కాస్మాలజీలోని అత్యంత పురాతన డార్క్ మ్యాటర్ ఆలోచనల్లో ఒకదానికి మరింత కఠినమైన పరీక్ష

ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలు ఆధునిక ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రంలో చాలా కాలంగా ఒక అసాధారణ స్థానం కలిగి ఉన్నాయి. నక్షత్రాలు కూలిపోయి ఏర్పడే stellar-mass black holesతో భిన్నంగా, ఇవి ఊహాత్మక వస్తువులు బిగ్ బ్యాంగ్ తరువాతి అత్యంత ప్రారంభ క్షణాలకు చెందినవిగా భావించబడతాయి; అప్పట్లో పదార్థం యొక్క ఘనమైన గుళికలు తమ స్వీయ గురుత్వాకర్షణ కింద నేరుగా కూలిపోయి ఉండవచ్చు. ఇవి ఏర్పడటానికి నక్షత్రాలు అవసరం లేకపోవడంతో, బ్రహ్మాండంలోని కనిపించని ద్రవ్యరాశిలో కనీసం కొంత భాగాన్ని వివరించగలవని వీటిని పలు మార్లు సూచించారు; దీనిని సాధారణంగా dark matter అని పిలుస్తారు.

Universe Today ద్వారా ప్రస్తావించబడిన ఒక కొత్త preprint ఈ ఆలోచనలోని ఒక నిర్దిష్ట విభాగాన్ని లక్ష్యంగా తీసుకుంది: 10^14 నుండి 10^17 గ్రాముల మధ్య ద్రవ్యరాశి కలిగిన ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలు, అంటే所谓 ఆస్టరాయిడ్-భారం పరిధి. నివేదిక ప్రకారం, Oakland University మరియు Rice Universityకు చెందిన పరిశోధకులు ఈ వస్తువులు Milky Wayకు బయట కనిపించే మసకగా, ఆకాశమంతా వ్యాపించిన గామా-కిరణాల కాంతి అయిన diffuse extragalactic gamma-ray backgroundకు ఎలా దోహదపడతాయో మోడల్ చేశారు. మూల పాఠ్యంలో సారాంశంగా ఇచ్చిన వారి నిర్ధారణ ప్రకారం, ఈ తరహా ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలు dark matterలో గణనీయమైన భాగాన్ని ఏర్పరచే అవకాశం తక్కువ.

ఈ ఫలితం ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే పూర్తిగా కొత్త కణ జాతులు అవసరం లేని కొద్ది dark matter అభ్యర్థుల్లో ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలు ఒకటి. అవి ఎక్కడ దాక్కోవచ్చో చెప్పే పరిమితులను కట్టుదిట్టం చేయడం, దశాబ్దాలుగా నిరాశాజనకంగా తెరిచే ఉన్న ఒక రంగాన్ని మరింత సంకుచితం చేస్తుంది.

చిన్న నల్ల రంధ్రాలు ఎందుకు నిశ్శబ్దంగా ఉండవు

ఈ వాదన Stephen Hawkingతో అనుసంధానమైన కీలక సైద్ధాంతిక అవగాహనపై ఆధారపడి ఉంది. నల్ల రంధ్రాలు సాధారణంగా ఏదీ బయటికి రాని వస్తువులుగా వివరించబడతాయి, కానీ quantum ప్రభావాలు అవి పూర్తిగా నల్లగా ఉండవని సూచిస్తాయి. చిన్న నల్ల రంధ్రాలు thermal radiation విడుదల చేయాలి, ఇది ఇప్పుడు Hawking radiationగా విస్తృతంగా పిలవబడుతోంది, మరియు కాలక్రమేణా ద్రవ్యరాశిని కోల్పోతాయి. నల్ల రంధ్రం ఎంత తేలికగా ఉంటే, దాని తుది ఆవిరీభవనం అంత వేగంగా జరుగుతుంది.

అందువల్ల ఆస్టరాయిడ్-భారం ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలు ముఖ్యంగా ఆసక్తికరంగా ఉన్నాయి. మూల పాఠ్యం ప్రకారం, సుమారు 10^14 గ్రాముల కన్నా తక్కువ ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఏదైనా ఇప్పటికే ఆవిరై పోయి ఉండే అవకాశం ఉంది. కానీ 10^14 నుండి 10^17 గ్రాముల మధ్య ఉన్న నల్ల రంధ్రాలు, తమ జీవితచక్రంలోని మరింత ప్రకాశవంతమైన దశలవైపు చేరుకుంటూనే ఇంకా ఉండాలి, అప్పుడు వాటి ఉద్గారం మరింత బలపడుతుంది. వాస్తవ పరంగా, అవి కనిపించని అవశేషాలుగా ఉండకూడదు. ముఖ్యంగా గామా కిరణాల్లో, అవి కొలవగలిగే అధిక-శక్తి కాంతిని ఆకాశానికి జోడించాలి.

