डार्क मैटर के दो नए सुराग: गुरुत्व से लेकर संभावित कण-संकेत तक

इस वजह से ओयाशियो केवल अंतरिक्ष में दिखाई देने वाली एक सुंदर, धुंधली लकीर नहीं है। यह मिल्की वे से बाहर मौजूद बेहद मंद आकाशगंगाओं में दृश्य पदार्थ और डार्क मैटर की तुलना करने का नया उपकरण बन सकती है।

इस व्याख्या में अभी क्या बदल सकता है

अध्ययन इस संरचना को प्रमाण के रूप में पेश करता है, पूरी तरह निश्चित और विस्तृत रूप से चरितार्थ तारकीय धारा के रूप में नहीं। यह संकेत अत्यंत धुंधला है। इसके हेलो-संबंधी निष्कर्ष उस पूर्वधारणा से भी जुड़े हैं कि मूल क्लस्टर ने समय के साथ कितनी तेजी से द्रव्यमान खोया, उसकी त्रि-आयामी कक्षा कैसी थी और मेजबान हेलो का आकार क्या है।

इसलिए ओयाशियो यह नहीं बताती कि डार्क मैटर किस पदार्थ से बना है। यह उस गुरुत्वीय वातावरण को मापती है जिसमें ये तारे घूम रहे हैं। आगे और धाराओं की पुष्टि तथा उनकी कक्षाओं पर बेहतर सीमाएं यह पता लगाने में मदद करेंगी कि UGC 9050-Dw1 सामान्य है या असामान्य रूप से डार्क-मैटर-समृद्ध।

2. 43.2 GeV की गामा-किरण रेखा: डार्क-मैटर कणों की संभावित झलक

दूसरा परिणाम Fermi-LAT के सार्वजनिक रूप से उपलब्ध 15.5 वर्षों के डेटा के पुनर्विश्लेषण से आया है। शोधकर्ताओं ने 13 निकटवर्ती विशाल आकाशगंगा समूहों की दिशाओं में गामा-किरण रेखा खोजी और लगभग 43.2 GeV पर एक संकरी संरचना रिपोर्ट की। Virgo, Fornax और Ophiuchus को एक साथ देखने पर संकेत सबसे मजबूत है। इन तीन समूहों से डार्क-मैटर विनाश संकेत मिलने की अपेक्षा भी नमूने में सबसे अधिक थी। इन तीन प्रणालियों के लिए रिपोर्ट किया गया test statistic लगभग 30 है, जबकि 10 अन्य समूहों को जोड़ने पर यह करीब 21 रहता है।

संकरी गामा-किरण रेखा इसलिए दिलचस्प है क्योंकि सामान्य उच्च-ऊर्जा खगोलीय प्रक्रियाएं अक्सर चौड़े और धीरे-धीरे बदलने वाले स्पेक्ट्रम पैदा करती हैं। इसके विपरीत, फोटॉन से जुड़ी डार्क-मैटर annihilation या decay प्रक्रिया रेखा जैसी विशेषता बना सकती है। सबसे सरल स्थिति—डार्क मैटर का सीधे दो फोटॉन में annihilation—में लगभग 43 GeV की रेखा लगभग 43 GeV द्रव्यमान वाले कण की ओर संकेत करेगी।

यह अभी खोज क्यों नहीं है

यह संकेत डार्क मैटर सिद्ध करने के लिए पर्याप्त नया या स्वतंत्र नहीं है। Fermi के पहले के विश्लेषणों में भी लगभग 43 GeV के आसपास अस्थायी संकेत की बात कही गई थी, लेकिन कोई वैश्विक रूप से सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण गामा-किरण रेखा नहीं मिली। बाद के 11.4 वर्षों के डेटा वाले विश्लेषण में संकेत बना रहा, पर उसका test statistic घट गया और वह डेटा में घटनाओं के चयन के तरीके के प्रति संवेदनशील था।

नया परिणाम अभी भी एक ही उपकरण और चुने गए लक्ष्यों के समूह पर आधारित है। पृष्ठभूमि का मॉडल, ऊर्जा-कैलिब्रेशन, कई संभावित ऊर्जा क्षेत्रों की जांच से जुड़ी trial factors, क्लस्टरों में डार्क मैटर के वितरण की धारणाएं और अनसुलझे गामा-किरण स्रोत—सभी परिणाम को प्रभावित कर सकते हैं। Virgo पर हुए पुराने काम ने यह भी दिखाया है कि अनसुलझे बिंदु-स्रोत कभी-कभी फैले हुए गामा-किरण उत्सर्जन जैसा दिखाई दे सकते हैं।

मिल्की वे के भीतरी हिस्से की दिशा में इसी तरह का संकेत न मिलना सरल और मानक annihilating-dark-matter व्याख्या के सामने एक और चुनौती रखता है। विश्लेषण में Virgo से जुड़ा कोई संबंधित continuum emission भी नहीं मिला, जिससे पारंपरिक व्याख्याओं पर और सीमाएं लगती हैं। इसलिए किसी असामान्य खगोलीय स्रोत को अभी खारिज नहीं किया जा सकता।

दोनों निष्कर्ष एक-दूसरे के पूरक कैसे हैं

इन दोनों अवलोकनों के सवाल अलग हैं:

• ओयाशियो पूछती है कि डार्क मैटर कहां है और वह पदार्थ को कैसे प्रभावित करता है। इसके तारे मेजबान आकाशगंगा के गुरुत्वीय क्षेत्र का अनुसरण करते हैं, जिससे हेलो का मॉडल बनाया जा सकता है।
• गामा-किरण रेखा पूछती है कि डार्क मैटर क्या हो सकता है। यदि यह annihilation या decay से बनी है, तो इसकी ऊर्जा और स्पेक्ट्रम डार्क-मैटर कण के द्रव्यमान और उसकी अंतःक्रियाओं पर सीमा लगा सकते हैं।

फिलहाल तारकीय धारा का परिणाम अधिक भरोसेमंद प्रेक्षणात्मक प्रगति है, क्योंकि यह किसी खास कण की खोज का दावा नहीं, बल्कि गुरुत्व मापने की नई विधि प्रस्तुत करता है। गामा-किरण परिणाम की पुष्टि होने पर वह कण-भौतिकी के लिए अधिक सीधा संकेत होगा, लेकिन अभी उसकी व्याख्या कहीं अधिक अनुमानाधारित है।

आगे के अवलोकनों को क्या दिखाना होगा

ओयाशियो के मामले में अगला निर्णायक कदम मिल्की वे के बाहर ग्लोब्युलर-क्लस्टर तारकीय धाराओं का बड़ा नमूना बनाना होगा। शोधकर्ताओं को इन धाराओं को अधिक लंबाई तक ट्रेस करना, संभव हो तो उनकी दूरियां और वेग मापना तथा उनके आकार में गैप, असमानता या हेलो-सबहेलो के अन्य संकेत खोजना होगा। कई प्रणालियों का नमूना यह जोखिम भी घटाएगा कि एक असामान्य आकाशगंगा से पूरे वर्ग के बारे में निष्कर्ष निकाल लिया जाए।

गामा-किरण संकेत के लिए लगभग 43 GeV के आसपास बेहतर photon statistics और अधिक ऊर्जा-रिजॉल्यूशन वाले स्वतंत्र डिटेक्टर से मापन सबसे साफ परीक्षण होगा। विश्वसनीय संकेत को स्वतंत्र डेटा में उसी ऊर्जा पर दोहरना चाहिए, क्लस्टरों के डार्क-मैटर वितरण से अपेक्षित सापेक्ष चमक दिखानी चाहिए, ज्ञात गामा-किरण स्रोतों के बजाय क्लस्टरों के साथ जुड़ना चाहिए और उपकरण या आकाश-नियंत्रण नमूनों में दिखाई नहीं देना चाहिए।

HERD यानी High Energy cosmic Radiation Detection facility एक उच्च-ऊर्जा कॉस्मिक-रे और गामा-किरण वेधशाला के रूप में बनाया जा रहा है। इसके वैज्ञानिक लक्ष्यों में डार्क-मैटर खोज भी शामिल है। इसकी योजना 2027 में प्रक्षेपण और चीन के अंतरिक्ष स्टेशन पर स्थापना की है। भविष्य के गामा-किरण उपकरणों की परियोजना-सूचना के अनुसार HERD और GAMMA-400 लगभग 1% ऊर्जा-रिजॉल्यूशन तक पहुंच सकते हैं, जबकि 100 GeV पर Fermi-LAT का रिजॉल्यूशन करीब 10% है। यह सुधार किसी वास्तविक संकरी रेखा को व्यापक स्पेक्ट्रल संरचना से अलग करने में मदद कर सकता है।

यदि पर्याप्त संवेदनशीलता के बावजूद भविष्य के उपकरण 43.2 GeV के excess को दोहरा नहीं पाते, तो यह रेखा पैदा करने वाली डार्क-मैटर अंतःक्रियाओं के मॉडलों पर एक सीमा बन जाएगी। लेकिन यदि संकेत दोहरता है और उसकी स्थिति व चमक अपेक्षित डार्क-मैटर वितरण के अनुरूप रहती है, तो कण-भौतिकी वाली व्याख्या काफी मजबूत हो जाएगी।

निष्कर्ष

ओयाशियो ने मिल्की वे से बाहर तारकीय धाराओं के जरिए डार्क मैटर का मानचित्र बनाने की संभावना बढ़ाई है। यहां एक अल्ट्रा-डिफ्यूज आकाशगंगा का गुरुत्वीय क्षेत्र प्रयोगशाला की तरह काम कर रहा है। दूसरी ओर, आकाशगंगा समूहों के Fermi डेटा में 43.2 GeV की रेखा डार्क-मैटर कण का संभावित संकेत देती है, लेकिन यह अभी सांख्यिकीय, उपकरण-संबंधी और खगोलीय वैकल्पिक व्याख्याओं के प्रति संवेदनशील है।

मिलकर ये दोनों परिणाम बताते हैं कि डार्क-मैटर अनुसंधान में गुरुत्वीय ट्रेसर और कण-खोज—दोनों की जरूरत है। एक विधि यह बता सकती है कि अदृश्य पदार्थ कहां फैला है; दूसरी, यदि कभी पुष्ट हुई, तो यह संकेत दे सकती है कि वह बना किस चीज से है। फिलहाल दोनों को पक्के प्रमाण नहीं, बल्कि promising सुराग माना जाना चाहिए।