दशकों बाद यह स्पष्ट हो गया है कि दृश्यमान ब्रह्मांड डार्क मैटर के ढांचे पर बना है, हम अभी भी नहीं जानते हैं कि वास्तव में डार्क मैटर क्या है। बड़े पैमाने पर, विभिन्न प्रकार के साक्ष्य तथाकथित WIMPs की ओर इशारा करते हैं: बड़े पैमाने पर कणों को कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करना। लेकिन कई तरह के विवरण हैं जिन्हें WIMPs के साथ समझाना मुश्किल है, और कणों की खोज के दशकों में कुछ भी नहीं निकला, लोगों को इस विचार के लिए खुला छोड़ दिया कि WIMP के अलावा कुछ और डार्क मैटर से बना है।
कई उम्मीदवारों में से एक को एक्सियन कहा जाता है, एक बल-वहन करने वाला कण जिसे भौतिकी के एक असंबंधित क्षेत्र में एक समस्या को हल करने के लिए प्रस्तावित किया गया है। वे WIMPs की तुलना में बहुत हल्के होते हैं लेकिन उनके पास अन्य गुण होते हैं जो डार्क मैटर के अनुरूप होते हैं, जिसने उनमें रुचि के निम्न स्तर को बनाए रखा है। अब, एक नया पेपर तर्क देता है कि गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग (काफी हद तक डार्क मैटर का एक उत्पाद) में ऐसी विशेषताएं हैं जिन्हें अक्षतंतु जैसे गुणों द्वारा बेहतर ढंग से समझाया जा सकता है।
कण या लहर?
तो, एक अक्ष क्या है? अपने सरलतम स्तर पर, यह बिना स्पिन वाला एक बहुत हल्का कण है और एक बल वाहक के रूप में कार्य करता है। उन्हें मूल रूप से यह सुनिश्चित करने के लिए प्रस्तावित किया गया था कि क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स, जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक साथ बांधने वाले मजबूत बल के व्यवहार का वर्णन करता है, आवेश समता के संरक्षण को नहीं तोड़ता है। यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त कार्य किया गया है कि अक्ष अन्य सैद्धांतिक ढांचों के अनुकूल हैं, और उनका पता लगाने के लिए कुछ शोध किए गए हैं। लेकिन एक समस्या के कई संभावित समाधानों में से एक के रूप में धुरी ज्यादातर कमजोर हो गई है, जिसे हम अभी तक नहीं समझ पाए हैं कि कैसे हल किया जाए।
हालांकि, उन्होंने संभावित डार्क मैटर समाधान के रूप में कुछ रुचि को आकर्षित किया है। लेकिन डार्क मैटर के व्यवहार को एक भारी कण द्वारा सबसे अच्छी तरह समझाया जाता है – विशेष रूप से एक कमजोर रूप से बड़े पैमाने पर बातचीत करने वाला कण। उम्मीद की जा रही थी कि अक्ष हल्के पक्ष में होंगे और लगभग द्रव्यमान रहित न्यूट्रिनो के समान हल्के हो सकते हैं। अक्षों पर की जाने वाली खोजें कई भारी द्रव्यमानों को भी बाहर कर देती हैं, जिससे समस्या और भी स्पष्ट हो जाती है।
लेकिन अक्षतंतु फिर से प्रकट हो सकते हैं, या कम से कम WIMPs फेसप्लांट के दौरान स्थिर रह सकते हैं। डब्ल्यूआईएमपी के लिए कमजोर अंतःक्रियाओं के संकेतकों की पहचान करने की कोशिश करने के लिए कई डिटेक्टर बनाए गए हैं, और वे खाली आए। यदि डब्लूआईएमपी मानक मॉडल कण हैं, तो हम कण कोलाइडर में खोए हुए द्रव्यमान के आधार पर उनके अस्तित्व का अनुमान लगा सकते हैं। इसका कोई प्रमाण नहीं दिखाया गया है। इसने लोगों को इस बात पर पुनर्विचार करने के लिए प्रेरित किया है कि क्या WIMPs डार्क मैटर का सबसे अच्छा समाधान है।
