কসমোলজির সবচেয়ে পুরনো ডার্ক ম্যাটার ধারণাগুলোর একটির জন্য আরও কঠোর পরীক্ষা

প্রাচীন ব্ল্যাক হোল আধুনিক জ্যোতির্পদার্থবিজ্ঞানে দীর্ঘদিন ধরে একটি অস্বাভাবিক স্থান দখল করে আছে। তারামণ্ডলীয় ভর-সম্পন্ন ব্ল্যাক হোল, যেগুলো তারা ধসে পড়ে তৈরি হয়, সেগুলোর বিপরীতে এই কাল্পনিক বস্তুগুলো বিগ ব্যাংয়ের পরের একেবারে প্রাথমিক মুহূর্তগুলোর দিকে ফিরে যায়, যখন পদার্থের ঘন পকেটগুলো সরাসরি নিজেদের মাধ্যাকর্ষণের নিচে ধসে পড়তে পারত। তাদের তৈরি হতে তারার প্রয়োজন না থাকায়, এদের বারবার মহাবিশ্বের অদৃশ্য ভরের অন্তত কিছু অংশের সম্ভাব্য ব্যাখ্যা হিসেবে প্রস্তাব করা হয়েছে, যাকে সাধারণত dark matter বলা হয়।

Universe Today-এ আলোচিত একটি নতুন preprint এই ধারণার একটি নির্দিষ্ট অংশকে লক্ষ্য করেছে: 10^14 থেকে 10^17 গ্রাম ভরের প্রাচীন ব্ল্যাক হোল, অর্থাৎ所谓 গ্রহাণু-ভর পরিসর। প্রতিবেদনের মতে, Oakland University এবং Rice University-এর গবেষকেরা মডেল করেছেন যে এমন বস্তুগুলো Milky Way-এর বাইরে দেখা বিস্তৃত, মৃদু extragalactic gamma-ray background-এ কীভাবে অবদান রাখা উচিত। সূত্র-পাঠে যেমন সংক্ষেপে বলা হয়েছে, তাদের উপসংহার হলো এই শ্রেণির প্রাচীন ব্ল্যাক হোল dark matter-এর অর্থপূর্ণ অংশ হতে পারে না।

এই ফলাফল গুরুত্বপূর্ণ, কারণ প্রাচীন ব্ল্যাক হোল এমন কয়েকটি dark matter প্রার্থীর একটি যাদের গঠনের জন্য সম্পূর্ণ নতুন কণার প্রয়োজন নেই। তারা কোথায় লুকিয়ে থাকতে পারে তা আরও সংকুচিত করা এমন একটি ক্ষেত্রকে ছোট করে, যা কয়েক দশক ধরে বিরক্তিকরভাবে খোলা ছিল।

কেন ছোট ব্ল্যাক হোল নীরব থাকবে না

যুক্তিটি Stephen Hawking-এর সঙ্গে সম্পর্কিত একটি মূল তাত্ত্বিক অন্তর্দৃষ্টির ওপর নির্ভর করে। ব্ল্যাক হোলকে প্রায়ই এমন বস্তু হিসেবে বর্ণনা করা হয় যেখান থেকে কিছুই বেরোয় না, কিন্তু quantum প্রভাব দেখায় তারা সম্পূর্ণ কালো নয়। ছোট ব্ল্যাক হোলগুলোর তাপীয় বিকিরণ নির্গত করার কথা, যা এখন Hawking radiation নামে ব্যাপকভাবে পরিচিত, এবং সময়ের সঙ্গে ভর হারায়। ব্ল্যাক হোল যত হালকা, তার চূড়ান্ত বাষ্পীভবন তত দ্রুত।

এটি গ্রহাণু-ভর প্রাচীন ব্ল্যাক হোলগুলোকে বিশেষভাবে আকর্ষণীয় করে তোলে। সূত্র-পাঠে বলা হয়েছে, প্রায় 10^14 গ্রামের নিচের যেকোনো কিছু সম্ভবত ইতিমধ্যে বাষ্পীভূত হয়ে গেছে। কিন্তু 10^14 থেকে 10^17 গ্রামের ব্যান্ডে থাকা ব্ল্যাক হোলগুলো তাদের জীবনচক্রের উজ্জ্বলতর পর্যায়ের দিকে এগোতে এগোতে এখনও টিকে থাকার কথা, যখন তাদের নির্গমন আরও শক্তিশালী হয়। বাস্তব অর্থে, এগুলো অদৃশ্য অবশেষ হওয়া উচিত নয়। বিশেষ করে গামা রশ্মিতে, আকাশে পরিমাপযোগ্য উচ্চ-শক্তির আলো যোগ করার কথা।

এতে একটি পরীক্ষাযোগ্য পূর্বাভাস তৈরি হয়। যদি এই বস্তুগুলো যথেষ্ট সংখ্যায় মহাবিশ্বজুড়ে ছড়িয়ে dark matter-এর বড় অংশ ব্যাখ্যা করে, তবে তাদের সম্মিলিত বিকিরণ extragalactic gamma-ray background-এ একটি চিহ্ন রেখে যাওয়ার কথা। সেই চিহ্ন না থাকলে, dark matter অনুমান যে পরিমাণ দাবি করে তার চেয়ে জনসংখ্যাটি ছোট হতে হবে।

