पुण्याजवळच्या भारताच्या जायंट मीटरवेव्ह रेडिओ टेलिस्कोपला ४५ मीटरच्या ३० डिश आहेत, तो ऑक्टोबर २००१ मध्ये आंतरराष्ट्रीय सुविधा बनला, आणि २९ जून २०२३ च्या गुरुत्वीय लहरींच्या पार्श्वभूमी शोधासाठी त्याने भारतीय आकडेवारी पुरवली

जायंट मीटरवेव्ह रेडिओ टेलिस्कोप (GMRT) ला पुण्याच्या सुमारे ८० किमी उत्तरेकडील जागेवर प्रत्येकी ४५ मीटर व्यासाच्या तीस डिश आहेत. टाटा मूलभूत संशोधन संस्थेचा (TIFR) भाग असलेले नॅशनल सेंटर फॉर रेडिओ अॅस्ट्रोफिजिक्स (NCRA) ती चालवते आणि तिला मीटर तरंगलांबींवर चालणारी जगातील सर्वात मोठी रेडिओ दुर्बीण म्हणते. २९ जून २०२३ रोजी जाहीर झालेल्या युरोपीय आणि भारतीय पल्सर टायमिंग निष्कर्षात तिची आकडेवारी वापरली गेली, ज्यात गुरुत्वीय लहरींच्या क्षीण पार्श्वभूमीचा पुरावा नोंदवला गेला.

डिश Y आकारात मांडलेल्या आहेत. चौदा सुमारे १ किमी रुंदीच्या मध्य चौकोनात दाटीने बसवलेल्या आहेत, आणि आणखी सोळा प्रत्येकी सुमारे १४ किमीच्या तीन भुजांवर पसरलेल्या आहेत. वेधशाळेचा डिसेंबर २०२५ चा स्थितिदर्शक दस्तऐवज आधाररेषा, म्हणजेच डिशच्या जोड्यांमधील अंतरे, १०० मीटर ते २५ किमी असे देतो. दुर्बीण पुणे-नाशिक महामार्गावरील नारायणगावच्या सुमारे १० किमी पूर्वेला खोडद येथे आहे.

मीटर लहरींसाठी दुर्बीण का, आणि हेच शेत का

GMRT च्या मूळ वारंवारितांपैकी एक असलेल्या १५० MHz वर रेडिओ लहरीची लांबी सुमारे २ मीटर असते. वेधशाळेच्या स्वतःच्या वर्णनानुसार, प्रकल्पाने स्पेक्ट्रमचा हा भाग निवडला कारण भारतात तिथे मानवनिर्मित रेडिओ व्यत्यय, त्यांच्याच शब्दांत, बराच कमी होता. जगात कुठेही या तरंगलांबींचा उपयोग करण्यासाठी मोठी सुविधा उभारली गेलेली नव्हती, असेही ती सांगते.

खोडदची जागा भारतभर शोध घेऊन निवडली गेली. GMRT च्या पानावर दिलेले निकष म्हणजे मानवी हालचालींमुळे होणारा कमी रेडिओ गोंगाट, चांगली दळणवळण व्यवस्था, जवळ उद्योग आणि शिक्षण संस्था, आणि भू-चुंबकीय विषुववृत्तापासून इतक्या उत्तरेला असलेले अक्षांश की आयनोस्फिअर बऱ्यापैकी शांत राहावे, पण दक्षिणेकडील आकाशाचा मोठा भाग तरीही दिसावा.

३० डिश एकच उपकरण म्हणून काम करतात. सर्व ४३५ संभाव्य जोड्यांतील संकेतांचा अनेक तासांत एकमेकांशी गुणाकार केला जातो, ज्यामुळे ही मांडणी २५ किमी रुंदीच्या एका डिशइतक्या तीक्ष्णतेची प्रतिमा तयार करू शकते. मूळ रचनेत ५० ते १,४२० MHz दरम्यान सहा वारंवारिता पट्टे वापरले होते.

