प्रारंभिक आकाशगंगाओं के आसपास हाइड्रोजन द्वारा अवशोषित होने वाले प्रकाश की इस संपत्ति का उपयोग अंधेरे पदार्थ के रहस्यों की एक नई जांच के रूप में किया जा सकता है और इसने ब्रह्मांडीय अंधेरे युग के दौरान ब्रह्मांड के विकास को कैसे प्रभावित किया।
वैज्ञानिकों ने लंबे समय से माना है कि डार्क मैटर, एक रहस्यमय पदार्थ जो ब्रह्मांड में लगभग 85% पदार्थ बनाता है, ने प्रारंभिक आकाशगंगाओं के निर्माण में एक बड़ी भूमिका निभाई। लेकिन चूंकि डार्क मैटर प्रकाश के साथ संपर्क नहीं करता है (“सामान्य” पदार्थ के विपरीत जिससे तारे, ग्रह और हम बने हैं), इसकी प्रकृति अज्ञात रहती है। इसका मतलब यह है कि जब आकाशगंगाएँ बनना शुरू हुईं तो उन्होंने जो सटीक भूमिका निभाई वह अभी भी ब्रह्माण्ड संबंधी मॉडल में एक अंतर का प्रतिनिधित्व करती है।
इस रहस्य की जांच करने के लिए, चीन में नॉर्थईस्टर्न यूनिवर्सिटी और चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज (एनएओसी) के राष्ट्रीय खगोलीय वेधशालाओं के वैज्ञानिकों ने डार्क मैटर की प्रकृति और आकाशगंगाओं के प्रारंभिक गठन दोनों पर प्रकाश डालने के लिए एक नई जांच का प्रस्ताव दिया है।
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डार्क मैटर बनाने वाले कणों और उनके द्रव्यमान की जांच करने का एक संभावित तरीका ब्रह्मांड में छोटे पैमाने की संरचनाओं का अध्ययन करना है। समस्या तब आती है जब बिग बैंग के लगभग 380 मिलियन वर्ष बाद “कॉस्मिक डॉन” नामक अवधि के लिए ऐसा करने का प्रयास किया जाता है, जो कि तब होता है जब पहले सितारे पैदा हो रहे थे। इस प्रकार, खगोलविदों के लिए इस प्राचीन युग को रोशन करने के लिए कुछ व्यवहार्य प्रकाश स्रोत थे।
लेकिन इस युग के दौरान सबसे हल्के रासायनिक तत्व, हाइड्रोजन से गैस के रूप में परमाणु मौजूद थे। सभी तत्वों की तरह, हाइड्रोजन अलग-अलग तरंग दैर्ध्य में प्रकाश को अवशोषित करता है, जिससे गुजरने वाले प्रकाश पर अपना निशान छोड़ता है।
ब्रह्मांडीय जंगल में काले पदार्थ की खोज
ब्रह्मांडीय भोर के दौरान मौजूद छोटी संरचनाओं में और उसके आसपास परमाणु हाइड्रोजन गैस, जो बिग बैंग के लगभग एक अरब साल बाद समाप्त हुई, विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम की रेडियो रेंज में 21 सेमी पर अलग अवशोषण रेखाएं बनाती है। सामूहिक रूप से, इन्हें 21 सेमी वन कहा जाता है, जिसे 20 से अधिक वर्षों से ब्रह्मांडीय सुबह के दौरान गैस और अंधेरे पदार्थ के तापमान की संभावित जांच के रूप में प्रस्तावित किया गया है।
हालाँकि, यह केवल एक सैद्धांतिक अवधारणा बनकर रह गई है, इस तथ्य के कारण कि इस युग से प्रकाश हम तक पहुँचने के लिए लगभग 13.4 अरब वर्षों की यात्रा कर रहा है। रास्ते में, इसने ऊर्जा खो दी, इसकी तरंग दैर्ध्य बढ़ गई और इसकी आवृत्ति कम हो गई, यह विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम से लाल क्षेत्र की ओर और उससे आगे अवरक्त में चली गई।