ఇది పరీక్షించదగిన అంచనాను ఇస్తుంది. ఈ వస్తువులలో తగినంత సంఖ్య బ్రహ్మాండమంతా విస్తరించి dark matterలో పెద్ద భాగాన్ని సమర్థిస్తే, వాటి సమష్టి కిరణోద్గారం extragalactic gamma-ray backgroundలో ఒక గుర్తును వదలాలి. ఆ గుర్తు లేకపోతే, dark matter ఊహకన్నా ఆ జనాభా చిన్నదిగా ఉండాలి.

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

వేగవృద్ధి ఖాళీ అంతరిక్షాన్ని ఎందుకు మెరిపించగలదు

Universe Today లో వచ్చిన కొత్త వివరణ Unruh వికిరణాన్ని పరిచయం చేస్తుంది. ఇది ఒక క్వాంటం ప్రభావం; ఇందులో వేగవృద్ధి చెందుతున్న పరిశీలకుడు ఖాళీగా కనిపించే అంతరిక్షంలో కూడా కణాల ఒక ఉష్ణ సముదాయాన్ని అనుభవించగలడు.

Read article

చాలా గిరగిరలాడే ఆకాశం నుంచి సాధ్యమైన సంకేతాన్ని వేరు చేయడం

సిద్ధాంతంగా ఇది సులభంగా అనిపించినా, గామా-కిరణాల ఆకాశం గిరగిరలాడుతోంది. extragalactic gamma-ray background ఒకే మూలం వల్ల ఏర్పడదు. ఇది blazars, radio galaxies, అలాగే cosmic rays మరియు బ్రహ్మాండంలోని infrared backgroundతో సంబంధమున్న పరస్పర చర్యల వంటి అనేక శక్తివంతమైన వస్తువులు, ప్రక్రియల సమిష్టి సంకేతం. అందువల్ల ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలను వేరు చేయాలంటే, ఇప్పటికే తెలిసిన వాటి వాటాను అత్యంత జాగ్రత్తగా మోడల్ చేసి తీసివేయడం అవసరం.

మూల పాఠ్యం ప్రకారం, పరిశోధకులు ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలకు ఎంత స్థలం మిగులుతుందో అడగడానికి ముందు, తెలిసిన ఉద్గారాల్లో పెద్ద భాగాన్ని తొలగించే ఒక మోడల్ నిర్మించారు. అలాగే, ఈ నల్ల రంధ్రాలను మరింత వివరంగా సిమ్యులేట్ చేయడానికి GammaPBHPlotter అనే Python సాధనాన్ని అభివృద్ధి చేశారు. ఆ మోడల్‌లో Hawking radiation, అస్థిర కణాల క్షయం, అలాగే నల్ల రంధ్రం చుట్టూ ఉన్న కణాలతో పరస్పర చర్యలో ఉత్పన్నమయ్యే positronsకు సంబంధించిన గామా కిరణాలు ఉన్నాయి.

వివరాల ఈ స్థాయి ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే ఊహలు మారినప్పుడు బలహీనమైన పరిమితులు కనుమరుగవుతాయి. బలమైన విశ్లేషణ నిజమైన సంకేతం ఏ ఏ మార్గాల ద్వారా కనిపించగలదో అనేక ఛానళ్లను పరిగణలోకి తీసుకోవడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. మోడల్ చేసిన ఉద్గారాన్ని విస్తరించడం ద్వారా, ఈ జనాభా ఎంత కనిపించాలి అన్నదాన్ని తక్కువ అంచనా వేయకుండా ఉండాలని పరిశోధకులు లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నారు.

అధ్యయనం ఏమిని తిరస్కరిస్తున్నట్లుగా కనిపిస్తోంది

మూల పదార్థంలో వివరించినట్లుగా, సమిష్టి మోడలింగ్ ఆస్టరాయిడ్-భారం ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలు గమనించిన గామా-కిరణాల నేపథ్యంతో తగినంతగా సరిపోకపోవచ్చని సూచిస్తోంది, అందువల్ల అవి dark matterకు ప్రధాన వివరణగా ఉండలేవు. మరొక మాటలో చెప్పాలంటే, ఇలాంటి వస్తువులు పెద్ద సంఖ్యలో ఉంటే, ఆకాశం గామా కిరణాలలో మరింత ప్రకాశవంతంగా లేదా భిన్నమైన ఆకారంలో కనిపించేదని భావించాలి.

