सुब्रह्मण्यन चंद्रशेखर यांनी १९३० मध्ये मुंबईहून निघालेल्या जहाजावर वयाच्या १९ व्या वर्षी श्वेत बटू ताऱ्यांच्या वस्तुमानाची मर्यादा काढली, १९८३ चे भौतिकशास्त्राचे नोबेल पारितोषिक वाटून घेतले, आणि नासाच्या एका क्ष-किरण वेधशाळेला त्यांचे नाव आहे

सुब्रह्मण्यन चंद्रशेखर ३१ जुलै १९३० रोजी, वयाच्या १९ व्या वर्षी, भारत सरकारच्या शिष्यवृत्तीवर केंब्रिजमध्ये शिकण्यासाठी मुंबईहून निघाले, आणि प्रवासात त्यांनी एक गणित पूर्ण केले ज्याने श्वेत बटू ताऱ्यांच्या वस्तुमानाला कमाल मर्यादा घातली. ती मर्यादा आता चंद्रशेखर मर्यादा म्हणून ओळखली जाते, सूर्याच्या वस्तुमानाच्या सुमारे १.४ पट. १९८३ च्या भौतिकशास्त्राच्या नोबेल पारितोषिकाचा एक वाटा त्यांना मिळाला, आणि १९९९ मध्ये सोडलेल्या नासाच्या प्रमुख क्ष-किरण दुर्बिणीला त्यांच्या सन्मानार्थ चंद्रा क्ष-किरण वेधशाळा म्हणतात.

सोमरफेल्ड वाचणारा मद्रासचा विद्यार्थी

१९१० मध्ये तत्कालीन ब्रिटिश भारतातील लाहोर येथे जन्मलेले ते दहा अपत्यांपैकी तिसरे आणि सर्वांत मोठे पुत्र होते. त्यांचे वडील चंद्रशेखर सुब्रह्मण्य अय्यर भारतीय लेखापरीक्षण व लेखा विभागात काम करत, आणि आई सीता यांनी इब्सेनच्या अ डॉल्स हाउसचे तमिळमध्ये भाषांतर केले. कुटुंब १९१८ मध्ये मद्रासमध्ये स्थायिक झाले.

१९२५ पासून प्रेसिडेन्सी कॉलेजात शिकून त्यांनी जून १९३० मध्ये भौतिकशास्त्रात ऑनर्स पदवी घेतली. शिकागो विद्यापीठातील सहकारी युजीन पार्कर नॅशनल अकादमी ऑफ सायन्सेसच्या स्मृतिलेखात लिहितात की चंद्रशेखर यांनी भौतिकशास्त्र निवडले ते त्यांना नागरी सेवेत पाठवू इच्छिणाऱ्या वडिलांशी केलेली तडजोड म्हणून, आणि रामानुजन यांच्यापासून त्यांना प्रेरणा मिळाली. दरम्यान त्यांचे काका सी. व्ही. रमण यांना १९३० मध्येच, म्हणजे चंद्रशेखर निघाले त्याच वर्षी, भौतिकशास्त्राचे नोबेल पारितोषिक मिळाले.

१९२८ च्या शरद ऋतूत आर्नोल्ड सोमरफेल्ड यांनी कॉलेजात व्याख्यान दिले, तेव्हा त्या विद्यार्थ्याने त्यांच्याकडून शिकले की नव्या क्वांटम सांख्यिकीने जुन्या सांख्यिकीची जागा घेतली आहे. त्यानंतर कॉम्प्टन प्रकीर्णनावर एक शोधनिबंध आला, जो जानेवारी १९२९ मध्ये केंब्रिजच्या आर. एच. फाउलर यांना पाठवला गेला आणि फाउलर यांनी तो रॉयल सोसायटीकडे दिला. मेघनाद साहा यांनी त्या तरुण लेखकाला चर्चेसाठी अलाहाबादला बोलावले, असे पार्कर सांगतात. १९३० च्या सुरुवातीला भारत सरकारने इंग्लंडमधील तीन वर्षांची शिष्यवृत्ती देऊ केली, आणि चंद्रशेखर यांनी फाउलर यांच्या हाताखाली काम करण्याची विनंती केली.

