तारों की धारा डार्क मैटर कैसे दिखाती है?

खगोलविद धारा की वक्रता, चौड़ाई, चमक और तारों के फैलाव का मॉडल बनाते हैं। ये सभी गुण धारा की कक्षा और उस गुरुत्वीय क्षेत्र पर निर्भर करते हैं, जिसमें वह घूम रही है। अल्ट्रा-डिफ्यूज आकाशगंगाओं में दिखाई देने वाले तारे बहुत कम और बेहद धुंधले होते हैं। ऐसे में तारों की धारा आकाशगंगा के कुल द्रव्यमान—जिसमें डार्क-मैटर प्रभामंडल भी शामिल है—पर अतिरिक्त जानकारी दे सकती है।

इस संरचना को देखना आसान नहीं था। हबल की गहरी और उच्च-रिजॉल्यूशन वाली तस्वीरों ने आकाशगंगा की फैली हुई रोशनी तथा पृष्ठभूमि की असंबंधित वस्तुओं से इस संगत, चाप जैसी तारकीय अधिकता को अलग करने में मदद की। UGC 9050-Dw1 की कम सतही चमक ने एक अर्थ में धारा को तेज रोशनी से ढकने से बचाया। लेकिन यही धुंधलापन अवलोकन को कठिन भी बनाता है और इसकी व्याख्या में अनिश्चितता बढ़ाता है।

यह अभी अंतिम प्रमाण क्यों नहीं है?

मौजूदा साक्ष्य ग्लोब्युलर-क्लस्टर से निकली तारों की धारा वाली व्याख्या का समर्थन करते हैं, लेकिन इसकी पूरी लंबाई, प्रस्तावित मूल क्लस्टर से संबद्धता और कक्षा की पुष्टि के लिए और अवलोकन जरूरी हैं। अधिक गहरी तस्वीरें तथा तारों की गतियों के माप से आकाशगंगा के डार्क-मैटर प्रभामंडल पर लगाए गए अनुमान भी अधिक मजबूत हो सकते हैं।

इसलिए यह समझना जरूरी है कि यह डार्क मैटर की तस्वीर नहीं है। यह एक तरह का गुरुत्वीय प्रयोग है: वैज्ञानिक दिखाई देने वाले तारों की गति देखकर अदृश्य द्रव्यमान का अनुमान लगा रहे हैं।

2. 43.2 GeV की संभावित गामा-किरण रेखा

एक अलग अध्ययन में Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT) के सार्वजनिक रूप से उपलब्ध 15.5 वर्षों के आंकड़ों का विश्लेषण किया गया। शोधकर्ताओं ने 13 निकटवर्ती विशाल आकाशगंगा समूहों से आने वाली गामा-किरणों में एक संकरी विशेषता खोजी और करीब 43.2 GeV पर रेखा जैसी संरचना की सूचना दी। यह संकेत Virgo, Fornax और Ophiuchus समूहों पर ध्यान केंद्रित करने पर सबसे मजबूत था, जहां रिपोर्ट किया गया टेस्ट स्टैटिस्टिक लगभग 30 रहा।

सामान्य खगोलीय प्रक्रियाएं प्रायः ऊर्जा का एक विस्तृत गामा-किरण स्पेक्ट्रम बनाती हैं, इसलिए किसी एक ऊर्जा के आसपास केंद्रित संकरी रेखा असामान्य मानी जाएगी। यदि यह संकेत वास्तविक हो और डार्क-मैटर कणों के दो फोटॉन में विनाश से पैदा हुआ हो, तो यह करीब 43 GeV द्रव्यमान वाले कणों की ओर इशारा कर सकता है।

तर्क यह है कि जहां डार्क मैटर अधिक सघन होगा, वहां उसके कणों के आपस में विनष्ट होने की संभावना भी बढ़ सकती है। इससे उच्च-ऊर्जा फोटॉन का अतिरिक्त प्रवाह पैदा हो सकता है। इसलिए बार-बार दिखने वाली और सही स्थानिक पैटर्न वाली गामा-किरण रेखा कण के संभावित द्रव्यमान के साथ-साथ लक्षित प्रणालियों में डार्क मैटर के वितरण की जानकारी भी दे सकती है।

गामा-किरण परिणाम अभी प्रारंभिक क्यों है?

