स्टेलर स्ट्रीम को 'डायनामिकली कोल्ड' (गतिशील रूप से ठंडी) संरचना माना जाता है। इसका पतला और सीधा आकार डार्क मैटर के छोटे-छोटे उप-समूहों (सबहेलोज़) के गुरुत्वाकर्षण प्रभाव के प्रति बहुत संवेदनशील होता है । इस स्ट्रीम के आकार का मॉडल बनाकर, शोधकर्ता उस मेज़बान आकाशगंगा के डार्क मैटर हैलो (हैलो) की संरचना और उसके ढेलेदारपन का अंदाजा लगा सकते हैं, जो पहले लोकल ग्रुप (हमारी पड़ोसी आकाशगंगाओं के समूह) से बाहर संभव नहीं था ।

कैसे मिली यह स्ट्रीम? — हबल के पुराने डेटा से खोज

यह स्ट्रीम हबल स्पेस टेलीस्कोप के 'एडवांस्ड कैमरा फॉर सर्वे' (ACS) से ली गई पुरानी तस्वीरों में छिपी हुई थी। ये तस्वीरें मूल रूप से किसी और शोध के लिए ली गई थीं । शोध दल ने UGC 9050-Dw1 आकाशगंगा के आसपास गड़बड़ी (डिस्टर्बेंस) के संकेतों की तलाश में इन आर्काइवल डेटा को खंगाला। यह आकाशगंगा पहले से ही अपने असामान्य रूप से बड़ी संख्या में गोलाकार क्लस्टर (लगभग 52 ± 12) और पिछली टक्करों से बने एक ज्वारीय प्ल्यूम (टाइडल प्ल्यूम) के लिए जानी जाती थी । टीम ने देखा कि आकाशगंगा के एक गोलाकार क्लस्टर से एक पतली, लंबी तारकीय संरचना निकल रही है, जो बिल्कुल एक ज्वारीय स्ट्रीम (टाइडल स्ट्रीम) की तरह दिख रही थी । नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी की खगोलभौतिकीविद् कैथरीन फील्डर भी इस आकाशगंगा के गोलाकार क्लस्टरों के बारे में पिछले अध्ययन का हिस्सा थीं ।

गौरतलब है कि UGC 9050-Dw1 एक अल्ट्रा-डिफ्यूज़ गैलेक्सी (UDG) है, यानी ऐसी आकाशगंगा जिसकी सतह बहुत धुंधली होती है। इसमें गोलाकार क्लस्टरों की संख्या बहुत अधिक है — इस आकाशगंगा की कुल रोशनी का लगभग 20% हिस्सा इन्हीं घने तारा समूहों से आता है ।

स्टेलर स्ट्रीम डार्क मैटर का पता कैसे लगाती हैं?

एक स्टेलर स्ट्रीम का आकार — उसकी चौड़ाई, घुमाव, और उसमें मौजूद कोई भी अंतराल या टेढ़ापन — सीधे तौर पर उस गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के बारे में जानकारी देता है जिससे वह गुज़र रही है । अगर डार्क मैटर 'कोल्ड डार्क मैटर' (CDM) जैसा है और उसमें छोटे-छोटे ढेले (क्लंप्स) हैं, तो स्ट्रीम कई कम द्रव्यमान वाले सबहेलोज़ से प्रभावित होकर उसमें अंतराल और मोड़ आ जाएंगे। अगर डार्क मैटर 'वॉर्म' या किसी और प्रकार का है, तो सबहेलोज़ की संख्या अलग होगी और स्ट्रीम का आकार भी अलग बनेगा। UGC 9050-Dw1 में मिली स्ट्रीम के मॉडल बनाकर, टीम ने डार्क मैटर के विभिन्न सिद्धांतों का परीक्षण उन दूरियों पर करना शुरू कर दिया है जो पहले असंभव थीं ।

शोधकर्ताओं ने 'X-Stream' नामक एक जनरेटिव मॉडलिंग तकनीक का उपयोग करके स्ट्रीम के आकार के साथ डायनेमिकल मॉडल को फिट किया और गोलाकार क्लस्टर के द्रव्यमान का पता लगाया। यह किसी अल्ट्रा-डिफ्यूज़ गैलेक्सी के लिए स्ट्रीम-आधारित हैलो (हैलो) बाधा (कंस्ट्रेंट) प्रस्तुत करने वाला पहला अध्ययन है । यह कार्य बताता है कि UGC 9050-Dw1 के पास कुछ विशिष्ट संरचनात्मक गुणों वाला एक डार्क मैटर हैलो है ।

आने वाली क्रांति: रोमन, यूक्लिड और रुबिन ऑब्ज़र्वेटरी

शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि यह खोज सिर्फ शुरुआत है। आने वाले मिशन इस खोज को नाटकीय रूप से विस्तार देंगे:

• नैंसी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप (NASA): अपने 200-मेगापिक्सल के विस्तृत क्षेत्र वाले कैमरे से, रोमन एक ही शॉट में पूरे पड़ोसी आकाशगंगाओं का सर्वे कर सकेगा। यह उन पतली स्टेलर स्ट्रीम को भी देख सकेगा जिन्हें देखने के लिए हबल को सैकड़ों तस्वीरें लेनी पड़तीं । रोमन को विशेष रूप से स्टेलर स्ट्रीम का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और अनुमान है कि यह बाहरी आकाशगंगाओं में दर्जनों गोलाकार क्लस्टर स्ट्रीम खोजेगा । NASA के एक लेख के अनुसार, रोमन "मिल्की वे से परे पतली स्टेलर स्ट्रीम खोजने के लिए एक उत्कृष्ट उपकरण साबित होगा" ।
• यूक्लिड (ESA): इसका विस्तृत ऑप्टिकल और नियर-इन्फ्रारेड सर्वे आकाश के बड़े हिस्से में एक्स्ट्रागैलेक्टिक ज्वारीय विशेषताओं का नक्शा तैयार करेगा, जो रोमन के गहरे अवलोकनों का पूरक होगा ।
• वेरा सी. रुबिन ऑब्ज़र्वेटरी (LSST): सिमुलेशन बताते हैं कि अकेला LSST मिल्की वे से बाहर 40-100 गोलाकार क्लस्टर स्ट्रीम में 1,000 या उससे अधिक तारों का अवलोकन कर सकेगा ।

यूरोपीय रिसर्च काउंसिल (ERC) द्वारा वित्तपोषित BeyondSTREAMS और EXTRADARK जैसी परियोजनाएं पहले से ही इन सुविधाओं से आने वाले स्ट्रीम डेटा के ढेर की व्याख्या करने के लिए सैद्धांतिक ढांचा तैयार कर रही हैं ।

एक साथ, ये वेधशालाएं ज्ञात एक्स्ट्रागैलेक्टिक स्ट्रीम की मौजूदा संख्या को एक बड़े सांख्यिकीय नमूने में बदल देंगी, जिससे आकाशगंगाओं के प्रकारों और वातावरणों की एक विस्तृत श्रृंखला में सटीक डार्क मैटर माप संभव हो सकेगा ।

स्टेलर स्ट्रीम को 'डायनामिकली कोल्ड' (गतिशील रूप से ठंडी) संरचना माना जाता है। इसका पतला और सीधा आकार डार्क मैटर के छोटे-छोटे उप-समूहों (सबहेलोज़) के गुरुत्वाकर्षण प्रभाव के प्रति बहुत संवेदनशील होता है । इस स्ट्रीम के आकार का मॉडल बनाकर, शोधकर्ता उस मेज़बान आकाशगंगा के डार्क मैटर हैलो (हैलो) की संरचना और उसके ढेलेदारपन का अंदाजा लगा सकते हैं, जो पहले लोकल ग्रुप (हमारी पड़ोसी आकाशगंगाओं के समूह) से बाहर संभव नहीं था ।

कैसे मिली यह स्ट्रीम? — हबल के पुराने डेटा से खोज

यह स्ट्रीम हबल स्पेस टेलीस्कोप के 'एडवांस्ड कैमरा फॉर सर्वे' (ACS) से ली गई पुरानी तस्वीरों में छिपी हुई थी। ये तस्वीरें मूल रूप से किसी और शोध के लिए ली गई थीं । शोध दल ने UGC 9050-Dw1 आकाशगंगा के आसपास गड़बड़ी (डिस्टर्बेंस) के संकेतों की तलाश में इन आर्काइवल डेटा को खंगाला। यह आकाशगंगा पहले से ही अपने असामान्य रूप से बड़ी संख्या में गोलाकार क्लस्टर (लगभग 52 ± 12) और पिछली टक्करों से बने एक ज्वारीय प्ल्यूम (टाइडल प्ल्यूम) के लिए जानी जाती थी । टीम ने देखा कि आकाशगंगा के एक गोलाकार क्लस्टर से एक पतली, लंबी तारकीय संरचना निकल रही है, जो बिल्कुल एक ज्वारीय स्ट्रीम (टाइडल स्ट्रीम) की तरह दिख रही थी । नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी की खगोलभौतिकीविद् कैथरीन फील्डर भी इस आकाशगंगा के गोलाकार क्लस्टरों के बारे में पिछले अध्ययन का हिस्सा थीं ।

गौरतलब है कि UGC 9050-Dw1 एक अल्ट्रा-डिफ्यूज़ गैलेक्सी (UDG) है, यानी ऐसी आकाशगंगा जिसकी सतह बहुत धुंधली होती है। इसमें गोलाकार क्लस्टरों की संख्या बहुत अधिक है — इस आकाशगंगा की कुल रोशनी का लगभग 20% हिस्सा इन्हीं घने तारा समूहों से आता है ।

स्टेलर स्ट्रीम डार्क मैटर का पता कैसे लगाती हैं?