जहाजावरचे गणित

पार्कर यांच्या म्हणण्यानुसार जहाज ३१ जुलै १९३० रोजी मुंबईहून व्हेनिसला निघाले, आणि चंद्रशेखर पुढे रेल्वेने १९ ऑगस्ट रोजी लंडनला पोहोचले. फ्रीमन डायसन जहाजाचे नाव पिल्सना, लॉइड ट्रिएस्टिनोचे एक वाफेचे जहाज, असे सांगतात.

१९२६ मध्ये फाउलर यांनी नव्या सांख्यिकीचा वापर करून श्वेत बटू तारे समजावले होते. हे सूर्यासारख्या ताऱ्यांचे दाट, विझत जाणारे अवशेष असतात, प्रत्येकात सुमारे सूर्याएवढे वस्तुमान पृथ्वीएवढ्या गोळ्यात ठासलेले. त्यांच्या आत इलेक्ट्रॉन इतके जवळ दाबले जातात की क्वांटम नियम त्यांना त्याहून घट्ट बसू देत नाहीत, आणि तो प्रतिरोध ताऱ्याला त्याच्याच गुरुत्वाकर्षणापासून तारून धरतो. इलेक्ट्रॉन संथ गतीने फिरतात असे फाउलर यांनी गृहीत धरले होते. चंद्रशेखर यांनी तेच गणित इलेक्ट्रॉन आइन्स्टाइनच्या विशेष सापेक्षतावादाला अनुसरतात असे धरून पुन्हा केले, कारण एवढ्या घनतेला ते प्रकाशाच्या गतीच्या जवळपास फिरतात.

त्यामुळे तारा आकुंचन पावतो तेव्हा दाब कसा प्रतिसाद देतो ते बदलते. पार्कर यांच्या स्पष्टीकरणात सापेक्षतावादी वायू ४/३ हा घातांक पाळतो, तर फाउलर यांच्या वायूचा घातांक ५/३ होता, आणि ४/३ असताना ताऱ्याला तारून धरणारा दाब तारा आकुंचन पावताना गुरुत्वाकर्षणापेक्षा जास्त वेगाने वाढत नाही. एका ठराविक वस्तुमानापलीकडे कोसळणे थांबवणारे काहीच उरत नाही. डायसन लिहितात की त्या विद्यार्थ्याने इंग्लंडला पोहोचण्यापूर्वीच गणित पूर्ण केले होते आणि निष्कर्षाबद्दल त्याला कधी शंका नव्हती.

त्यातून तयार झालेली टिपणी ॲस्ट्रोफिजिकल जर्नलमध्ये केंब्रिजच्या ट्रिनिटी कॉलेजातून १२ नोव्हेंबर १९३० रोजी सही केलेली असून १९३१ मध्ये खंड ७४ मध्ये प्रसिद्ध झाली. त्यात पूर्णपणे आयनीकृत पदार्थासाठी २.५ हे आण्विक वजन धरून आदर्श श्वेत बटू ताऱ्याचे कमाल वस्तुमान सूर्याच्या ०.९१ इतके दिले होते, आणि त्याची तुलना एकसमान घनतेचा तारा गृहीत धरणाऱ्या ई. सी. स्टोनर यांच्या आधीच्या अंदाजाशी केली होती. नोबेल फाउंडेशन १९३१ मध्ये मंथली नोटिसेस ऑफ द रॉयल ॲस्ट्रॉनॉमिकल सोसायटीमध्ये आलेला दुसरा शोधनिबंध, “द हायली कोलॅप्स्ड कॉन्फिगरेशन्स ऑफ अ स्टेलर मास”, नोंदवते. डायसन लिहितात की फाउलर मैत्रीपूर्ण पण अविश्वासू होते, म्हणून चंद्रशेखर यांनी त्यांच्या संमतीची वाट न पाहता लघु आवृत्ती अमेरिकन नियतकालिकाला पाठवली.