लौकिक पैमानों पर, WIMPs डेटा को बहुत अच्छी तरह से फ़िट करना जारी रखते हैं। लेकिन एक बार जब आप अलग-अलग आकाशगंगाओं के स्तर पर उतर जाते हैं, तो कुछ विसंगतियाँ होती हैं जो तब तक अच्छी तरह से काम नहीं करती हैं जब तक कि आकाशगंगा के चारों ओर काले पदार्थ के प्रभामंडल में एक जटिल संरचना न हो। इसी तरह की बातें तब सही लगती हैं जब आप अलग-अलग आकाशगंगाओं के डार्क मैटर को एक गुरुत्वाकर्षण लेंस बनाने की क्षमता के आधार पर मैप करने की कोशिश करते हैं जो अंतरिक्ष को विकृत करता है ताकि यह पृष्ठभूमि की वस्तुओं को आवर्धित और विकृत करे।
जैसा कि आप गैलेक्टिक कोर से दूर जाते हैं, WIMP-आधारित डार्क मैटर बाईं ओर मॉडल किया गया है, जो उच्च (लाल) से निम्न (नीला) तक एक सहज वितरण का कारण बनता है। अक्षों (दाएं) के साथ, क्वांटम हस्तक्षेप बहुत अधिक अनियमित पैटर्न बनाता है।
अमरोथ एट अल। ।
नया कार्य इन संभावित विसंगतियों को WIMPS और axions के गुणों के बीच के अंतर से संबंधित करने का प्रयास करता है। जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, WIMPs को असतत कणों की तरह व्यवहार करना चाहिए, जो लगभग पूरी तरह से गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से परस्पर क्रिया करते हैं। इसके विपरीत, अक्षों को क्वांटम हस्तक्षेप के माध्यम से एक दूसरे के साथ बातचीत करनी चाहिए, जो पूरे आकाशगंगा में उनकी आवृत्ति में लहर जैसी पैटर्न बनाती है। इसलिए, जबकि WIMPs की आवृत्ति गांगेय कोर से दूरी के साथ धीरे-धीरे कम होनी चाहिए, अक्षों को एक स्थायी तरंग (तकनीकी रूप से, एक सॉलिटॉन) बनाना चाहिए जो गैलेक्टिक कोर के पास उनकी आवृत्ति को बढ़ा देता है। इसके अलावा, जटिल हस्तक्षेप पैटर्न को उन क्षेत्रों का निर्माण करना चाहिए जहां अक्ष अनिवार्य रूप से अनुपस्थित हैं और अन्य क्षेत्र जहां वे औसत तीव्रता से दोगुने पर मौजूद हैं।
पता लगाना मुश्किल
कुछ संभावित अपवादों के साथ, डार्क मैटर आकाशगंगा के द्रव्यमान का अधिकांश हिस्सा बनाता है। इसे देखते हुए, इन हस्तक्षेप पैटर्नों के कारण आकाशगंगा के विभिन्न क्षेत्रों से गुरुत्वाकर्षण खिंचाव असमान होना चाहिए। यदि क्षेत्रों के बीच अंतर काफी बड़ा है, तो यह गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के अपेक्षित व्यवहार में मामूली विचलन के रूप में प्रकट होगा। इसलिए, आकाशगंगा के पीछे की वस्तुओं को अभी भी लेंसिकुलर छवियों के रूप में प्रकट होना चाहिए; यह उस तरह से नहीं बन सकता है जिस तरह से हम इसकी अपेक्षा करते हैं या ठीक उसी स्थान पर जिसकी हम अपेक्षा करते हैं।
मॉडलिंग इंगित करती है कि ये विपथन इतने छोटे हैं कि हबल स्पेस टेलीस्कोप भी उन्हें पकड़ने में सक्षम नहीं है। लेकिन व्यापक रूप से अलग रेडियो दूरबीनों से डेटा को अनिवार्य रूप से एक विशाल दूरबीन में विलय करके रेडियो तरंग दैर्ध्य पर उनका पता लगाना संभव हो सकता है। (इस दृष्टिकोण ने इवेंट होराइज़न टेलीस्कोप को ब्लैक होल की छवि बनाने में सक्षम बनाया।)
और कम से कम एक मामले में, हमारे पास वह डेटा है। HS 0810+2554 एक विशाल अण्डाकार आकाशगंगा है जो हमारे और एक अन्य आकाशगंगा के केंद्र में एक सक्रिय ब्लैक होल के बीच स्थित है। अग्रभूमि आकाशगंगा द्वारा बनाई गई गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग सक्रिय आकाशगंगा की चार छवियां बनाती है, प्रत्येक में एक उज्ज्वल गैलेक्टिक कोर और सामग्री के दो बड़े जेट होते हैं। अग्रभूमि आकाशगंगा में डार्क मैटर के एक विशिष्ट प्रभामंडल की उपस्थिति के आधार पर हम इन चार छवियों के स्थान और विरूपण की तुलना करना संभव है।
