडियो टेलीस्कोप कहता है। इसके आँकड़े 29 जून 2023 को घोषित यूरोपीय और भारतीय पल्सर-टाइमिंग नतीजे में गए, जिसने गुरुत्वीय तरंगों की एक धीमी पृष्ठभूमि के प्रमाण की सूचना दी।

डिश Y आकार में हैं। चौदह लगभग 1 किमी चौड़े एक केंद्रीय वर्ग में सटे हैं, और सोलह और लगभग 14-14 किमी की तीन भुजाओं पर चलते हैं। वेधशाला का दिसंबर 2025 का स्थिति-दस्तावेज़ आधार-रेखाएँ, यानी डिशों के जोड़ों के बीच की दूरियाँ, 100 मीटर से 25 किमी तक देता है। टेलीस्कोप पुणे-नासिक राजमार्ग पर नारायणगाँव से लगभग 10 किमी पूर्व में खोदाद में है।

मीटर तरंगों के लिए टेलीस्कोप क्यों, और यही खेत क्यों

जीएमआरटी की मूल आवृत्तियों में से एक 150 मेगाहर्ट्ज़ पर रेडियो तरंग लगभग 2 मीटर लंबी होती है। वेधशाला का अपना विवरण कहता है कि परियोजना ने स्पेक्ट्रम का यह हिस्सा इसलिए चुना क्योंकि भारत में वहाँ मानव-निर्मित रेडियो व्यवधान, उसके शब्दों में, काफ़ी कम था। वह यह भी कहता है कि दुनिया में कहीं भी इन तरंगदैर्घ्यों का उपयोग करने के लिए कोई बड़ी सुविधा नहीं बनी थी।

खोदाद की जगह पूरे भारत में खोज के बाद चुनी गई। जीएमआरटी का पन्ना जो मानदंड गिनाता है, वे हैं मानवीय गतिविधि से कम रेडियो शोर, अच्छा संचार, आसपास उद्योग और शिक्षा, और भू-चुंबकीय विषुवत रेखा से इतना उत्तर का अक्षांश कि आयनमंडल यथोचित शांत रहे और दक्षिणी आकाश का बड़ा हिस्सा फिर भी दिखे।

30 डिश एक ही उपकरण की तरह काम करते हैं। सभी 435 संभव जोड़ों के संकेत कई घंटों में आपस में गुणा किए जाते हैं, जिससे श्रेणी 25 किमी चौड़े एकल डिश जितनी तीक्ष्णता के चित्र बना पाती है। मूल डिज़ाइन में 50 से 1,420 मेगाहर्ट्ज़ के बीच छह आवृत्ति बैंड थे।

रस्सी के ट्रस और तारों की जाली

45 मीटर का ठोस डिश भारी होता है और हवा पकड़ता है। जीएमआरटी टीम ने वह डिज़ाइन अपनाया जिसे वह स्मार्ट कहती है, यानी स्ट्रेच्ड मेश अटैच्ड टू रोप ट्रस्सेस। पतली स्टेनलेस-स्टील तार-रस्सियाँ 16 नलीदार स्टील परवलयिक ढाँचों के बीच खींची जाती हैं और समतल फलकों के एक मोज़ेक में कसी जाती हैं जो परवलय के लगभग बराबर बनता है। 0.55 मिमी के स्टेनलेस-स्टील तार की जाली, जिसके खाने बीच में 10 गुणा 10 मिमी और बाहर की ओर 20 गुणा 20 मिमी के हैं, परावर्तक सतह बनाती है।

वेधशाला कहती है कि डिज़ाइन हवा के बलों को इतना घटा देता है कि 45 मीटर के जीएमआरटी डिश पर बल और बल-आघूर्ण एक पारंपरिक 22 मीटर डिश जैसे हैं। वह डिश का वज़न लगभग 80 टन बताती है, 40 टन के प्रतिसंतुलन के साथ, 15 मीटर के कंक्रीट टावर पर। आईईईई, जिसने 30 मार्च 2021 को वेधशाला को मील के पत्थर की पट्टिका समर्पित की, दर्ज करता है कि पूरा कार्यक्रम भारत में परिकल्पित, डिज़ाइन और निर्मित हुआ, और ड्राइव तथा सर्वो प्रणालियाँ मुंबई के भाभा परमाणु अनुसंधान केंद्र के साथ तकनीकी सहयोग से आईं। आईईईई का प्रस्ताव यह भी कहता है कि जीएमआरटी रेडियो लिंकों के बजाय ऑप्टिकल फ़ाइबर पर टेलीस्कोप के संकेत ले जाने वाली शुरुआती रेडियो वेधशालाओं में से एक थी।