केंब्रिज, जानेवारी १९३५

१९३३ च्या उन्हाळ्यात पीएच.डी. मिळाली, आणि त्याच वर्षीच्या ऑक्टोबरपासून १९३७ पर्यंत ट्रिनिटी कॉलेजची प्राइज फेलोशिप. १९३४ मध्ये सोव्हिएत युनियनमध्ये एक महिना राहिल्यानंतर, जिथे खगोलशास्त्रज्ञ व्हिक्टर अंबार्त्सुमियन यांनी त्यांना प्रश्न काटेकोरपणे सोडवण्याचा आग्रह केला, त्यांनी हातातल्या गणकयंत्रावर संपूर्ण संख्यात्मक उत्तर तयार केले आणि १९३४ च्या अखेरीस ते पूर्ण केले, असे पार्कर सांगतात.

रॉयल ॲस्ट्रॉनॉमिकल सोसायटीच्या जानेवारी १९३५ च्या लंडनमधील सभेत त्यांनी ते मांडले. शरद ऋतूत त्यांच्या खोलीत येऊन जाणाऱ्या एडिंग्टन यांनी सोसायटीच्या सचिवाला हा शोधनिबंध नेहमीपेक्षा दुप्पट वेळ देण्यास सांगितले आणि त्यानंतर लगेच “रिलेटिव्हिस्टिक डिजनरसी” या शीर्षकाखाली बोलण्याची व्यवस्था केली. पार्कर, चंद्रशेखर यांच्यावरील विल्यम मॅक्क्रे यांच्या मृत्युलेखाचा हवाला देत, सांगतात की एडिंग्टन यांनी सुरुवात सापेक्षतावादी इलेक्ट्रॉन वायूसाठी गणित बरोबर आहे हे मान्य करून केली, मग तारे तसे वागत नाहीत असा युक्तिवाद केला आणि निकालावरून सिद्धांतच चुकीचा ठरतो असे म्हटले. मॅकट्युटर त्यांना असे म्हणताना उद्धृत करते की तारा असा हास्यास्पद वागू नये यासाठी “निसर्गाचा एखादा नियम” असायला हवा.

चंद्रशेखर यांच्या पिढीतील पाउली, डिरॅक आणि इतर भौतिकशास्त्रज्ञांना एडिंग्टन यांचे दावे निरर्थक वाटत, असे पार्कर लिहितात. मॅकट्युटर जोडते की नील्स बोर यांचे वर्तुळ आणि पाउली चंद्रशेखर यांच्या शोधनिबंधांशी सहमत होते, पण आपण खूप व्यग्र आहोत असे सांगून त्यांनी वादात उतरण्यास नकार दिला. जुलै १९३५ मध्ये पॅरिसमध्ये झालेल्या आंतरराष्ट्रीय खगोलशास्त्र संघाच्या सभेत एडिंग्टन या विषयावर तासभर बोलले. चंद्रशेखर यांनी १९७७ च्या मुलाखतीत आठवण सांगितली की त्यांनी अध्यक्ष हेन्री नॉरिस रसेल यांच्याकडे उत्तर देण्याची संधी मागितली आणि त्यांना नकार मिळाला.

मान्यता हळूहळू आली. १९३९ मध्ये जे. रॉबर्ट ऑपेनहायमर आणि हार्टलँड स्नायडर यांनी मान्य केले की मर्यादेपलीकडचा थंड तारा कोणत्याही स्थिर अवस्थेत राहू शकत नाही, आणि पुढे काय होते ते सामान्य सापेक्षतावादाने मांडले: तारा अविरत आत कोसळतो, ज्याला डायसन कृष्णविवर म्हणतात. शिकागो विद्यापीठ ग्रंथालयाच्या संग्रहसूचीनुसार, मर्यादेला झालेल्या विरोधानंतर २० हून अधिक वर्षे उलटेपर्यंत ती पूर्णपणे स्वीकारली गेली नाही. चंद्रशेखर यांनी १९३९ मध्ये आपला सिद्धांत एका पाठ्यपुस्तकात मांडला आणि ते इतर विषयांकडे वळले. आपल्या शेवटच्या मुलाखतींपैकी एकात, शिकागो विद्यापीठाचे नियतकालिक नोंदवते, त्यांनी म्हटले की एडिंग्टन यांच्या स्तुतीमुळे मिळालेल्या लवकरच्या प्रसिद्धीने विज्ञान करत राहण्याची प्रेरणा गमावली असती.