दोरांचे सांगाडे आणि तारजाळी

घन ४५ मीटरची डिश जड असते आणि तिला वारा लागतो. GMRT चमूने ज्याला ते SMART रचना म्हणतात ती वापरली, म्हणजे स्ट्रेच मेश अटॅच्ड टू रोप ट्रसेस. पोलादाच्या १६ नळ्यांच्या पॅराबोलिक चौकटींमध्ये स्टेनलेस स्टीलचे बारीक तारदोर ताणलेले असतात, आणि ते ताणून सपाट पृष्ठांचे असे मोझाइक तयार होते जे पॅराबोलाच्या जवळ जाते. ०.५५ मिमी स्टेनलेस स्टील तारेची जाळी, ज्याचे चौकोन मध्यभागी १० बाय १० मिमी आणि बाहेरच्या भागात २० बाय २० मिमी आहेत, परावर्तक पृष्ठभाग बनवते.

वेधशाळा सांगते की या रचनेने वाऱ्याचे बल इतके कमी होते की ४५ मीटरच्या GMRT डिशवरील बल आणि पीळ पारंपरिक २२ मीटरच्या डिशवरील बल आणि पिळाइतके असतात. ती डिशचे वजन सुमारे ८० टन, ४० टनी प्रतिभार आणि १५ मीटर काँक्रीट मनोऱ्यावर असे देते. IEEE ने ३० मार्च २०२१ रोजी वेधशाळेला माइलस्टोन फलक समर्पित केला, तो नोंदवतो की संपूर्ण कार्यक्रमाची संकल्पना, रचना आणि निर्मिती भारतातच झाली, आणि चालक व सर्वो यंत्रणा मुंबईतील भाभा अणुसंशोधन केंद्राच्या तांत्रिक सहकार्यातून आल्या. IEEE चा प्रस्ताव असेही म्हणतो की दुर्बिणीचे संकेत रेडिओ दुव्यांऐवजी ऑप्टिकल फायबरवरून वाहून नेणाऱ्या पहिल्या रेडिओ वेधशाळांपैकी GMRT एक होती.

स्वरूप यांचा गट आणि कालरेषा

गोविंद स्वरूप १९६३ मध्ये होमी भाभा यांच्या निमंत्रणावरून TIFR मध्ये आले, ज्यांची कहाणी आमच्या अणुकार्यक्रमाच्या वृत्तांतात आहे. त्यांच्या गटाने ऊटी रेडिओ टेलिस्कोप उभारली, जी १९६९ मध्ये पूर्ण झाली असे NCRA चे इतिहासाचे पान सांगते. NCRA चे श्रद्धांजली पान सांगते की १९८४ ते १९९६ दरम्यान त्यांनी GMRT ची रचना आणि उभारणी यांची संकल्पना मांडली आणि संचालन केले, १९८७ मध्ये ते तिचे प्रकल्प संचालक झाले आणि १९९३ मध्ये NCRA चे पहिले केंद्र संचालक. त्यांचे निधन ७ सप्टेंबर २०२० रोजी झाले.

IEEE माइलस्टोन पान उभारणीची नोंद देते. जमीन संपादन १९९० मध्ये पूर्ण झाले आणि बांधकाम १९९१ मध्ये सुरू झाले. पहिला अँटेना १९९३ मध्ये उभा राहिला, आणि फर्स्ट लाइट निरीक्षण १९९४ मध्ये झाले. १९९५ पर्यंत सर्व ३० अँटेना उभे होते. खगोलीय वस्तूंची चाचणी निरीक्षणे १९९६ च्या सुरुवातीला सुरू झाली, आणि त्याच वर्षी पहिली उच्च दर्जाची रेडिओ दीर्घिका प्रतिमा मिळाली. नियमित निरीक्षणे १९९७ मध्ये सुरू झाली, आणि GMRT जगभरातील खगोलशास्त्रज्ञांसाठी ऑक्टोबर २००१ मध्ये खुली घोषित करण्यात आली.