एक स्टेलर स्ट्रीम का आकार — उसकी चौड़ाई, घुमाव, और उसमें मौजूद कोई भी अंतराल या टेढ़ापन — सीधे तौर पर उस गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के बारे में जानकारी देता है जिससे वह गुज़र रही है । अगर डार्क मैटर 'कोल्ड डार्क मैटर' (CDM) जैसा है और उसमें छोटे-छोटे ढेले (क्लंप्स) हैं, तो स्ट्रीम कई कम द्रव्यमान वाले सबहेलोज़ से प्रभावित होकर उसमें अंतराल और मोड़ आ जाएंगे। अगर डार्क मैटर 'वॉर्म' या किसी और प्रकार का है, तो सबहेलोज़ की संख्या अलग होगी और स्ट्रीम का आकार भी अलग बनेगा। UGC 9050-Dw1 में मिली स्ट्रीम के मॉडल बनाकर, टीम ने डार्क मैटर के विभिन्न सिद्धांतों का परीक्षण उन दूरियों पर करना शुरू कर दिया है जो पहले असंभव थीं ।

शोधकर्ताओं ने 'X-Stream' नामक एक जनरेटिव मॉडलिंग तकनीक का उपयोग करके स्ट्रीम के आकार के साथ डायनेमिकल मॉडल को फिट किया और गोलाकार क्लस्टर के द्रव्यमान का पता लगाया। यह किसी अल्ट्रा-डिफ्यूज़ गैलेक्सी के लिए स्ट्रीम-आधारित हैलो (हैलो) बाधा (कंस्ट्रेंट) प्रस्तुत करने वाला पहला अध्ययन है । यह कार्य बताता है कि UGC 9050-Dw1 के पास कुछ विशिष्ट संरचनात्मक गुणों वाला एक डार्क मैटर हैलो है ।

आने वाली क्रांति: रोमन, यूक्लिड और रुबिन ऑब्ज़र्वेटरी

शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि यह खोज सिर्फ शुरुआत है। आने वाले मिशन इस खोज को नाटकीय रूप से विस्तार देंगे:

• नैंसी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप (NASA): अपने 200-मेगापिक्सल के विस्तृत क्षेत्र वाले कैमरे से, रोमन एक ही शॉट में पूरे पड़ोसी आकाशगंगाओं का सर्वे कर सकेगा। यह उन पतली स्टेलर स्ट्रीम को भी देख सकेगा जिन्हें देखने के लिए हबल को सैकड़ों तस्वीरें लेनी पड़तीं । रोमन को विशेष रूप से स्टेलर स्ट्रीम का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और अनुमान है कि यह बाहरी आकाशगंगाओं में दर्जनों गोलाकार क्लस्टर स्ट्रीम खोजेगा । NASA के एक लेख के अनुसार, रोमन "मिल्की वे से परे पतली स्टेलर स्ट्रीम खोजने के लिए एक उत्कृष्ट उपकरण साबित होगा" ।
• यूक्लिड (ESA): इसका विस्तृत ऑप्टिकल और नियर-इन्फ्रारेड सर्वे आकाश के बड़े हिस्से में एक्स्ट्रागैलेक्टिक ज्वारीय विशेषताओं का नक्शा तैयार करेगा, जो रोमन के गहरे अवलोकनों का पूरक होगा ।
• वेरा सी. रुबिन ऑब्ज़र्वेटरी (LSST): सिमुलेशन बताते हैं कि अकेला LSST मिल्की वे से बाहर 40-100 गोलाकार क्लस्टर स्ट्रीम में 1,000 या उससे अधिक तारों का अवलोकन कर सकेगा ।

यूरोपीय रिसर्च काउंसिल (ERC) द्वारा वित्तपोषित BeyondSTREAMS और EXTRADARK जैसी परियोजनाएं पहले से ही इन सुविधाओं से आने वाले स्ट्रीम डेटा के ढेर की व्याख्या करने के लिए सैद्धांतिक ढांचा तैयार कर रही हैं ।

एक साथ, ये वेधशालाएं ज्ञात एक्स्ट्रागैलेक्टिक स्ट्रीम की मौजूदा संख्या को एक बड़े सांख्यिकीय नमूने में बदल देंगी, जिससे आकाशगंगाओं के प्रकारों और वातावरणों की एक विस्तृत श्रृंखला में सटीक डार्क मैटर माप संभव हो सकेगा ।