शिकागो, आणि एकापाठोपाठ सात क्षेत्रे

१९३६ च्या सुरुवातीला हार्वर्डला भेट दिली असताना ओटो स्ट्रुव्ह आणि शिकागो विद्यापीठाचे अध्यक्ष रॉबर्ट मेनार्ड हचिन्स यांनी चंद्रशेखर यांना पद देऊ केले. ते जानेवारी १९३७ मध्ये प्राध्यापकवर्गात सामील झाले. सप्टेंबर १९३६ मध्ये त्यांनी प्रेसिडेन्सी कॉलेजातील वर्गमैत्रीण ललिता दोरैस्वामी यांच्याशी भारतात विवाह केला होता. १९५३ मध्ये हे दांपत्य अमेरिकेचे नागरिक झाले.

नोबेल फाउंडेशनच्या चरित्रात त्यांच्या कारकिर्दीचे सात कालखंड आहेत, प्रत्येक एका पुस्तकाने संपणारा: श्वेत बटू ताऱ्यांसह ताऱ्यांची रचना (१९२९ ते १९३९), तारकीय गतिशास्त्र (१९३८ ते १९४३), प्रारण स्थानांतरण (१९४३ ते १९५०), द्रवगतिकीय आणि द्रवचुंबकीय स्थैर्य (१९५२ ते १९६१), समतोलातील दीर्घगोलाभ आकार (१९६१ ते १९६८), सामान्य सापेक्षतावाद (१९६२ ते १९७१) आणि कृष्णविवरांचा गणिती सिद्धांत (१९७४ ते १९८३). १९५२ ते १९७१ पर्यंत त्यांनी ॲस्ट्रोफिजिकल जर्नलचे संपादन केले, आणि त्यांनी किमान ४६ डॉक्टरेट विद्यार्थ्यांचे मार्गदर्शन केले.

१९३८ मधील एक प्रसंग पार्कर यांच्या स्मृतिलेखात आहे. भौतिक विज्ञान विभागाच्या अधिष्ठात्यांनी विद्यापीठ परिसरातील खगोलशास्त्र अभ्यासक्रमातील चंद्रशेखर यांचा सहभाग नाकारला, स्पष्टपणे त्वचेच्या रंगाच्या कारणावरून. हचिन्स यांनी त्यांचा निर्णय उलटवला: “अवश्य, श्री. चंद्रशेखर यांनाच शिकवू द्या.”

१९८३ चे नोबेल पारितोषिक

रॉयल स्वीडिश ॲकॅडमी ऑफ सायन्सेसने १९ ऑक्टोबर १९८३ रोजी १९८३ चे भौतिकशास्त्र पारितोषिक जाहीर केले. अर्धा वाटा चंद्रशेखर यांना मिळाला “ताऱ्यांची रचना आणि उत्क्रांती यांच्यासाठी महत्त्वाच्या भौतिक प्रक्रियांच्या सैद्धांतिक अभ्यासासाठी”. उरलेला अर्धा वाटा कॅल्टेकचे विल्यम ए. फाउलर यांना मिळाला, जे चंद्रशेखर यांचे केंब्रिजमधील मार्गदर्शक आर. एच. फाउलर यांच्यापेक्षा वेगळे भौतिकशास्त्रज्ञ आहेत, रासायनिक मूलद्रव्ये तयार करणाऱ्या अणुप्रक्रियांवरील कामासाठी. त्याचे पत्रक विशीत केलेला त्यांचा श्वेत बटू ताऱ्यांच्या रचनेचा अभ्यास हे कदाचित त्यांचे सर्वांत प्रसिद्ध यश असे म्हणते.

त्यांचे नोबेल व्याख्यान ८ डिसेंबर १९८३ रोजी झाले. पार्कर नोंदवतात की पारितोषिक पन्नास वर्षांपूर्वीच्या कामाचा गौरव करत होते, आणि चंद्रशेखर यांचे प्रारण स्थानांतरण, तारकीय गतिशास्त्र, प्लाझ्मा, द्रवांचे स्थैर्य आणि गुरुत्वाकर्षण यांवरचे नंतरचे काम मिळून वस्तुमान मर्यादेपेक्षा मोठे योगदान ठरले.