स्वरूप का दल और समय-रेखा

गोविंद स्वरूप 1963 में होमी भाभा के निमंत्रण पर टीआईएफ़आर आए, जिनकी अपनी कहानी हमारे परमाणु कार्यक्रम के विवरण में है। उनके दल ने ऊटी रेडियो टेलीस्कोप बनाई, जो एनसीआरए के इतिहास-पन्ने के अनुसार 1969 में पूरी हुई। एनसीआरए की श्रद्धांजलि कहती है कि उन्होंने 1984 से 1996 तक जीएमआरटी के डिज़ाइन और निर्माण की परिकल्पना की और उसे निर्देशित किया, 1987 में उसके परियोजना निदेशक बने और 1993 में एनसीआरए के पहले केंद्र निदेशक थे। उनका निधन 7 सितंबर 2020 को हुआ।

आईईईई माइलस्टोन पन्ना निर्माण का रिकॉर्ड देता है। भूमि अधिग्रहण 1990 में पूरा हुआ और निर्माण 1991 में शुरू हुआ। पहला एंटीना 1993 में खड़ा हुआ, और पहली रोशनी का प्रेक्षण 1994 में हुआ। 1995 तक सभी 30 एंटीना खड़े थे। खगोलीय पिंडों के परीक्षण प्रेक्षण 1996 की शुरुआत में शुरू हुए, और उसी साल पहला उच्च-गुणवत्ता का रेडियो गैलेक्सी चित्र आया। नियमित प्रेक्षण 1997 में शुरू हुए, और जीएमआरटी को अक्टूबर 2001 में दुनिया भर के खगोलविदों के लिए खुला घोषित किया गया।

परिचालन की शुरुआत पर स्रोत एकमत नहीं हैं। एनसीआरए का इतिहास कहता है कि टेलीस्कोप “2000 में नियमित संचालन में आई”। एनसीआरए के यशवंत गुप्ता और सहयोगियों का 2017 का शोधपत्र कहता है “2001 में इसके चालू होने के बाद से”। आईईईई पन्ना नियमित प्रेक्षणों के लिए 1997 और अंतरराष्ट्रीय उद्घाटन के लिए अक्टूबर 2001 लेता है। ये अलग-अलग पड़ाव हैं, और हर स्रोत की तिथि वैसी ही दी गई है जैसी वह बताता है।

एनसीआरए कहता है कि 25 से ज़्यादा देशों के खगोलविद टेलीस्कोप का उपयोग करते हैं। 2017 के शोधपत्र ने जीएमआरटी आँकड़ों का उपयोग करने वाले लगभग 40 समीक्षित शोधपत्र प्रति वर्ष गिने, जिनमें लगभग आधे मुख्य अन्वेषक भारत के थे और बाकी लगभग 30 अन्य देशों के।

2019 का उन्नयन

मूल रिसीवर सीमित बैंडों को कवर करते थे और उनकी अधिकतम बैंडविड्थ 32 मेगाहर्ट्ज़ थी। एक बड़े उन्नयन ने, जिसका प्रस्ताव पहली बार 2007 से 2012 की योजना-अवधि में रखा गया, तात्कालिक बैंडविड्थ को 400 मेगाहर्ट्ज़ तक बढ़ाया और पुराने बैंडों की जगह चौड़े रिसीवर लगाए। वेधशाला का दिसंबर 2025 का दस्तावेज़ उनमें से चार गिनाता है: 120 से 250 मेगाहर्ट्ज़, 250 से 500 मेगाहर्ट्ज़, 550 से 850 मेगाहर्ट्ज़ और 1,000 से 1,460 मेगाहर्ट्ज़। वह कहता है कि उन्नत जीएमआरटी (यूजीएमआरटी) मार्च 2019 से सभी 30 एंटीना के साथ काम कर रही है।

उन्नयन की तिथियाँ स्रोत के अनुसार बदलती हैं। आईईईई पन्ना 2012 से 2018 देता है, और एनसीआरए के निदेशक यशवंत गुप्ता, 2023 की प्रेस विज्ञप्ति में उद्धृत, 2013 से 2019 कहते हैं। 2017 के शोधपत्र ने संवेदनशीलता के तीन गुना तक बढ़ने की अपेक्षा की थी।

