সৃষ্টির প্রথম ৩ লক্ষ ৮০ হাজার বছর মহাবিশ্ব ছিল ফোটন, প্রোটন ও ইলেকট্রনের একটি অন্ধকার, অতি-উত্তপ্ত ও অস্বচ্ছ প্লাজমা সমুদ্র। কিন্তু মহাবিশ্ব প্রসারিত হয়ে শীতল হতে হতে যখন তাপমাত্রা প্রায় ৩,০০০ কেলভিনে নেমে আসে (রেডশিফ্ট $z approx ১১০০$), তখন ইলেকট্রনগুলো প্রোটনের সাথে যুক্ত হয়ে প্রথম নিরপেক্ষ হাইড্রোজেন পরমাণু গঠন করে—একে বলা হয় রিকম্বিনেশন (Recombination)। ফোটনগুলো কণার বাঁধন থেকে মুক্ত হয়ে মহাকাশে স্বাধীনভাবে ছুটে চলার পথ পায়। ১৩.৮ বিলিয়ন বছরের মহাজাগতিক প্রসারণে সেই আদিম আলোকরশ্মি আজ শীতল হয়ে পরিণত হয়েছে মহাজাগতিক অণুতরঙ্গ পটভূমি বিকিরণে (CMB): মহাবিশ্বের সৃষ্টির আদিমতম এবং পরম নিখুঁত ২.৭২৫৫ কেলভিনের ব্ল্যাকবডি পদচিহ্ন।

১. রিকম্বিনেশন প্রক্রিয়া ও সাহা সমীকরণ

হাইড্রোজেনের আয়নাইজেশন মাত্রা নির্ধারিত হয় ভারতীয় পদার্থবিদ মেঘনাদ সাহার বিখ্যাত সাহা সমীকরণ (Saha Ionization Equation) দ্বারা:

frac{X_e^2}{1 – X_e} = frac{1}{n_b} left( frac{m_e k_B T}{2pi hbar^2} right)^{3/2} e^{-E_I / (k_B T)}

যদিও হাইড্রোজেনের আয়নাইজেশন শক্তি ১৩.৬ ইলেকট্রন ভোল্ট (যা প্রায় ১,৫৮,০০০ কেলভিনের সমান), কিন্তু মহাবিশ্বে ব্যারিয়নের তুলনায় ফোটনের সংখ্যা এক বিলিয়ন গুণ বেশি হওয়ায় রিকম্বিনেশন বিলম্বিত হয় ৩,০০০ কেলভিন পর্যন্ত। মুক্ত ইলেকট্রন শেষ হয়ে যাওয়ার পর তৈরি হয় লাস্ট স্ক্যাটারিং সারফেস বা শেষ বিক্ষেপণ তল—যার পরে মহাবিশ্ব চিরকালের জন্য স্বচ্ছ হয়ে ওঠে।

২. প্লাজমা সাউন্ড ওয়েভ ও অ্যাকোস্টিক পিক

রিকম্বিনেশনের পূর্বে ফোটন ও ব্যারিয়নের মিশ্রণটি একটি অবিচ্ছিন্ন তরল হিসেবে কাজ করছিল। একদিকে মহাকর্ষ ডার্ক ম্যাটারের গহ্বরে পদার্থকে টেনে নিচ্ছিল, অন্যদিকে ফোটনের তীব্র বিকিরণ চাপ তাকে বাইরে ঠেলে দিচ্ছিল। এই প্রতিযোগিতায় প্লাজমার মধ্যে সৃষ্টি হয় আলোর অর্ধেকেরও বেশি গতিতে ($c_s approx ০.৫৮c$) ধাবিত মহাজাগতিক শব্দতরঙ্গ। রিকম্বিনেশনের মুহূর্তে এই তরঙ্গের বিস্তার মহাকাশে চিরতরে জমে যায়, যা সিএমবি পাওয়ার স্পেকট্রামে অ্যাকোস্টিক পিক হিসেবে দৃশ্যমান হয়:

  • প্রথম শীর্ষবিন্দু ($ell approx ২২০$): এটি মৌলিক শব্দতরঙ্গের সর্বোচ্চ সংকোচনের রূপ নির্দেশ করে। আকাশের কোণে এর অবস্থান নিশ্চিত করে যে আমাদের মহাবিশ্ব স্থানিকভাবে নিখুঁত সমতল ($k = 0$)।
  • দ্বিতীয় শীর্ষবিন্দু ($ell approx ৫৪০$): এটি তরঙ্গের প্রসারণ নির্দেশ করে। প্রথম ও দ্বিতীয় চূড়ার অনুপাত থেকে নির্ণয় করা হয় মহাবিশ্বের মোট সাধারণ পদার্থের পরিমাণ ($Omega_b$)।
  • তৃতীয় শীর্ষবিন্দু ($ell approx ৮০০$): এটি দ্বিতীয় সংকোচন নির্দেশ করে, যা সরাসরি ডার্ক ম্যাটারের ঘনত্ব ($Omega_c$) পরিমাপ করে।

৩. গৌণ অ্যানিসোট্রপি: স্যাক্স-উলফ ও সুনিয়ায়েভ-জেলদোভিচ প্রভাব

১৩.৮ বিলিয়ন বছর ধরে সিএমবি আলো আমাদের কাছে আসার পথে বিভিন্ন পরিবর্তন ঘটে:

  • ইন্টিগ্রেটেড স্যাক্স-উলফ প্রভাব (ISW): ডার্ক এনার্জির কারণে গ্যালাক্সি ক্লাস্টারের মহাকর্ষীয় গহ্বর সময়ের সাথে সাথে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, ফলে সেখানে প্রবেশ করা ফোটন শক্তি বৃদ্ধি পেয়ে নীল তরঙ্গে সরে যায়।
  • সুনিয়ায়েভ-জেলদোভিচ প্রভাব (SZ): গ্যালাক্সি ক্লাস্টারের অতি-উত্তপ্ত ইলেকট্রন সিএমবি ফোটনকে ধাক্কা দিয়ে উচ্চ কম্পাঙ্কে পাঠিয়ে দেয়, যার মাধ্যমে দূরবর্তী ব্ল্যাক হোল ও গ্যালাক্সি ক্লাস্টার সনাক্ত করা যায়।

৪. সিএমবি পোলারাইজেশন ও আদিম মহাকর্ষীয় তরঙ্গের সন্ধান

সিএমবি আলো কেবল তাপমাত্রা নয়, লিনিয়ার পোলারাইজেশনও বহন করে। একে দুটি মোডে ভাগ করা হয়: ই-মোড (E-mode) এবং বি-মোড (B-mode):

  • সাধারণ ঘনত্বের তরঙ্গ কেবল ই-মোড তৈরি করতে পারে।
  • কিন্তু ইনফ্লেশনের সময় স্থান-কালের কাপুনি থেকে সৃষ্ট আদিম মহাকর্ষীয় তরঙ্গ (Primordial Gravitational Waves) অনন্যভাবে বি-মোড পোলারাইজেশনের সৃষ্টি করে। এই বি-মোড সনাক্ত করাই আধুনিক জ্যোতিঃপদার্থবিজ্ঞানের সর্বপ্রধান অনুসন্ধান, যা সরাসরি মহাজাগতিক ইনফ্লেশনের শক্তি স্কেল নিশ্চিত করবে।
শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।