इतर सन्मानांमध्ये १९४४ मध्ये रॉयल सोसायटीची निवड, १९५२ चे ब्रूस पदक, १९५३ चे रॉयल ॲस्ट्रॉनॉमिकल सोसायटीचे सुवर्णपदक आणि अमेरिकेचे राष्ट्रीय विज्ञान पदक यांचा समावेश आहे. शिकागो विद्यापीठ ग्रंथालयाची संग्रहसूची त्यांत भारताचे पद्मविभूषण नमूद करते, आणि शिकागो विद्यापीठाचे नियतकालिक २० सन्माननीय पदव्या आणि २१ विद्वत्संस्थांचे सदस्यत्व मोजते. न्यूटन्स प्रिन्किपिया फॉर द कॉमन रीडर, त्यांचे शेवटचे पुस्तक, १९९५ मध्ये प्रसिद्ध झाले. चंद्रशेखर यांचे निधन शिकागो येथे २१ ऑगस्ट १९९५ रोजी झाले.

आज मर्यादा काय स्पष्ट करते

नोबेल व्याख्यानात चंद्रशेखर यांनी नोंदवले की ज्यांच्या वस्तुमानाचे विश्वसनीय अंदाज आहेत ते पल्सार सातत्याने १.४ सौर वस्तुमानाच्या जवळ आहेत. तोच आकडा टाइप Ia सुपरनोव्हा नावाच्या स्फोटक ताऱ्यांमध्ये दिसतो, ज्यांचे वर्णन नासाचे हेसार्क (HEASARC) मर्यादेपलीकडे ढकलल्या गेलेल्या श्वेत बटू ताऱ्याचा मृत्यू असे करते. त्यामुळे ते अंतर ठरवण्यासाठी भरवशाचे प्रमाण दिवे ठरतात, म्हणजे ज्ञात तेजाचे दिवे.

२०११ मध्ये भौतिकशास्त्राचे नोबेल पारितोषिक साउल पर्लमटर, ब्रायन श्मिट आणि ॲडम रीस यांना दूरच्या सुपरनोव्हांवरून विश्वाचा विस्तार वेग घेत असल्याच्या शोधासाठी मिळाले, आणि नोबेल फाउंडेशन सांगते की दोन्ही गटांनी टाइप Ia सुपरनोव्हांचा वापर केला. लॉरेन्स बर्कले नॅशनल लॅबोरेटरीने वर्णन केलेल्या २०१४ च्या विश्लेषणात आढळले की असे बहुतेक श्वेत बटू मर्यादेच्या जवळ किंवा थोडे खाली आहेत, सुमारे एक टक्का मर्यादेच्या वर, म्हणजे प्रत्येक जण स्फोटापर्यंत कसा पोहोचतो यावर अजून काम सुरू आहे.

कृष्णविवरे, त्यांच्या १९८३ च्या द मॅथेमॅटिकल थिअरी ऑफ ब्लॅक होल्स या पुस्तकाचा विषय, आता शोधली जातात आणि त्यांची छायाचित्रे घेतली जातात. शिकागो विद्यापीठाचे नियतकालिक २०१५ मध्ये लायगोने केलेल्या गुरुत्वीय लहरींच्या शोधाकडे (शोधयंत्रे टक्कर कशी ऐकतात) आणि इव्हेंट हॉरिझन टेलिस्कोपने प्रसिद्ध केलेल्या छायाचित्रांकडे (कृष्णविवराचे पहिले छायाचित्र) निर्देश करते.