यह संकेत अभी स्थापित खोज नहीं है। इसका अर्थ चुने गए आकाशगंगा समूहों, पृष्ठभूमि के मॉडल, उपकरण संबंधी प्रभावों, सांख्यिकीय ट्रायल फैक्टर और इन समूहों के डार्क-मैटर प्रभामंडल व अनदेखे छोटे उप-प्रभामंडलों के बारे में मान्यताओं पर निर्भर करता है। इसी ऊर्जा के आसपास पहले के विश्लेषणों में भी संकेत मिले थे, लेकिन अलग-अलग अध्ययनों में इसकी मजबूती बदलती रही है।

सबसे महत्वपूर्ण कसौटी स्वतंत्र पुनरावृत्ति होगी। यदि अलग-अलग शोध दल अन्य आकाशगंगा समूहों में भी इसी ऊर्जा पर संकेत पाते हैं, वह डार्क मैटर से अपेक्षित स्थानिक वितरण दिखाता है और उपकरण संबंधी जांचों में कायम रहता है, तो इसकी विश्वसनीयता काफी बढ़ेगी।

मिल्की वे के केंद्र में ऐसी रेखा क्यों नहीं दिखी?

आकाशगंगा समूहों वाला परिणाम एक महत्वपूर्ण सवाल खड़ा करता है। यदि डार्क-मैटर कण इतनी मजबूती से फोटॉन में विनष्ट होते हैं कि आकाशगंगा समूहों में गामा-किरण रेखा दिखाई दे, तो मिल्की वे के घने केंद्रीय डार्क-मैटर प्रभामंडल से भी संबंधित संकेत की उम्मीद की जा सकती है।

लेकिन गैलेक्टिक सेंटर यानी मिल्की वे के केंद्र की मोनोक्रोमैटिक गामा-किरण रेखाओं की खोज में अब तक कोई वैश्विक रूप से महत्वपूर्ण रेखा नहीं मिली है। Fermi-LAT के 14 वर्षों के आंकड़ों के एक विश्लेषण में डार्क-मैटर विनाश की रेखा का प्रमाण नहीं, बल्कि उसकी सीमाएं दर्ज की गईं।

इस अंतर के कई संभावित कारण हो सकते हैं, लेकिन कोई भी अभी सिद्ध नहीं है। आकाशगंगा समूहों में बहुत से अनदेखे डार्क-मैटर उप-प्रभामंडल संकेत को बढ़ा सकते हैं। दूसरी संभावना यह है कि मिल्की वे के केंद्र में डार्क मैटर का वितरण उन मॉडलों से अलग हो, जिनके आधार पर भविष्यवाणी की गई थी। यह भी संभव है कि संकेत किसी अनमॉडल्ड पृष्ठभूमि, उपकरण संबंधी प्रभाव या महज सांख्यिकीय उतार-चढ़ाव का परिणाम हो।

मिल्की वे में समान रेखा का न मिलना अपने-आप में आकाशगंगा समूहों वाले परिणाम को खारिज नहीं करता। लेकिन इसका मतलब है कि डार्क-मैटर की कण-व्याख्या को एक साथ कई अवलोकनों के अनुरूप होना होगा।

भविष्य की दूरबीनें क्या जांच सकती हैं?

Roman कई तारकीय धाराओं की खोज कर सकता है

NASA का Nancy Grace Roman Space Telescope बड़े क्षेत्र को देखने की क्षमता और उच्च-रिजॉल्यूशन वाली इन्फ्रारेड इमेजिंग को एक साथ जोड़ेगा। इससे निकटवर्ती आकाशगंगाओं के आसपास मौजूद धुंधली तारकीय धाराओं को व्यवस्थित रूप से खोजना आसान हो सकता है। इन धाराओं में मौजूद खाली स्थान और छोटे व्यवधान यह बता सकते हैं कि डार्क मैटर समान रूप से फैला है या छोटे-छोटे गुच्छों में बंटा है।

एक बड़ा नमूना खास तौर पर उपयोगी होगा। अकेली धारा एक आकाशगंगा के बारे में जानकारी देती है, लेकिन अलग-अलग प्रकार और वातावरण वाली कई आकाशगंगाओं की धाराएं डार्क-मैटर प्रभामंडलों के बीच के अंतर को उजागर कर सकती हैं।

