डार्क मैटर मिल्की वे के केंद्र से आने वाले गामा किरणों का एक स्रोत हो सकता है

मिल्की वे के केंद्र में बहुत सारे रहस्यमय गोइंग हैं। सुपरमैसिव ब्लैक होल जो वहां रहता है, उनमें प्रमुख है। लेकिन वहाँ एक और पेचीदा पहेली है: तीव्र गामा किरण उत्सर्जन का एक अप्रत्याशित गोलाकार क्षेत्र।

एक नए अध्ययन से पता चलता है कि उन उत्सर्जन के पीछे डार्क मैटर हो सकता है।

ब्रह्मांड में बहुत सारे गामा किरण स्रोत हैं, और उनमें से ज्यादातर अच्छी तरह से समझे जाते हैं। पल्सर, मैग्नेटर्स और क्वासर सभी गामा किरणों का उत्पादन करते हैं। लेकिन क्या वे हमारी आकाशगंगा के केंद्र से आने वाली गामा किरणों का हिसाब कर सकते हैं?

गामा किरणें शक्तिशाली होती हैं। वे ब्रह्मांड में सबसे ऊर्जावान घटना द्वारा उत्पादित विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक रूप हैं। उनके पास किसी भी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण, और उच्चतम फोटॉन ऊर्जा की सबसे छोटी तरंग दैर्ध्य है।

मिल्की वे के दिल में गामा किरणों की अधिकता भौतिकविदों के लिए जानी जाती है, और वे इसे गैलेक्टिक सेंटर को अतिरिक्त (जीसीई) कहते हैं। हम मिल्की वे के बारे में बहुत कुछ जानते हैं, और उस ज्ञान ने जीसीई के लिए स्पष्टीकरण को नीचे तक सीमित कर दिया है। दो प्रमुख संभावनाएं: या तो पल्सर की आबादी, जो तेजी से न्यूट्रॉन तारों को घुमा रही है, या डार्क मैटर। भौतिकविदों का मानना ​​है कि यदि यह गहरे रंग का मामला है, तो यह आकाशगंगा के केंद्र में घने बादल में मौजूद है, खुद से टकरा रहा है और गामा किरणों का उत्पादन करने के लिए खुद को नष्ट कर रहा है।

2015 में, एक अध्ययन से पता चला कि GCE का स्रोत वास्तव में पल्सर था, और डार्क मैटर इसमें शामिल नहीं था। यह अध्ययन प्रिंसटन और एमआईटी के शोधकर्ताओं की एक टीम से आया, जिसमें भौतिकी ट्रेसी स्लैटियर के एसोसिएट प्रोफेसर शामिल थे। उन्होंने मिल्की वे में उन सभी इंटरैक्शन का वर्णन करने वाले मॉडल के साथ फ़ेर्मी गामा-रे स्पेस टेलीस्कोप के साथ लिए गए गांगेय केंद्र की टिप्पणियों का इस्तेमाल किया जो गामा किरणों का उत्पादन कर सकते थे। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि पल्सर जिम्मेदार थे।

लेकिन एक नया अध्ययन, जिसमें MIT के स्लैटियर भी शामिल हैं, ने उन परिणामों को पलट दिया है, और उन सभी गामा किरणों के स्रोत के रूप में काले पदार्थ की ओर इशारा किया है।

नए अध्ययन का शीर्षक है "गेलेक्टिक सेंटर गामा-रे एक्जाम के लिए डार्क मैटर परिकल्पना का पुनरुद्धार" और यह फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित हुआ है। लेखक एमआईटी में सेंटर फॉर थियोरेटिकल फिजिक्स के ट्रेसी स्लैटियर हैं, और स्कूल ऑफ नेचुरल साइंसेज के रेबेका लीन, इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड स्टडी। उनका अध्ययन कहता है कि पहले वाले के साथ एक समस्या है, और इसके परिणाम अविश्वसनीय हैं। जीसीई के लिए एक काले पदार्थ का योगदान किसी का ध्यान नहीं जा सकता था।