WIMPs के साथ यह एक अपेक्षाकृत सरल बात है, क्योंकि केवल एक ही पैटर्न है जिसकी हम उम्मीद करेंगे: जैसे ही आप गांगेय कोर से दूर जाते हैं, डार्क मैटर के स्तर में धीरे-धीरे गिरावट आती है। इस वितरण के आधार पर लेंस की भविष्यवाणियां वास्तविक दुनिया के डेटा से मेल खाने का एक खराब काम करती हैं जहां लेंस लेंस पर छवियां दिखाई देती हैं।
अराजक अक्षों के हस्तक्षेप पैटर्न के आधार पर एक ही विश्लेषण करने की चुनौती है: मॉडल को विभिन्न प्रारंभिक स्थितियों के साथ दो बार चलाएं, और आपको एक अलग हस्तक्षेप पैटर्न मिलता है। तो वास्तव में वास्तविक विश्व आकाशगंगा में लेंस करने वालों के होने की संभावना बहुत पतली है। इसके बजाय, अनुसंधान दल ने यादृच्छिक रूप से चुनी गई प्रारंभिक स्थितियों के साथ 75 विभिन्न मॉडल चलाए। दुर्घटनावश, मैंने इनमें से कुछ विकृतियों को वास्तविक दुनिया के डेटा में देखी गई विकृतियों के समान बनाया, आमतौर पर एक लेंस के साथ चार छवियों में से केवल एक को प्रभावित करता है। इसलिए, शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि लेंसिकुलर छवियों में विकृतियां अक्षों के क्वांटम हस्तक्षेप द्वारा गठित डार्क मैटर हेलो के अनुरूप हैं।
तो, क्या वे वास्तव में अक्ष हैं?
किसी एक आकाशगंगा का विश्लेषण करना कोई महत्वपूर्ण काम नहीं है, और यहाँ अधिक सावधान रहने के बहुत सारे कारण हैं। उदाहरण के लिए, शोधकर्ताओं ने आकाशगंगा में साधारण और दृश्यमान पदार्थ के वितरण के बारे में कुछ धारणाएँ बनाई हैं, जिसका गुरुत्वाकर्षण प्रभाव भी है। ऐसा माना जाता है कि अण्डाकार आकाशगंगाएँ छोटी आकाशगंगाओं के विलय का परिणाम हैं, जो डार्क मैटर के वितरण को सूक्ष्म तरीके से प्रभावित कर सकती हैं जिनका पता लगाना सामान्य पदार्थ के वितरण का पता लगाना मुश्किल है।
अंत में, इस तरह का ओवरलैपिंग पैटर्न केवल असामान्य रूप से हल्के कुल्हाड़ियों के लिए काम करता है – 10 के क्रम में-22 इलेक्ट्रॉन वोल्ट। इसके विपरीत, इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान लगभग 500,000 इलेक्ट्रॉन वोल्ट होता है। यह अक्षों को न्यूट्रिनो से भी अधिक हल्का बना देगा।
नए पेपर के लेखक स्वयं यहां साक्ष्य के बारे में अधिकतर सतर्क हैं, वाक्य के साथ अपने पेपर को समाप्त करते हुए: “निर्धारित करें कि क्या [WIMP- or axion-based dark matter] खगोलभौतिकीय प्रेक्षणों को बेहतर ढंग से प्रस्तुत करने से संतुलन नई भौतिकी के सिद्धांतों के दो समान वर्गों में से एक की ओर झुक जाएगा। लेकिन उनकी सावधानी सारांश के अंतिम वाक्य में फिसल जाती है, जहाँ वे लिखते हैं, “क्षमता।” [axion-based dark matter] HS 0810+2554 जैसे चुनौतीपूर्ण मामलों में भी लेंस विसंगतियों का समाधान, अन्य खगोलीय प्रेक्षणों को पुन: प्रस्तुत करने में इसकी सफलता के साथ, संतुलन को नई भौतिकी की ओर झुकाता है, जो कुल्हाड़ियों का आह्वान करता है। “
निस्संदेह, हम जल्द ही देखेंगे कि भौतिक विज्ञानी इस पेपर के लेखकों और समकक्ष समीक्षकों से परे इन भावनाओं को साझा करते हैं या नहीं।
प्राकृतिक खगोल विज्ञान, 2023. डीओआई: 10.1038/स41550-023-01943-9 (डीओआई के बारे में)।