गामा-किरण मिशन इस संकेत की स्वतंत्र जांच कर सकते हैं

भविष्य के गामा-किरण अवलोकन यह जांच सकते हैं कि 43 GeV के आसपास की विशेषता अलग-अलग आकाशगंगा समूहों में दोहरती है या नहीं, उसका स्थानिक वितरण डार्क मैटर की अपेक्षा से मेल खाता है या नहीं, और वह मिल्की वे तथा बौनी आकाशगंगाओं की खोजों के साथ संगत है या नहीं। अधिक फोटॉन और बेहतर ऊर्जा-रिजॉल्यूशन से वास्तविक स्पेक्ट्रल रेखा को सामान्य खगोलीय उत्सर्जन या डिटेक्टर-सम्बंधी प्रभावों से अलग करना आसान होगा।

कई लक्ष्यों में बार-बार दिखने वाली रेखा डार्क-मैटर व्याख्या को काफी मजबूत करेगी। इसके विपरीत, नए आंकड़ों या अलग उपकरणीय विश्लेषण में संकेत गायब हो जाए तो सांख्यिकीय उतार-चढ़ाव या पृष्ठभूमि की व्याख्या अधिक संभावित हो जाएगी।

दो पूरक रास्ते, अंतिम उत्तर नहीं

UGC 9050-Dw1 की तारों की धारा और संभावित गामा-किरण रेखा डार्क-मैटर समस्या के अलग-अलग पहलुओं को संबोधित करती हैं। पहली विधि गुरुत्व के जरिए आकाशगंगा के पैमाने पर अदृश्य द्रव्यमान का नक्शा बनाती है। दूसरी संभावित कण-सिग्नल के रूप में रोशनी तलाशती है।

फिलहाल सबसे सावधान निष्कर्ष यही है: खगोल विज्ञान को डार्क मैटर की जांच के दो आशाजनक नए परीक्षण मिले हैं, उसकी निश्चित पहचान नहीं। अधिक तारकीय धाराएं, गहरी इमेजिंग, स्वतंत्र गामा-किरण विश्लेषण और अलग-अलग वातावरणों में लगातार दोहराए जाने वाले परिणाम ही तय करेंगे कि इनमें से कौन-सा संकेत आगे की कसौटी पर खरा उतरता है।

तारों की धारा डार्क मैटर कैसे दिखाती है?

खगोलविद धारा की वक्रता, चौड़ाई, चमक और तारों के फैलाव का मॉडल बनाते हैं। ये सभी गुण धारा की कक्षा और उस गुरुत्वीय क्षेत्र पर निर्भर करते हैं, जिसमें वह घूम रही है। अल्ट्रा-डिफ्यूज आकाशगंगाओं में दिखाई देने वाले तारे बहुत कम और बेहद धुंधले होते हैं। ऐसे में तारों की धारा आकाशगंगा के कुल द्रव्यमान—जिसमें डार्क-मैटर प्रभामंडल भी शामिल है—पर अतिरिक्त जानकारी दे सकती है।

इस संरचना को देखना आसान नहीं था। हबल की गहरी और उच्च-रिजॉल्यूशन वाली तस्वीरों ने आकाशगंगा की फैली हुई रोशनी तथा पृष्ठभूमि की असंबंधित वस्तुओं से इस संगत, चाप जैसी तारकीय अधिकता को अलग करने में मदद की। UGC 9050-Dw1 की कम सतही चमक ने एक अर्थ में धारा को तेज रोशनी से ढकने से बचाया। लेकिन यही धुंधलापन अवलोकन को कठिन भी बनाता है और इसकी व्याख्या में अनिश्चितता बढ़ाता है।

यह अभी अंतिम प्रमाण क्यों नहीं है?

मौजूदा साक्ष्य ग्लोब्युलर-क्लस्टर से निकली तारों की धारा वाली व्याख्या का समर्थन करते हैं, लेकिन इसकी पूरी लंबाई, प्रस्तावित मूल क्लस्टर से संबद्धता और कक्षा की पुष्टि के लिए और अवलोकन जरूरी हैं। अधिक गहरी तस्वीरें तथा तारों की गतियों के माप से आकाशगंगा के डार्क-मैटर प्रभामंडल पर लगाए गए अनुमान भी अधिक मजबूत हो सकते हैं।