प्रकाश स्रोत जितना दूर होगा, “रेडशिफ्ट” प्रक्रिया उतनी ही तीव्र होगी। तारों की रोशनी अनुपस्थित होने पर, 21-सेंटीमीटर जंगल को डार्क मैटर जांच के रूप में उपयोग करने के लिए ब्रह्मांडीय भोर में क्वासर जैसे बहुत तेज़ स्रोतों को देखने की आवश्यकता होगी, और इस प्रकार उच्च रेडशिफ्ट पर। लेकिन इस युग के ऐसे रेडियो स्रोतों से सिग्नल मंद हैं, और ऐसे उच्च रेडशिफ्ट पृष्ठभूमि स्रोतों की पहचान करना मुश्किल है।
हालाँकि, यह स्थिति बदलने वाली हो सकती है। न केवल हाल ही में कई उच्च रेडशिफ्ट क्वासर की खोज की गई है, बल्कि दुनिया के सबसे बड़े रेडियो टेलीस्कोप, स्क्वायर किलोमीटर एरे (एसकेए) का निर्माण दिसंबर 2022 में ऑस्ट्रेलिया और दक्षिण अफ्रीका में शुरू हुआ और जल्द ही ब्रह्मांड में अपनी संवेदनशील रेडियो आंख खोलेगा। इससे संकेत मिलता है कि 21 सेंटीमीटर जंगल की खोज और उपयोग जल्द ही संभव हो सकता है।
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नए अध्ययन के पीछे की टीम का मानना है कि 21-सेंटीमीटर जंगल के ऊर्जा वितरण, या इसके “ऊर्जा स्पेक्ट्रम” को मापने से यह डार्क मैटर के गुणों और ब्रह्मांड के थर्मल इतिहास को एक साथ मापने के लिए एक उचित जांच बन जाएगी।
यह शोधकर्ताओं को ब्रह्मांड के ठंडे डार्क मैटर मॉडल के बीच अंतर करने में मदद कर सकता है – एक बड़े पैमाने पर डार्क मैटर कणों के साथ जो प्रकाश की गति की तुलना में धीमी गति से चलते हैं – और हल्के और तेज़ डार्क मैटर कणों के साथ गर्म डार्क मैटर मॉडल।
“21-सेमी जंगल के एक-आयामी ऊर्जा स्पेक्ट्रम को मापकर, हम न केवल संवेदनशीलता को बढ़ाकर जांच को वास्तव में व्यवहार्य बना सकते हैं, बल्कि गर्म अंधेरे पदार्थ मॉडल के प्रभावों और प्रारंभिक हीटिंग प्रक्रिया के बीच अंतर करने का एक तरीका भी प्रदान कर सकते हैं। ,” नेशनल एस्ट्रोनॉमिकल ऑब्ज़र्वेटरीज़ के शोधकर्ता यिडोंग जू, लेखक ने कहा। नए अध्ययन के विपरीत। “हम एक पत्थर से दो शिकार करने में सक्षम होंगे!”
जब तक ब्रह्मांडीय भोर के दौरान ब्रह्मांडीय ताप बहुत तीव्र नहीं था, तब तक एसकेए प्रक्रियाओं के पहले चरण की कम-आवृत्ति क्षमताओं का मतलब यह होना चाहिए कि वैज्ञानिक डार्क मैटर कणों के द्रव्यमान और गैस के तापमान को नियंत्रित कर सकते हैं। यदि ब्रह्मांडीय ताप बहुत अधिक है, तो SKA के दूसरे चरण में एक उपकरण का विस्तार होगा, जिसके परिणामस्वरूप कई पृष्ठभूमि रेडियो स्रोतों का उपयोग होगा जो समान सीमाएँ प्रस्तुत करते हैं।
चूंकि डार्क मैटर जांच के रूप में 21-सेमी वन का संभावित उपयोग उच्च-रेडशिफ्ट रेडियो स्रोतों के अवलोकन से जुड़ा हुआ है, इस शोध में अगला कदम ब्रह्मांडीय भोर के दौरान रेडियो विकिरण के अधिक स्रोतों की पहचान करना है, जिसमें अधिक उच्च-रेडियो भी शामिल है। क्वासर और आफ्टरग्लो। गामा किरणें।
एक बार जब एसकेए 2027 में ब्रह्मांड का अवलोकन करना शुरू कर देगा तो इन स्रोतों का अनुसरण किया जा सकता है, जिससे खगोलविदों को डार्क मैटर और पहली आकाशगंगाओं दोनों के रहस्यों पर अधिक प्रकाश डालने की अनुमति मिलेगी।
टीम का शोध नेचर एस्ट्रोनॉमी जर्नल के 6 जुलाई के अंक में प्रस्तुत किया गया है।
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