कामकाज सुरू होण्याबाबत स्रोतांत मतभेद आहेत. NCRA चा इतिहास म्हणतो की दुर्बीण “२००० मध्ये नियमित कामकाजात आली”. NCRA चे यशवंत गुप्ता आणि सहकाऱ्यांचा २०१७ चा शोधनिबंध “२००१ मध्ये कार्यान्वित झाल्यापासून” असे म्हणतो. IEEE चे पान नियमित निरीक्षणांसाठी १९९७ आणि आंतरराष्ट्रीय खुलेपणासाठी ऑक्टोबर २००१ वापरते. हे वेगवेगळे टप्पे आहेत, आणि प्रत्येक स्रोताची तारीख तो म्हणतो तशीच दिली आहे.

NCRA सांगते की २५ पेक्षा जास्त देशांतील खगोलशास्त्रज्ञ दुर्बिणीचा वापर करतात. २०१७ च्या शोधनिबंधाने GMRT आकडेवारी वापरणारे वर्षाला सुमारे ४० परीक्षित शोधनिबंध मोजले, ज्यांतील सुमारे निम्मे प्रमुख संशोधक भारतातले आणि बाकीचे सुमारे ३० इतर देशांतले होते.

२०१९ चे सुधारित रूप

मूळ ग्राही पट्टे मर्यादित होते आणि कमाल बँडविड्थ ३२ MHz होती. २००७ ते २०१२ च्या योजनाकाळात प्रथम प्रस्तावित झालेल्या मोठ्या सुधारणेने तात्कालिक बँडविड्थ ४०० MHz पर्यंत वाढवली आणि जुन्या पट्ट्यांची जागा रुंद ग्राहींनी घेतली. वेधशाळेचा डिसेंबर २०२५ चा दस्तऐवज त्यातील चार पट्टे देतो: १२० ते २५० MHz, २५० ते ५०० MHz, ५५० ते ८५० MHz आणि १,००० ते १,४६० MHz. सुधारित GMRT (uGMRT) मार्च २०१९ पासून सर्व ३० अँटेनांसह काम करत आहे, असे तो सांगतो.

सुधारणेच्या तारखा स्रोतानुसार बदलतात. IEEE चे पान २०१२ ते २०१८ देते, आणि NCRA चे संचालक यशवंत गुप्ता, २०२३ च्या वृत्तपत्रकात उद्धृत करताना, २०१३ ते २०१९ म्हणतात. २०१७ च्या शोधनिबंधाने संवेदनशीलता तीनपट वाढेल अशी अपेक्षा ठेवली होती.

GMRT ने काय सर्वेक्षण केले आणि मागोवा घेतला

एप्रिल २०१० ते मार्च २०१२ दरम्यान GMRT ने १५० MHz वर TIFR GMRT स्काय सर्व्हे केला. इन्तेमा आणि सहकारी, अॅस्ट्रॉनॉमी अँड अॅस्ट्रोफिजिक्समधील २०१७ च्या शोधनिबंधात, पहिल्या पर्यायी आकडेवारी प्रकाशनाचे वर्णन असे करतात की ते सुमारे ३६,९०० चौरस अंश, म्हणजे सुमारे ९० टक्के आकाश व्यापते, आणि ७ सिग्मा मर्यादेवर सुमारे ०.६२ दशलक्ष स्रोत काढले गेले.

२०२३ मध्ये अर्नब चक्रवर्ती आणि निरुपम रॉय यांनी uGMRT द्वारे रेडशिफ्ट १.३ वरील, म्हणजे सुमारे ९ अब्ज वर्षे मागील, एका दीर्घिकेतून २१ सेमी रेषेवरील हायड्रोजन उत्सर्जनाचा ५ सिग्मा शोध नोंदवला. त्यांचा सारांश याला एका स्वतंत्र दीर्घिकेतील हायड्रोजनच्या उत्सर्जनाचा आजवरचा सर्वाधिक रेडशिफ्टवरील शोध म्हणतो. अग्रभागातील एक लंबवर्तुळाकार दीर्घिका गुरुत्वीय भिंगासारखे काम करून संकेत वाढवते.

