गॅमा-किरण पार्श्वभूमी अभ्यासाने लघुग्रह-भाराच्या आद्य कृष्णविवरांविरुद्धचा मुद्दा अधिक बळकट केला

विश्वविद्येतील सर्वात जुन्या डार्क मॅटर कल्पनांपैकी एकासाठी अधिक कठोर चाचणी

आद्य कृष्णविवरांनी आधुनिक खगोलभौतिकीमध्ये दीर्घकाळ एक विलक्षण स्थान व्यापले आहे. ताऱ्यांच्या कोसळण्याने तयार होणाऱ्या stellar-mass black holesच्या विपरीत, ही काल्पनिक वस्तू Big Bang नंतरच्या अगदी सुरुवातीच्या क्षणांशी संबंधित असतील, जेव्हा पदार्थाचे दाट पुंजके स्वतःच्या गुरुत्वाकर्षणाखाली थेट कोसळले असतील. त्यांना तयार होण्यासाठी ताऱ्यांची गरज नसल्यामुळे, विश्वातील अदृश्य वस्तुमानाच्या किमान काही भागाचे संभाव्य स्पष्टीकरण म्हणून त्यांचा वारंवार प्रस्ताव मांडण्यात आला आहे, ज्याला सामान्यतः dark matter असे म्हटले जाते.

Universe Today ने अधोरेखित केलेल्या एका नव्या preprint मध्ये या कल्पनेच्या एका विशिष्ट भागावर लक्ष केंद्रित करण्यात आले आहे: 10^14 ते 10^17 ग्रॅम दरम्यान वस्तुमान असलेली आद्य कृष्णविवरे, म्हणजेच तथाकथित लघुग्रह-भाराची श्रेणी. अहवालानुसार, Oakland University आणि Rice University येथील संशोधकांनी अशा वस्तूंनी Milky Way च्या पलीकडे दिसणाऱ्या मंद, सर्व-आकाशीय गॅमा-किरण तेजात, म्हणजे diffuse extragalactic gamma-ray background मध्ये, कशी भर घालायला हवी हे मॉडेल केले. स्रोत मजकुरात संक्षेपाने दिलेला त्यांचा निष्कर्ष असा आहे की या प्रकारची आद्य कृष्णविवरे dark matter चा अर्थपूर्ण हिस्सा बनण्याची शक्यता कमी आहे.

हा निष्कर्ष महत्त्वाचा आहे, कारण आद्य कृष्णविवरे ही काही मोजक्या dark matter उमेदवारांपैकी एक आहेत ज्यांना पूर्णपणे नव्या कणांची गरज लागत नाही. ती कुठे लपू शकतात यावरील मर्यादा घट्ट करणे म्हणजे अनेक दशकांपासून त्रासदायकपणे उघडे राहिलेले क्षेत्र संकुचित करणे.

लहान कृष्णविवरे शांत का राहणार नाहीत

हा युक्तिवाद Stephen Hawking यांच्याशी संबंधित एका महत्त्वाच्या सैद्धांतिक अंतर्दृष्टीवर आधारलेला आहे. कृष्णविवरे सामान्यतः अशी वस्तू म्हणून वर्णिली जातात ज्यातून काहीही बाहेर पडत नाही, पण quantum परिणाम सूचित करतात की ती पूर्णपणे काळी नसतात. लहान कृष्णविवरांनी उष्णताजन्य किरणोत्सर्ग सोडावा, जो आता Hawking radiation म्हणून ओळखला जातो, आणि काळानुसार वस्तुमान गमवावे. कृष्णविवर जितके हलके, तितके त्याचे अंतिम बाष्पीभवन वेगाने होते.

म्हणूनच लघुग्रह-भाराची आद्य कृष्णविवरे विशेषतः रोचक ठरतात. स्रोत मजकुरानुसार, सुमारे 10^14 ग्रॅमपेक्षा कमी वस्तुमान असलेली कोणतीही वस्तू कदाचित आधीच बाष्पीभूत झालेली असेल. पण 10^14 ते 10^17 ग्रॅम या पट्ट्यातील कृष्णविवरे त्यांच्या जीवनचक्रातील अधिक तेजस्वी टप्प्यांकडे जात असतानाही अस्तित्वात असावीत, जेव्हा त्यांचा उत्सर्जन अधिक मजबूत होतो. प्रत्यक्षात, ती अदृश्य अवशेष नसावीत. विशेषतः गॅमा किरणांमध्ये, ती आकाशात मोजण्याजोगा उच्च-ऊर्जेचा प्रकाश भर घालायला हवा.