जीएमआरटी ने क्या सर्वे किया और क्या ट्रैक किया

अप्रैल 2010 से मार्च 2012 के बीच जीएमआरटी ने 150 मेगाहर्ट्ज़ पर टीआईएफ़आर जीएमआरटी स्काई सर्वे का प्रेक्षण किया। इंटेमा और सहयोगी, एस्ट्रोनॉमी एंड एस्ट्रोफ़िज़िक्स में 2017 के एक शोधपत्र में, पहली वैकल्पिक डेटा रिलीज़ को लगभग 36,900 वर्ग अंश, यानी आकाश के लगभग 90 प्रतिशत, को कवर करने वाली बताते हैं, जिसमें 7-सिग्मा सीमा पर लगभग 0.62 मिलियन स्रोत निकाले गए।

2023 में अर्नब चक्रवर्ती और निरुपम रॉय ने रेडशिफ़्ट 1.3 की एक आकाशगंगा से, लगभग 9 अरब साल पीछे के समय से, 21 सेमी रेखा पर हाइड्रोजन उत्सर्जन की यूजीएमआरटी से 5-सिग्मा पहचान की सूचना दी। उनका सार इसे किसी एकल आकाशगंगा से उत्सर्जन में हाइड्रोजन की अब तक की सबसे ऊँचे-रेडशिफ़्ट वाली पहचान कहता है। एक अग्रभूमि की अंडाकार आकाशगंगा गुरुत्वीय लेंस का काम करती है और संकेत को बढ़ाती है।

19 अक्टूबर 2016 को जीएमआरटी ने यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी के शिआपरेली लैंडर को मंगल पर उतरते समय सुना। लैंडिंग से पहले ईएसए के ब्लॉग ने जीएमआरटी के संकेत को “होता तो अच्छा” वाला रीयल-टाइम दृश्य बताया। ईएसए का 20 अक्टूबर 2016 का पन्ना कहता है कि जीएमआरटी के शुरुआती संकेत बताते थे कि उतरने के ज़्यादातर चरण योजना के अनुसार हुए थे, और जीएमआरटी तथा ईएसए के मार्स एक्सप्रेस दोनों के प्राप्त संकेत ज़मीन छूने से ठीक पहले टूट गए।

घड़ियों जैसे पल्सर

पल्सर टाइमिंग जीएमआरटी के घोषित लक्ष्यों में है। वेधशाला का लक्ष्य-पन्ना कहता है कि पल्सरों के एक समूह, यानी तेज़ घूमने वाले न्यूट्रॉन तारे जो लाइटहाउस की तरह चमकते हैं, की सटीक टाइमिंग बहुत शुरुआती ब्रह्मांड से आने वाले गुरुत्वीय विकिरण की एक कमज़ोर पृष्ठभूमि की पहचान तक ले जा सकती है।

तरीक़ा इसलिए काम करता है कि पल्सर और पृथ्वी के बीच से गुज़रती गुरुत्वीय तरंग उसकी स्पंदों के पहुँचने का समय बदल देती है। असर बहुत छोटा है। 2023 की प्रेस विज्ञप्ति उसे सेकंड के दस लाखवें हिस्से से कम बताती है, और एक पल्सर की घड़ी की अपनी अनियमितताएँ होती हैं। इसलिए खगोलविद कई पल्सरों को देखते हैं और पूरे आकाश में साझा पैटर्न खोजते हैं। प्रेस विज्ञप्ति कहती है कि इसमें शामिल तरंगें एक से दस साल की अवधि से दोलन करती हैं, यानी उन तरंगों से लगभग 10 अरब गुना धीमी जिन्हें लीगो ने 2015 में पहली बार पकड़ा। लीगो और प्रस्तावित लीगो-इंडिया जैसे किलोमीटर-पैमाने के डिटेक्टर टकराते ब्लैक होल की छोटी बौछारें महसूस करते हैं। पल्सर श्रेणी इसके बजाय एक स्थिर गुंजन खोजती है।

जीएमआरटी का योगदान उसकी निम्न आवृत्तियाँ हैं। प्रेस विज्ञप्ति कहती है कि पल्सर का संकेत पल्सर और पृथ्वी के बीच के माध्यम से विकृत होता है, और इसे सबसे अच्छी तरह 400 मेगाहर्ट्ज़ के पास मापा जाता है, जहाँ वह यूजीएमआरटी को फ़िलहाल दुनिया की सबसे संवेदनशील रेडियो टेलीस्कोप बताती है। इंडियन पल्सर टाइमिंग ऐरे (इनपीटा), जिसे एनसीआरए के भल चंद्र जोशी ने स्थापित किया, यूजीएमआरटी से मिलीसेकंड पल्सरों को एक साथ दो बैंडों में देखता है। 2022 में प्रकाशित उसकी पहली डेटा रिलीज़ ने 2018 से 2021 के बीच 300 से 500 मेगाहर्ट्ज़ और 1,260 से 1,460 मेगाहर्ट्ज़ पर देखे गए 14 मिलीसेकंड पल्सरों के पहुँचने के समय दिए।