१९ ऑक्टोबर २०१६ रोजी युरोपीय अंतराळ संस्थेचे शियापारेली लँडर मंगळावर उतरत असताना GMRT ने त्याचे संकेत ऐकले. उतरण्याआधीच्या ESA च्या ब्लॉगने GMRT संकेताचे वर्णन “असल्यास बरे” असे रिअल-टाइम दर्शन असे केले. ESA चे २० ऑक्टोबर २०१६ चे पान सांगते की GMRT चे सुरुवातीचे संकेत सुचवत होते की उतरणीचे बहुतेक टप्पे आखल्याप्रमाणे झाले होते, आणि GMRT व ESA च्या मार्स एक्स्प्रेसने मिळवलेले संकेत उतरण्याच्या थोडे आधी दोन्ही तुटले.

घड्याळे म्हणून पल्सर

पल्सर टायमिंग हे GMRT च्या घोषित उद्दिष्टांपैकी एक आहे. वेधशाळेचे उद्दिष्टांचे पान सांगते की पल्सरच्या, म्हणजे दीपगृहासारखे लखलखणाऱ्या वेगाने फिरणाऱ्या न्यूट्रॉन ताऱ्यांच्या, एका गटाचे अचूक टायमिंग केल्यास अगदी सुरुवातीच्या विश्वातील गुरुत्वीय प्रारणाची क्षीण पार्श्वभूमी शोधता येऊ शकेल.

ही पद्धत चालते कारण पल्सर आणि पृथ्वी यांच्यातून जाणारी गुरुत्वीय लहर त्याच्या स्पंदनांच्या पोहोचण्याच्या वेळा बदलते. हा परिणाम अत्यंत सूक्ष्म असतो. २०२३ चे वृत्तपत्रक तो सेकंदाच्या दशलक्षांश भागापेक्षा कमी सांगते, आणि एका पल्सरच्या घड्याळाला स्वतःच्या अनियमितता असतात. म्हणून खगोलशास्त्रज्ञ अनेक पल्सरचे निरीक्षण करतात आणि आकाशभर समान असलेला आकृतिबंध शोधतात. वृत्तपत्रक सांगते की यातील लहरी एक ते दहा वर्षांच्या कालावधीने दोलायमान होतात, म्हणजे २०१५ मध्ये LIGO ने प्रथम शोधलेल्या लहरींपेक्षा सुमारे १० अब्ज पट हळू. LIGO आणि नियोजित LIGO-इंडिया सारखी किलोमीटर आकाराची शोधयंत्रे काळ्या विवरांच्या धडकांतून होणारे छोटे स्फोट टिपतात. पल्सर मांडणी त्याऐवजी स्थिर गुंजारव शोधते.

GMRT चे योगदान तिच्या कमी वारंवारितांमध्ये आहे. वृत्तपत्रक सांगते की पल्सरचा संकेत पल्सर आणि पृथ्वी यांच्यातील माध्यमामुळे विकृत होतो, आणि हे सर्वोत्तम ४०० MHz जवळ मोजले जाते, जिथे ते uGMRT ला सध्या जगातील सर्वात संवेदनशील रेडिओ दुर्बीण म्हणून वर्णन करते. NCRA चे भल चंद्र जोशी यांनी स्थापन केलेली इंडियन पल्सर टायमिंग अॅरे (InPTA) मिलिसेकंद पल्सरचे एकाच वेळी दोन पट्ट्यांत निरीक्षण करण्यासाठी uGMRT वापरते. २०२२ मध्ये प्रकाशित झालेल्या तिच्या पहिल्या आकडेवारी प्रकाशनात, २०१८ ते २०२१ दरम्यान ३०० ते ५०० MHz आणि १,२६० ते १,४६० MHz वर निरीक्षण केलेल्या १४ मिलिसेकंद पल्सरच्या पोहोचण्याच्या वेळा दिल्या.