यामुळे एक चाचणीयोग्य भाकीत तयार होते. जर एवढ्या प्रमाणात ही वस्तू विश्वभर पसरून dark matter चा मोठा हिस्सा समजावून सांगत असतील, तर त्यांच्या एकत्रित किरणोत्सर्गाचा ठसा extragalactic gamma-ray background मध्ये दिसायला हवा. तो ठसा अनुपस्थित असेल, तर त्या लोकसंख्येचे प्रमाण dark matter गृहितकाला आवश्यक असलेल्या प्रमाणापेक्षा कमी असले पाहिजे.

संभाव्य संकेताला फार गर्दीच्या आकाशातून वेगळे करणे

सिद्धांततः हे सोपे वाटते, पण गॅमा-किरणांचे आकाश खूप गर्दीचे आहे. extragalactic gamma-ray background हा एका स्रोताकडून तयार होत नाही. तो blazars, radio galaxies, आणि cosmic rays तसेच विश्वातील infrared background शी संबंधित परस्परक्रिया अशा अनेक प्रकारच्या ऊर्जावान वस्तू आणि प्रक्रियांचा एकत्रित संकेत आहे. म्हणूनच आद्य कृष्णविवरांना वेगळे करण्याचा कोणताही प्रयत्न आधीपासून मान्य असलेल्या घटकांचे शक्य तितके काळजीपूर्वक मॉडेलिंग आणि वजाबाकी करण्यावर अवलंबून असतो.

स्रोत मजकुरानुसार, संशोधकांनी आद्य कृष्णविवरांसाठी किती जागा उरते हे विचारण्यापूर्वी ज्ञात उत्सर्जनाचा बराच भाग काढून टाकणारे एक मॉडेल तयार केले. त्यांनी GammaPBHPlotter नावाचे Python साधनही विकसित केले, ज्याद्वारे ही कृष्णविवरे अधिक तपशीलात सिम्युलेट करता येतात. मॉडेलमध्ये Hawking radiation, अस्थिर कणांचे क्षय, आणि कृष्णविवर आजूबाजूच्या कणांशी संवाद साधते तेव्हा निर्माण होणाऱ्या positrons शी संबंधित गॅमा किरणांचा समावेश आहे.

तपशीलाची ही पातळी महत्त्वाची आहे, कारण गृहितके बदलली की कमकुवत निर्बंध नाहीसे होऊ शकतात. अधिक मजबूत विश्लेषण खऱ्या संकेताच्या अनेक मार्गांचा विचार करण्याचा प्रयत्न करते. मॉडेल केलेल्या उत्सर्जनाचा आवाका वाढवून, संशोधकांनी ही लोकसंख्या किती दिसायला हवी हे कमी भासवणे टाळण्याचा प्रयत्न केला.

अभ्यास काय बाद करतो असे दिसते

स्रोत सामग्रीमध्ये वर्णन केल्याप्रमाणे, एकत्रित मॉडेलिंग सूचित करते की लघुग्रह-भाराची आद्य कृष्णविवरे पाहिल्या गेलेल्या गॅमा-किरण पार्श्वभूमीशी पुरेशी जुळत नाहीत, त्यामुळे ती dark matter साठी आघाडीचे स्पष्टीकरण राहू शकत नाहीत. दुसऱ्या शब्दांत, जर अशा वस्तू मोठ्या संख्येने अस्तित्वात असत्या, तर आकाश कदाचित गॅमा किरणांमध्ये अधिक तेजस्वी किंवा वेगळ्या आकाराचे दिसले असते.