A Saturn V rocket accelerates off the pad. Sustained acceleration is exactly what conjures the faint quantum glow of Unruh radiation. Credit: NASA (public domain).
More in Space

ত্বরণ কেন শূন্যস্থানকে জ্বলজ্বল করাতে পারে

Universe Today-এর একটি নতুন ব্যাখ্যামূলক লেখা Unruh বিকিরণকে ব্যাখ্যা করেছে, যেখানে ত্বরিত একজন পর্যবেক্ষক শূন্যস্থানের মধ্যেও কণার একটি উষ্ণ সাগর অনুভব করতে পারেন।

Read article

একটি সম্ভাব্য সংকেতকে খুব ভিড়ভাট্টা আকাশ থেকে আলাদা করা

তত্ত্বে এটি সহজ শোনালেও, গামা-রশ্মির আকাশ ভিড়ভাট্টা। extragalactic gamma-ray background কোনো একক উৎস থেকে আসে না। এটি blazars, radio galaxies, এবং cosmic rays ও মহাবিশ্বের infrared background-সম্পর্কিত মিথস্ক্রিয়াসহ বহু ধরনের শক্তিশালী বস্তু ও প্রক্রিয়ার সমষ্টিগত সংকেত। তাই প্রাচীন ব্ল্যাক হোলকে আলাদা করার যেকোনো প্রচেষ্টা নির্ভর করে ইতিমধ্যে প্রতিষ্ঠিত অবদানগুলো যতটা সম্ভব সতর্কভাবে মডেল করে বাদ দেওয়ার ওপর।

সূত্র-পাঠ অনুযায়ী, গবেষকেরা এমন একটি মডেল তৈরি করেছেন যা প্রাচীন ব্ল্যাক হোলের জন্য কতটা জায়গা অবশিষ্ট আছে তা জিজ্ঞাসা করার আগে ওই পরিচিত নির্গমনের অনেকটাই সরিয়ে দেয়। তারা আরও বিস্তারিতভাবে এই ব্ল্যাক হোলগুলো সিমুলেট করতে GammaPBHPlotter নামের একটি Python টুল তৈরি করেছেন। মডেলে Hawking radiation, অস্থিতিশীল কণার ক্ষয়, এবং ব্ল্যাক হোলটি আশেপাশের কণার সঙ্গে মিথস্ক্রিয়া করার সময় নির্গত positron-সম্পর্কিত gamma ray অন্তর্ভুক্ত রয়েছে।

এই মাত্রার বিশদ গুরুত্বপূর্ণ, কারণ অনুমান বদলালে দুর্বল সীমা হারিয়ে যেতে পারে। শক্তিশালী বিশ্লেষণ বাস্তব সংকেতের একাধিক নির্গমন-পথকে হিসাবের মধ্যে আনার চেষ্টা করে। মডেল করা নির্গমন বিস্তৃত করে গবেষকেরা এই জনসংখ্যা কতটা দৃশ্যমান হওয়া উচিত, তা কম করে না দেখার লক্ষ্য নিয়েছেন।

গবেষণাটি কী বাতিল করছে বলে মনে হচ্ছে

সূত্রসামগ্রীতে যেমন বর্ণিত হয়েছে, সম্মিলিত মডেলিং ইঙ্গিত দেয় যে গ্রহাণু-ভর প্রাচীন ব্ল্যাক হোল পর্যবেক্ষিত গামা-রশ্মির ব্যাকগ্রাউন্ডের সঙ্গে যথেষ্ট ভালোভাবে মেলে না, তাই তারা dark matter-এর প্রধান ব্যাখ্যা হিসেবে টিকে থাকতে পারে না। অন্যভাবে বললে, যদি এমন বস্তু প্রচুর সংখ্যায় থাকত, তবে আকাশ সম্ভবত গামা রশ্মিতে আরও উজ্জ্বল বা ভিন্ন আকারের দেখাত।

এর মানে এই নয় যে প্রাচীন ব্ল্যাক হোল পুরোপুরি বাদ পড়ে গেছে। এটি শুধু একটি ভর-উইন্ডো সংকুচিত করে। কসমোলজিস্টরা সম্ভাব্য আকারের অনেক বিস্তৃত পরিসরে প্রাচীন ব্ল্যাক হোল বিবেচনা করেছেন, এবং বিভিন্ন পর্যবেক্ষণ পদ্ধতি বিভিন্ন ব্যান্ডে প্রযোজ্য। কিছু সীমা নির্ধারিত হয় gravitational lensing-এর মাধ্যমে, কিছু মহাজাগতিক কাঠামোর ওপর প্রভাবের মাধ্যমে, এবং কিছু এখানে পরীক্ষা করা উচ্চ-শক্তির চিহ্নের মাধ্যমে। এই নতুন কাজের গুরুত্ব নাটকীয় এক ধাপের খণ্ডনের চেয়ে বরং কার্যকর parameter space-এর ক্রমাগত ক্ষয়ে।