इसलिए यह समझना जरूरी है कि यह डार्क मैटर की तस्वीर नहीं है। यह एक तरह का गुरुत्वीय प्रयोग है: वैज्ञानिक दिखाई देने वाले तारों की गति देखकर अदृश्य द्रव्यमान का अनुमान लगा रहे हैं।

2. 43.2 GeV की संभावित गामा-किरण रेखा

एक अलग अध्ययन में Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT) के सार्वजनिक रूप से उपलब्ध 15.5 वर्षों के आंकड़ों का विश्लेषण किया गया। शोधकर्ताओं ने 13 निकटवर्ती विशाल आकाशगंगा समूहों से आने वाली गामा-किरणों में एक संकरी विशेषता खोजी और करीब 43.2 GeV पर रेखा जैसी संरचना की सूचना दी। यह संकेत Virgo, Fornax और Ophiuchus समूहों पर ध्यान केंद्रित करने पर सबसे मजबूत था, जहां रिपोर्ट किया गया टेस्ट स्टैटिस्टिक लगभग 30 रहा।

सामान्य खगोलीय प्रक्रियाएं प्रायः ऊर्जा का एक विस्तृत गामा-किरण स्पेक्ट्रम बनाती हैं, इसलिए किसी एक ऊर्जा के आसपास केंद्रित संकरी रेखा असामान्य मानी जाएगी। यदि यह संकेत वास्तविक हो और डार्क-मैटर कणों के दो फोटॉन में विनाश से पैदा हुआ हो, तो यह करीब 43 GeV द्रव्यमान वाले कणों की ओर इशारा कर सकता है।

तर्क यह है कि जहां डार्क मैटर अधिक सघन होगा, वहां उसके कणों के आपस में विनष्ट होने की संभावना भी बढ़ सकती है। इससे उच्च-ऊर्जा फोटॉन का अतिरिक्त प्रवाह पैदा हो सकता है। इसलिए बार-बार दिखने वाली और सही स्थानिक पैटर्न वाली गामा-किरण रेखा कण के संभावित द्रव्यमान के साथ-साथ लक्षित प्रणालियों में डार्क मैटर के वितरण की जानकारी भी दे सकती है।

गामा-किरण परिणाम अभी प्रारंभिक क्यों है?

यह संकेत अभी स्थापित खोज नहीं है। इसका अर्थ चुने गए आकाशगंगा समूहों, पृष्ठभूमि के मॉडल, उपकरण संबंधी प्रभावों, सांख्यिकीय ट्रायल फैक्टर और इन समूहों के डार्क-मैटर प्रभामंडल व अनदेखे छोटे उप-प्रभामंडलों के बारे में मान्यताओं पर निर्भर करता है। इसी ऊर्जा के आसपास पहले के विश्लेषणों में भी संकेत मिले थे, लेकिन अलग-अलग अध्ययनों में इसकी मजबूती बदलती रही है।

सबसे महत्वपूर्ण कसौटी स्वतंत्र पुनरावृत्ति होगी। यदि अलग-अलग शोध दल अन्य आकाशगंगा समूहों में भी इसी ऊर्जा पर संकेत पाते हैं, वह डार्क मैटर से अपेक्षित स्थानिक वितरण दिखाता है और उपकरण संबंधी जांचों में कायम रहता है, तो इसकी विश्वसनीयता काफी बढ़ेगी।

मिल्की वे के केंद्र में ऐसी रेखा क्यों नहीं दिखी?

आकाशगंगा समूहों वाला परिणाम एक महत्वपूर्ण सवाल खड़ा करता है। यदि डार्क-मैटर कण इतनी मजबूती से फोटॉन में विनष्ट होते हैं कि आकाशगंगा समूहों में गामा-किरण रेखा दिखाई दे, तो मिल्की वे के घने केंद्रीय डार्क-मैटर प्रभामंडल से भी संबंधित संकेत की उम्मीद की जा सकती है।

लेकिन गैलेक्टिक सेंटर यानी मिल्की वे के केंद्र की मोनोक्रोमैटिक गामा-किरण रेखाओं की खोज में अब तक कोई वैश्विक रूप से महत्वपूर्ण रेखा नहीं मिली है। Fermi-LAT के 14 वर्षों के आंकड़ों के एक विश्लेषण में डार्क-मैटर विनाश की रेखा का प्रमाण नहीं, बल्कि उसकी सीमाएं दर्ज की गईं।