जीसीई को या तो पल्सर या डार्क मैटर तक सीमित करने में कठिनाई होती है, जिससे फोटोन उत्सर्जित होते हैं, और हमारी तकनीकी क्षमता का पता लगाने के लिए। अंधेरे पदार्थ से गामा किरणों को फैलाना होगा, जबकि पल्सर से निकलने वाले बिंदु अधिक केंद्रित होंगे। 2015 में, सभी गामा किरणें फैलती दिखाई दीं, लेकिन ऐसा इसलिए हो सकता है क्योंकि बिंदु स्रोत हमारी दूरबीनों में फैलते दिखाई देते हैं, जिनमें स्थानिक संकल्प सीमित होते हैं। 2015 में, शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि पल्सर जिम्मेदार थे।

मिल्की वे कमोबेश समतल है, जिसके केंद्र में एक उभार है। गामा किरणें केंद्र में लगभग 5,000 प्रकाश वर्ष त्रिज्या में एक गोलाकार क्षेत्र पर कब्जा कर लेती हैं। 2015 में स्लैटियर और उनके सहयोगियों ने जिस पद्धति का विकास किया, वह यह हल करने का प्रयास किया कि क्या यह गोलाकार क्षेत्र "सुचारू" था या यदि यह "दानेदार" था। उनका तर्क यह था कि यदि पल्सर गामा किरणों का स्रोत हैं, तो उन गामा किरणों को उस गोलाकार क्षेत्र को दानेदार बनाना चाहिए। गामा किरणों के बीच गहरे अंतराल होंगे जहाँ पल्सर स्रोत नहीं थे।

लेकिन अगर गामा किरणें काले पदार्थ से आती हैं, तो गोलाकार क्षेत्र चिकना होगा। स्लैटियर ने बताया, "गैलेक्टिक सेंटर की ओर जाने वाली हर लाइन में डार्क मैटर के कण होते हैं, इसलिए मुझे सिग्नल में कोई खराबी या ठंडी जगह नहीं दिखनी चाहिए।"

उन्होंने एक मॉडल विकसित किया जो मिल्की वे में सभी पदार्थ और गैस के लिए जिम्मेदार था, और सभी कण इंटरैक्शन जो गामा किरणों का उत्पादन कर सकते थे। तब उन्होंने जीसीई के गोलाकार क्षेत्र के लिए मॉडल पर विचार किया जो या तो दानेदार या चिकने थे, और उन्हें अलग बताने के लिए एक सांख्यिकीय तरीका। फिर उन्होंने उस मॉडल को लिया और वास्तविक फ़ेर्मी गामा-रे स्पेस टेलीस्कोप टिप्पणियों को इसमें खिलाया, यह देखने के लिए कि क्या अवलोकन एक दानेदार या चिकनी प्रोफ़ाइल में फिट होते हैं।

यदि अवलोकन एक दानेदार प्रोफ़ाइल में फिट होते हैं, तो पल्सर गामा किरणों की व्याख्या कर सकते हैं। यदि वे एक चिकनी प्रोफ़ाइल में फिट होते हैं, तो डार्क मैटर उन्हें समझा सकता है। दानेदार प्रोफ़ाइल एक भारी फिट था।

"हमने देखा कि यह 100 प्रतिशत दानेदार था, और इसलिए हमने कहा, 100 ओह, डार्क मैटर ऐसा नहीं कर सकता, इसलिए यह कुछ और होना चाहिए," स्लैटियर याद करते हैं। “मेरी आशा थी कि यह समान तकनीकों का उपयोग करके गैलेक्टिक केंद्र क्षेत्र के कई अध्ययनों में से पहला होगा। लेकिन 2018 तक, विधि के मुख्य क्रॉस-चेक अभी भी हम 2015 में किए गए थे, जिसने मुझे बहुत परेशान किया था कि हम कुछ याद कर सकते थे। "