चंद्रा नावाची दुर्बीण

नासाने आपल्या ॲडव्हान्स्ड एक्स-रे ॲस्ट्रोफिजिक्स फॅसिलिटीला २१ डिसेंबर १९९८ रोजी चंद्रा क्ष-किरण वेधशाळा असे नाव दिले. ५० अमेरिकन राज्ये आणि ६१ देशांतून ६,००० हून अधिक प्रवेशिका आलेल्या सार्वजनिक स्पर्धेतून हे नाव निघाले. नासाच्या पत्रकात म्हटले आहे की ते जगाला चंद्रा या नावाने ओळखले जात, आणि त्या शब्दाचा संस्कृत अर्थ “चंद्र” किंवा “तेजस्वी” असा दिला आहे. ब्रिटनचे ॲस्ट्रॉनॉमर रॉयल (राजकीय खगोलशास्त्रज्ञ) मार्टिन रीस म्हणाले की चंद्रशेखर यांनी “आइन्स्टाइननंतर कदाचित कोणाहूनही अधिक काळ आणि अधिक खोलवर आपल्या विश्वाचा विचार केला होता”.

कोलंबिया या स्पेस शटलने वेधशाळा २३ जुलै १९९९ रोजी कक्षेत नेली. चार एकात एक बसवलेले आरसे ९.२ मीटर लांबीच्या ऑप्टिकल बेंचच्या टोकाला असलेल्या शोधकांवर क्ष-किरण केंद्रित करतात, आणि तिची कक्षा तिला पृथ्वीपासून १,३९,००० किलोमीटरपर्यंत नेते, क्ष-किरण अडवणाऱ्या वातावरणाच्या वर. कामकाज मॅसेच्युसेट्समधील केंब्रिज येथील स्मिथसोनियन ॲस्ट्रोफिजिकल ऑब्झर्व्हेटरीतून चालते.

स्रोत आणि इतिहासकार जेथे वेगळे सांगतात

आधी जन्मतारीख: नोबेल फाउंडेशन आणि शिकागो विद्यापीठ ग्रंथालय १९ ऑक्टोबर १९१० देतात, आणि पार्कर यांचा स्मृतिलेख १३ ऑक्टोबर सांगतो.

ताऱ्यात कोणता पदार्थ आहे यावर मर्यादेची किंमत ठरते. १९३१ च्या शोधनिबंधाने २.५ च्या आण्विक वजनावर ०.९१ सौर वस्तुमान दिले. मॅकट्युटर म्हणते की वजन २.० असे सुधारल्यानंतर आकडा १.४४ झाला. डायसन ज्यांनी आपले सर्व हायड्रोजन जाळले आहे अशा ताऱ्यांसाठी सुमारे १.५ देतात, आणि नोबेल व्याख्यान तसेच नासा दोन्ही सुमारे १.४ वापरतात.

१९३५ नंतरच्या घटनाक्रमाचा इतिहासकार वेगवेगळा अर्थ लावतात. आर्थर मिलर आपल्या २००५ च्या एम्पायर ऑफ द स्टार्स या पुस्तकात म्हणतात की चंद्रशेखर त्या भेटीतून कधीच सावरले नाहीत. १९९१ चे चरित्र लिहिणारे कमेश्वर वाली यांनी २००६ मध्ये फिजिक्स टुडेमध्ये उत्तर दिले की मिलर यांचे शोधाचे वर्णन अतिरंजित आणि चुकीचे आहे, आणि चंद्रशेखर यांना आपले भौतिकशास्त्र बरोबर असल्याची मान्यता मिळवण्यासाठी झगडावे लागले नाही. त्याच अंकात भारतीय खगोलभौतिकी संस्थेचे डी. सी. व्ही. मल्लिक यांनी चंद्रशेखर यांनी २० मार्च १९३५ रोजी, सभेच्या दोन महिन्यांनंतर, लिहिलेले एक पत्र उद्धृत केले, ज्यात त्यांनी केंब्रिजमध्ये आपल्या कामासाठी “अत्यंत सहानुभूती आणि प्रोत्साहन” मिळाल्याचे म्हटले होते.

नासाचे १९९८ चे पत्रक म्हणते की चंद्रशेखर आणि त्यांची पत्नी १९३५ मध्ये अमेरिकेत स्थलांतरित झाले. पार्कर आणि नोबेल फाउंडेशन त्यांचे शिकागोतील आगमन १९३६ च्या अखेरीस किंवा जानेवारी १९३७ मध्ये सांगतात.