29 जून 2023 के शोधपत्र

इनपीटा की प्रेस विज्ञप्ति के अनुसार यूरोपियन पल्सर टाइमिंग ऐरे (ईपीटीए) और इनपीटा ने अपने नतीजे 29 जून 2023 को एस्ट्रोनॉमी एंड एस्ट्रोफ़िज़िक्स के दो शोधपत्रों में घोषित किए। ईपीटीए की दूसरी डेटा रिलीज़ 25 मिलीसेकंड पल्सरों को कवर करती है। खोज-शोधपत्र ने उसे उन दस पल्सरों के इनपीटा आँकड़ों से जोड़ा जिन्हें दोनों समूहों ने मापा था। वह पूरे 24.7 साल के यूरोपीय डेटासेट में एक पृष्ठभूमि के सीमांत प्रमाण की और 10.3 साल के एक उपसमूह में लगभग 3 सिग्मा पर प्रमाण की सूचना देता है। भारतीय आँकड़े जोड़ने पर शोर के बेहतर मॉडलिंग के साथ संगत नतीजे मिले। एक सहयोगी शोधपत्र ने संकेत को अतिविशाल ब्लैक-होल जोड़ों की एक आबादी के अनुरूप पाया, और अति-हल्के डार्क मैटर में उसकी उत्पत्ति को अनुपयुक्त बताया।

इनपीटा की प्रेस विज्ञप्ति कहती है कि विश्लेषण में दुनिया की छह सबसे बड़ी रेडियो टेलीस्कोपों से 25 साल में जुटाए गए पल्सर आँकड़े इस्तेमाल हुए, जिनमें यूजीएमआरटी के तीन साल से ज़्यादा के आँकड़े शामिल थे। इनपीटा संघ के अध्यक्ष, टीआईएफ़आर के ए. गोपाकुमार वहाँ उद्धृत हैं: “यह पहली बार है कि किसी भारतीय टेलीस्कोप के आँकड़े गुरुत्वीय तरंगों की खोज में इस्तेमाल हुए हैं”। गुप्ता कहते हैं कि इस तरह की उच्च-परिशुद्धता पल्सर टाइमिंग उन्नयन के विज्ञान-लक्ष्यों में से एक थी और उसके पहले नतीजे कुछ ही सालों में आ गए।

तीन और सहयोगों ने उसी समय नतीजे दिए। उत्तरी अमेरिका की नैनोग्रैव टीम ने 67 पल्सरों के बीच ऐसे सहसंबंध पाए जो गुरुत्वीय तरंगों से अपेक्षित हेलिंग्स-डाउन्स पैटर्न से मेल खाते हैं। वह परीक्षण के अनुसार लगभग 3 से 4 सिग्मा की सार्थकता बताती है। प्रेस विज्ञप्ति बाकी दो के रूप में ऑस्ट्रेलियाई (पीपीटीए) और चीनी (सीपीटीए) श्रेणियों के नाम लेती है।

अकेले भारतीय डेटासेट क्या दिखाता है

इनपीटा की अपनी दूसरी डेटा रिलीज़ सात साल के 27 मिलीसेकंड पल्सरों को कवर करती है। जून 2025 में डाला गया उसका पहला शोधपत्र अब तक के सबसे सटीक डिस्पर्शन मेज़र अनुमानों में से कुछ की सूचना देता है, जो उन मुक्त इलेक्ट्रॉनों की माप है जिनसे पल्सर का संकेत पृथ्वी तक आते हुए गुज़रा। 3 अगस्त 2026 को डाला गया खोज-शोधपत्र अकेले इनपीटा आँकड़ों में पृष्ठभूमि की पहली स्वतंत्र खोज है। उसमें एक साझा संकेत के लिए बेज़ फ़ैक्टर 2.5 मिलता है और कोई उल्लेखनीय पहचान नहीं। वह पृष्ठभूमि के आयाम पर 95 प्रतिशत की ऊपरी सीमा तय करता है, जो लंबे समय से चल रही श्रेणियों द्वारा बताए आयामों से लगभग एक परिमाण-क्रम ऊपर है। शोधपत्र के सिमुलेशन संकेत देते हैं कि साझा संकेत को पुनः पाने के लिए कम से कम 10 साल की आधार-रेखा चाहिए। डेटा रिलीज़ शोधपत्र कहता है कि डेटासेट का एक हिस्सा इंटरनेशनल पल्सर टाइमिंग ऐरे की तीसरी डेटा रिलीज़ में शामिल किया जा रहा है।