इस अंतर के कई संभावित कारण हो सकते हैं, लेकिन कोई भी अभी सिद्ध नहीं है। आकाशगंगा समूहों में बहुत से अनदेखे डार्क-मैटर उप-प्रभामंडल संकेत को बढ़ा सकते हैं। दूसरी संभावना यह है कि मिल्की वे के केंद्र में डार्क मैटर का वितरण उन मॉडलों से अलग हो, जिनके आधार पर भविष्यवाणी की गई थी। यह भी संभव है कि संकेत किसी अनमॉडल्ड पृष्ठभूमि, उपकरण संबंधी प्रभाव या महज सांख्यिकीय उतार-चढ़ाव का परिणाम हो।

मिल्की वे में समान रेखा का न मिलना अपने-आप में आकाशगंगा समूहों वाले परिणाम को खारिज नहीं करता। लेकिन इसका मतलब है कि डार्क-मैटर की कण-व्याख्या को एक साथ कई अवलोकनों के अनुरूप होना होगा।

भविष्य की दूरबीनें क्या जांच सकती हैं?

Roman कई तारकीय धाराओं की खोज कर सकता है

NASA का Nancy Grace Roman Space Telescope बड़े क्षेत्र को देखने की क्षमता और उच्च-रिजॉल्यूशन वाली इन्फ्रारेड इमेजिंग को एक साथ जोड़ेगा। इससे निकटवर्ती आकाशगंगाओं के आसपास मौजूद धुंधली तारकीय धाराओं को व्यवस्थित रूप से खोजना आसान हो सकता है। इन धाराओं में मौजूद खाली स्थान और छोटे व्यवधान यह बता सकते हैं कि डार्क मैटर समान रूप से फैला है या छोटे-छोटे गुच्छों में बंटा है।

एक बड़ा नमूना खास तौर पर उपयोगी होगा। अकेली धारा एक आकाशगंगा के बारे में जानकारी देती है, लेकिन अलग-अलग प्रकार और वातावरण वाली कई आकाशगंगाओं की धाराएं डार्क-मैटर प्रभामंडलों के बीच के अंतर को उजागर कर सकती हैं।

गामा-किरण मिशन इस संकेत की स्वतंत्र जांच कर सकते हैं

भविष्य के गामा-किरण अवलोकन यह जांच सकते हैं कि 43 GeV के आसपास की विशेषता अलग-अलग आकाशगंगा समूहों में दोहरती है या नहीं, उसका स्थानिक वितरण डार्क मैटर की अपेक्षा से मेल खाता है या नहीं, और वह मिल्की वे तथा बौनी आकाशगंगाओं की खोजों के साथ संगत है या नहीं। अधिक फोटॉन और बेहतर ऊर्जा-रिजॉल्यूशन से वास्तविक स्पेक्ट्रल रेखा को सामान्य खगोलीय उत्सर्जन या डिटेक्टर-सम्बंधी प्रभावों से अलग करना आसान होगा।

कई लक्ष्यों में बार-बार दिखने वाली रेखा डार्क-मैटर व्याख्या को काफी मजबूत करेगी। इसके विपरीत, नए आंकड़ों या अलग उपकरणीय विश्लेषण में संकेत गायब हो जाए तो सांख्यिकीय उतार-चढ़ाव या पृष्ठभूमि की व्याख्या अधिक संभावित हो जाएगी।

दो पूरक रास्ते, अंतिम उत्तर नहीं

UGC 9050-Dw1 की तारों की धारा और संभावित गामा-किरण रेखा डार्क-मैटर समस्या के अलग-अलग पहलुओं को संबोधित करती हैं। पहली विधि गुरुत्व के जरिए आकाशगंगा के पैमाने पर अदृश्य द्रव्यमान का नक्शा बनाती है। दूसरी संभावित कण-सिग्नल के रूप में रोशनी तलाशती है।

फिलहाल सबसे सावधान निष्कर्ष यही है: खगोल विज्ञान को डार्क मैटर की जांच के दो आशाजनक नए परीक्षण मिले हैं, उसकी निश्चित पहचान नहीं। अधिक तारकीय धाराएं, गहरी इमेजिंग, स्वतंत्र गामा-किरण विश्लेषण और अलग-अलग वातावरणों में लगातार दोहराए जाने वाले परिणाम ही तय करेंगे कि इनमें से कौन-सा संकेत आगे की कसौटी पर खरा उतरता है।