२९ जून २०२३ चे शोधनिबंध

युरोपियन पल्सर टायमिंग अॅरे (EPTA) आणि InPTA यांनी आपले निष्कर्ष २९ जून २०२३ रोजी, अॅस्ट्रॉनॉमी अँड अॅस्ट्रोफिजिक्समधील दोन शोधनिबंधांत जाहीर केले, असे InPTA चे वृत्तपत्रक सांगते. EPTA चे दुसरे आकडेवारी प्रकाशन २५ मिलिसेकंद पल्सर व्यापते. शोधनिबंधाने ते दोन्ही गटांनी मोजलेल्या दहा पल्सरच्या InPTA आकडेवारीसह एकत्र केले गेले. पूर्ण २४.७ वर्षांच्या युरोपीय आकडेवारीत पार्श्वभूमीचा किरकोळ पुरावा आणि १०.३ वर्षांच्या उपसंचात सुमारे ३ सिग्मावर पुरावा असल्याचे तो नोंदवतो. भारतीय आकडेवारी जोडल्यावर गोंगाटाच्या अधिक चांगल्या प्रतिरूपणासह सुसंगत निकाल मिळाले. सोबतच्या शोधनिबंधात संकेत महाकाय कृष्णविवर जोड्यांच्या समूहाशी सुसंगत आढळला, आणि अतिहलक्या डार्क मॅटरपासून उगम होण्याची शक्यता कमी ठरली.

InPTA चे वृत्तपत्रक सांगते की विश्लेषणात जगातील सहा सर्वात मोठ्या रेडिओ दुर्बिणींसह २५ वर्षांत गोळा केलेली पल्सर आकडेवारी वापरली गेली, ज्यात तीन वर्षांपेक्षा जास्त uGMRT आकडेवारी होती. TIFR चे ए. गोपकुमार, InPTA संघाचे अध्यक्ष, तेथे उद्धृत आहेत: “गुरुत्वीय लहरींच्या शोधासाठी एका भारतीय दुर्बिणीची आकडेवारी वापरली जाण्याची ही पहिलीच वेळ आहे”. गुप्ता म्हणतात की अशा प्रकारचे उच्च अचूकतेचे पल्सर टायमिंग हे सुधारणेचे एक विज्ञान लक्ष्य होते आणि त्याचे पहिले निकाल काही वर्षांतच आले.

इतर तीन सहकार्य गटांनीही त्याच वेळी निकाल जाहीर केले. उत्तर अमेरिकेतील NANOGrav चमूला ६७ पल्सरमध्ये गुरुत्वीय लहरींसाठी अपेक्षित असलेल्या हेलिंग्ज-डाउन्स आकृतिबंधाशी जुळणारे सहसंबंध आढळले. चाचणीनुसार सुमारे ३ ते ४ सिग्मा महत्त्व असल्याचे तो नोंदवतो. वृत्तपत्रक इतर म्हणून ऑस्ट्रेलियन (PPTA) आणि चिनी (CPTA) मांडण्यांची नावे घेते.

भारतीय आकडेवारी एकटी काय दाखवते

InPTA चे स्वतःचे दुसरे आकडेवारी प्रकाशन सात वर्षांत २७ मिलिसेकंद पल्सर व्यापते. जून २०२५ मध्ये प्रसिद्ध झालेला त्याचा पहिला शोधनिबंध आजवरचे काही सर्वात अचूक डिस्पर्शन मेजर अंदाज नोंदवतो, म्हणजे पल्सरचा संकेत पृथ्वीवर येताना ज्या मुक्त इलेक्ट्रॉनांतून गेला त्यांचे मापन. ३ ऑगस्ट २०२६ रोजी प्रसिद्ध झालेला शोधनिबंध फक्त InPTA आकडेवारीत पार्श्वभूमीचा पहिला स्वतंत्र शोध आहे. त्यात सामायिक संकेतासाठी बेज घटक २.५ आढळतो आणि कोणताही महत्त्वपूर्ण शोध नाही. तो पार्श्वभूमीच्या आयामावर ९५ टक्के उच्च मर्यादा घालतो, जी दीर्घकाळ चालणाऱ्या मांडण्यांनी नोंदवलेल्या आयामांपेक्षा सुमारे दहापट जास्त आहे. शोधनिबंधातील सिम्युलेशन दर्शवतात की सामायिक संकेत मिळवण्यासाठी किमान १० वर्षांची आधाररेषा लागते. आकडेवारी प्रकाशनाचा शोधनिबंध सांगतो की आकडेवारीचा एक भाग इंटरनॅशनल पल्सर टायमिंग अॅरेच्या तिसऱ्या आकडेवारी प्रकाशनात समाविष्ट केला जात आहे.