आखिरकार स्लैटियर और लीन ने मॉडल का परीक्षण करने का फैसला किया। स्लैटियर चिंतित था कि यह पर्याप्त मजबूत नहीं हो सकता है। उन्होंने आसमान का "नकली" नक्शा बनाने का फैसला किया जिसमें एक डार्क मैटर सिग्नल और पल्सर शामिल थे जो GCE से जुड़े नहीं थे। उन्होंने इसे मॉडल में खिलाया और भले ही उनके डेटा में नकली डार्क मैटर सिग्नल था, मॉडल ने निष्कर्ष निकाला कि यह दानेदार था, और इसलिए पल्सर-वर्चस्व था। स्लैटियर के अनुसार, यह इस बात का प्रमाण था कि उनका मॉडल मूर्ख नहीं था, और यह भी था कि GCE में भूमिका निभाने के लिए डार्क मैटर के लिए अभी भी जगह नहीं थी।

"अगर यह वास्तव में गहरा मामला है, तो यह गुरुत्वाकर्षण के अलावा अन्य बलों के माध्यम से दृश्यमान पदार्थ के साथ बातचीत करते हुए डार्क मैटर का पहला सबूत होगा।"

रेबेका लीन, सह-लेखक, स्कूल ऑफ नेचुरल साइंसेज, इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड स्टडी।

तब एक सहकर्मी ने सुझाव दिया कि शोधकर्ताओं ने नकली फ़र्ज़ी पृष्ठभूमि के नक्शे के बजाय अपने मॉडल का परीक्षण करने के लिए वास्तविक फ़र्ज़ी टिप्पणियों के साथ मिलकर एक नकली डार्क मैटर सिग्नल को जोड़ा।

उन्होंने ऐसा किया, और उनके सांख्यिकीय मॉडल ने परीक्षण को विफल कर दिया। चिकने गहरे पदार्थ के संकेत के बावजूद, मॉडल ने एक दानेदार पल्सर-वर्धित परिणाम दिया। उन्होंने वास्तविक जीसीई के आकार के चार गुना तक अपने डार्क मैटर सिग्नल को क्रैंक किया और फिर भी उनका मॉडल इसका पता लगाने में विफल रहा।

"उस स्तर तक, मैं बहुत उत्साहित था, क्योंकि मुझे पता था कि निहितार्थ बहुत बड़े थे - इसका मतलब था कि डार्क मैटर स्पष्टीकरण वापस मेज पर था," लीने कहते हैं।

यदि ये नवीनतम परिणाम सही हैं, तो यह एक बड़ी बात है।

"अगर यह वास्तव में अंधेरा मामला है, तो यह गुरुत्वाकर्षण के अलावा अन्य बलों के माध्यम से दृश्यमान पदार्थ के साथ बातचीत करते हुए अंधेरे पदार्थ का पहला सबूत होगा," लीनियर कहते हैं। “काले पदार्थ की प्रकृति इस समय भौतिकी में सबसे बड़े खुले प्रश्नों में से एक है। इस संकेत को डार्क मैटर के रूप में पहचानने से हम डार्क मैटर की मूलभूत पहचान को उजागर कर सकते हैं। कोई फर्क नहीं पड़ता कि अतिरिक्त क्या हो रहा है, हम ब्रह्मांड के बारे में कुछ नया सीखेंगे। ”

"यह रोमांचक है कि हमने सोचा कि हमने इस संभावना को समाप्त कर दिया है कि यह अंधेरा मामला है," स्लैटियर ने एक प्रेस विज्ञप्ति में कहा। "लेकिन अब एक खामी है, हमने जो दावा किया है उसमें एक व्यवस्थित त्रुटि है।" यह डार्क मैटर से आने वाले सिग्नल के लिए दरवाजे को फिर से खोल देता है। ”

यह नया परिणाम जर्नल फ़िज़िकल रिव्यू लेटर्स के 11 दिसंबर के अंक में प्रकाशित हुआ है।

अधिक:

• एमआईटी प्रेस रिलीज: क्या मिल्की वे के केंद्र में डार्क मैटर है?
• शोध पत्र: गेलेक्टिक सेंटर गामा-रे एक्सेशन के लिए डार्क मैटर परिकल्पना का पुनरुद्धार
• विकिपीडिया: कमजोर अंतःक्रियात्मक बड़े कण (WIMPs)