Dark matter গবেষণা প্রায়ই এভাবেই এগোয়। একটি একক পরীক্ষা খুব কমই পরিষ্কার সার্বজনীন উত্তর দেয়। বরং, প্রার্থী থেকে প্রার্থী এবং ভর-পরিসর থেকে ভর-পরিসরে সম্ভাব্য লুকানোর জায়গাগুলো ছোট হয়ে আসে। শিরোনাম আবিষ্কার না হয়ে সীমা হলেও, সেটি বৈজ্ঞানিকভাবে মূল্যবান।

This artist's illustration shows a supermassive black hole (SMBH) tearing apart a star that got too close in a tidal disruption event. These events flare brightly, making otherwise invisible black holes visible. Astrophysicists want to find more of these events across cosmic time so they can understand how SMBH have become so massive. The upcoming Nancy Grace Roman Space Telescope will find many more of them. Image Credit: NASA, Ralf Crawford (STScI)
More in Space

তারকা ধ্বংসের মাধ্যমে Roman Space Telescope প্রাচীন ব্ল্যাক হোল উন্মোচন করতে পারে

নতুন গবেষণা বলছে, NASA-এর Nancy Grace Roman Space Telescope cosmic time জুড়ে বহু tidal disruption events শনাক্ত করতে পারে, যা জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের কম ভরবিশিষ্ট supermassive black holes-এর বৃদ্ধি অনুসরণে সাহায্য করবে।

Read article

প্রাচীন ব্ল্যাক হোলের বাইরেও কেন এটি গুরুত্বপূর্ণ

এই গবেষণা জ্যোতির্পদার্থবিজ্ঞানে একটি বৃহত্তর পরিবর্তনও দেখায়: diffuse backgrounds এখন ক্রমশ আবছা অবশিষ্টাংশ নয়, বরং নির্ভুলতার হাতিয়ার হয়ে উঠছে। একসময় কেবল ভিড় বলে মনে করা সংকেতকে এখন অদ্ভুত পদার্থবিদ্যা পরীক্ষার জন্য পরীক্ষাগারে রূপান্তর করা যায়। extragalactic gamma-ray background তার একটি উদাহরণ। উৎস তালিকা ও তাত্ত্বিক নির্গমন মডেল উন্নত করে গবেষকেরা এখনও অবদান রাখতে পারে এমন অদৃশ্য জনসংখ্যা সম্পর্কে আরও তীক্ষ্ণ প্রশ্ন করতে পারেন।

এর প্রভাব প্রাচীন ব্ল্যাক হোলের বাইরেও যায়। মহাবিশ্বে উচ্চ-শক্তির photons ঢোকায় এমন যেকোনো কাল্পনিক বস্তু বা প্রক্রিয়া, নীতিগতভাবে, একই ধরনের হিসাবের মাধ্যমে সীমাবদ্ধ করা যেতে পারে। তাই পরিচিত উৎসগুলোর আরও ভালো মডেলিং কেবল প্রচলিত জ্যোতির্পদার্থবিদ্যাই নয়, মানক চিত্রের বাইরে পদার্থবিদ্যার অনুসন্ধানকেও উন্নত করে।

এ মুহূর্তে, প্রতিবেদিত takeaway আরও সংকীর্ণ হলেও উল্লেখযোগ্য: প্রাচীন-ব্ল্যাক-হোল ডার্ক ম্যাটার ধারণার একটি দীর্ঘস্থায়ী সংস্করণ আবার চাপের মুখে পড়েছে। যদি গ্রহাণু-ভর প্রাচীন ব্ল্যাক হোলগুলো গামা-রশ্মির আভায় লুকিয়ে থাকার কথা ছিল, এই বিশ্লেষণ বলছে আভাটাই তাদের জন্য যথেষ্ট জায়গা না রেখে তাদের ফাঁস করে দিচ্ছে।

যেহেতু কাজটি একটি preprint হিসেবে বর্ণিত, তাই peer review শেষ না হওয়া পর্যন্ত ফলাফলকে প্রাথমিক হিসেবে ধরতে হবে। তবু যুক্তিটি সরল এবং তাৎপর্যপূর্ণ। পরিচিত জনসংখ্যা ও প্রক্রিয়ার মাধ্যমে জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা উচ্চ-শক্তির মহাবিশ্বকে যত নিখুঁতভাবে ব্যাখ্যা করতে পারবেন, বড় dark matter প্রার্থীদের জন্য নিয়ন্ত্রণহীন থাকা তত কঠিন হবে। সেই অর্থে, মৃদু gamma-ray background ঠিক সেটাই করছে যা frontier cosmology-র দরকার: প্রমাণের অনুপস্থিতিকে একটি পরিমাপযোগ্য বৈজ্ঞানিক পরীক্ষায় রূপ দিচ্ছে।

এই নিবন্ধটি Universe Today-এর প্রতিবেদন অবলম্বনে লেখা। মূল নিবন্ধ পড়ুন.

Originally published on universetoday.com