याचा अर्थ असा नाही की आद्य कृष्णविवरे पूर्णपणे बाद झाली आहेत. यामुळे फक्त एका वस्तुमान खिडकीची व्याप्ती कमी होते. विश्वशास्त्रज्ञांनी आद्य कृष्णविवरांचा संभाव्य आकारांच्या फार मोठ्या पट्ट्यात विचार केला आहे, आणि वेगवेगळ्या निरीक्षण पद्धती वेगवेगळ्या पट्ट्यांवर लागू होतात. काहींवर gravitational lensing द्वारे, काहींवर विश्वरचनांवरील परिणामांद्वारे, आणि काहींवर येथे तपासलेल्या उच्च-ऊर्जा चिन्हांद्वारे मर्यादा येतात. या नव्या कामाचे महत्त्व नाट्यमय एक-टप्पा खंडनापेक्षा, वापरयोग्य parameter space सतत कमी होत जाण्यात आहे.

Dark matter संशोधन बहुतेक वेळा याच पद्धतीने पुढे जाते. एकच प्रयोग सहसा स्वच्छ सार्वत्रिक उत्तर देत नाही. त्याऐवजी, उमेदवारानुसार आणि वस्तुमान-श्रेणीनुसार संभाव्य लपण्याची ठिकाणे लहान होत जातात. शीर्षक शोध न होता मर्यादा असली तरी ते वैज्ञानिकदृष्ट्या मौल्यवान आहे.

आद्य कृष्णविवरांपलीकडे हे का महत्त्वाचे आहे

हा अभ्यास खगोलभौतिकीतील व्यापक बदलाचेही प्रतिबिंब आहे: diffuse backgrounds आता केवळ अस्पष्ट उरलेले अवशेष न राहता, अचूकतेची साधने बनत आहेत. एकेकाळी गोंधळ समजले गेलेले संकेत आता विलक्षण भौतिकीची चाचणी घेणाऱ्या प्रयोगशाळांमध्ये रूपांतरित होत आहेत. extragalactic gamma-ray background हे एक उदाहरण आहे. स्रोत-यादी आणि सैद्धांतिक उत्सर्जन मॉडेल सुधारल्याने, अजूनही भर घालू शकणाऱ्या अदृश्य लोकसंख्यांबद्दल संशोधक अधिक तीक्ष्ण प्रश्न विचारू शकतात.

याचे परिणाम आद्य कृष्णविवरांपलीकडे जातात. विश्वात उच्च-ऊर्जेचे photons सोडणारी कोणतीही काल्पनिक वस्तू किंवा प्रक्रिया, तत्त्वतः, याच प्रकारच्या हिशेबातून मर्यादित केली जाऊ शकते. त्यामुळे ज्ञात स्रोतांचे चांगले मॉडेलिंग पारंपरिक खगोलभौतिकीबरोबरच मानक चित्रापलीकडील भौतिकीचा शोधही सुधारते.

सध्या, अहवालित takeaway अधिक संकीर्ण पण तरीही उल्लेखनीय आहे: आद्य-कृष्णविवर dark matter कल्पनेची एक दीर्घकालीन आवृत्ती पुन्हा दबावाखाली आली आहे. जर लघुग्रह-भाराची आद्य कृष्णविवरे गॅमा-किरणांच्या प्रकाशात लपतील अशी अपेक्षा असेल, तर हा विश्लेषण सुचवतो की तोच प्रकाश त्यांच्यासाठी तिथे पुरेशी जागा न ठेवता त्यांना उघड करत आहे.

कारण हे काम preprint म्हणून वर्णन केले आहे, त्यामुळे peer review पूर्ण होईपर्यंत निष्कर्ष तात्पुरते मानले पाहिजेत. तरीही, तर्क सोपा आणि परिणामकारक आहे. ज्ञात लोकसंख्या आणि प्रक्रियांद्वारे खगोलशास्त्रज्ञ उच्च-ऊर्जेच्या विश्वाचे जितके अचूक स्पष्टीकरण देऊ शकतात, तितके प्रमुख dark matter उमेदवारांना निर्बंधरहित राहणे कठीण होते. त्या अर्थाने, मंद गॅमा-किरण पार्श्वभूमी फ्रंटियर कास्मोलॉजीला आवश्यक असलेलेच करत आहे: पुराव्याच्या अनुपस्थितीला मोजता येण्याजोग्या वैज्ञानिक चाचणीत रूपांतरित करत आहे.

हा लेख Universe Today च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.