దాని అర్థం ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలను మొత్తం తిరస్కరించడం కాదు. ఇది ఒక ద్రవ్యరాశి విండోను మాత్రమే సంకుచితం చేస్తుంది. ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలను చాలా విస్తృత పరిమాణ శ్రేణిలో పరిశీలించారు, మరియు విభిన్న పరిశీలనా పద్ధతులు విభిన్న బ్యాండ్లకు వర్తిస్తాయి. కొన్నిటిని gravitational lensing ద్వారా, కొన్నిటిని బ్రహ్మాండీయ నిర్మాణంపై ప్రభావాల ద్వారా, మరికొన్నిటిని ఇక్కడ పరిశీలించిన అధిక-శక్తి సంకేతాల ద్వారా నియంత్రిస్తారు. ఈ కొత్త పని ప్రాముఖ్యత ఒక నాటకీయ ఒక-దశ ఖండన కంటే, ఉపయోగపడే parameter space క్రమంగా తగ్గిపోవడంలో ఉంది.

డార్క్ మ్యాటర్ పరిశోధన తరచుగా ఇలా ముందుకు సాగుతుంది. ఒక్క ప్రయోగం అరుదుగా స్పష్టమైన సార్వత్రిక సమాధానాన్ని ఇస్తుంది. బదులుగా, అభ్యర్థి తరువాత అభ్యర్థి, ద్రవ్యరాశి పరిధి తరువాత ద్రవ్యరాశి పరిధి, సాధ్యమైన దాక్కునే ప్రదేశాలు చిన్నవవుతాయి. శీర్షిక కనుగొనడం కాక పరిమితి అయినప్పటికీ, అది శాస్త్రీయంగా విలువైనదే.

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

Roman Space Telescope నక్షత్రాల వినాశనం ద్వారా ప్రాచీన బ్లాక్ హోల్స్‌ను బయటపెట్టవచ్చు

NASA యొక్క Nancy Grace Roman Space Telescope, cosmic time అంతటా అనేక tidal disruption events‌ను గుర్తించగలదని, దీని ద్వారా ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు తక్కువ-భారీ supermassive black holes వృద్ధిని ట్రాక్ చేయగలరని కొత్త పరిశోధన సూచిస్తోంది.

Read article

ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలకన్నా ఎందుకు ఇది ముఖ్యం

ఈ అధ్యయనం ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రంలో జరుగుతున్న విస్తృత మార్పును కూడా ప్రతిబింబిస్తోంది: diffuse backgrounds ఇప్పుడు మిగిలిన శబ్దం కాక, ఖచ్చితమైన సాధనాలుగా మారుతున్నాయి. ఒకప్పుడు అల్లకల్లోలంగా భావించిన సంకేతాలను, విచిత్ర భౌతిక శాస్త్రాన్ని పరీక్షించే ప్రయోగశాలలుగా మార్చవచ్చు. extragalactic gamma-ray background ఒక ఉదాహరణ. మూల జాబితాలు మరియు సైద్ధాంతిక ఉద్గార మోడళ్లను మెరుగుపరచడం ద్వారా, ఇంకా దోహదం చేస్తుండే అవకాశం ఉన్న కనిపించని జనాభాల గురించి పరిశోధకులు మరింత కఠినమైన ప్రశ్నలు అడగగలరు.

అది ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలకన్నా దూరంగా ప్రభావం చూపుతుంది. బ్రహ్మాండంలోకి అధిక-శక్తి photonsను చొప్పించే ఏ ఊహాత్మక వస్తువు లేదా ప్రక్రియ అయినా, సిద్ధాంతపరంగా ఇదే తరహా లెక్కల ద్వారా నియంత్రించబడవచ్చు. కాబట్టి తెలిసిన మూలాల మెరుగైన మోడలింగ్ సంప్రదాయ ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రాన్నే కాక, ప్రమాణ చిత్రానికి మించిన భౌతిక శాస్త్ర అన్వేషణను కూడా మెరుగుపరుస్తుంది.

ప్రస్తుతం, నివేదించబడిన takeaway మరింత సంకుచితమైనదైనా గమనించదగినదే: ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాల dark matter ఆలోచనలోని దీర్ఘకాలిక రూపం మళ్లీ ఒత్తిడికి లోనవుతోంది. ఆస్టరాయిడ్-భారం ప్రాచీన నల్ల రంధ్రాలు గామా-కిరణాల కాంతిలో దాక్కుంటాయని భావించి ఉంటే, ఈ విశ్లేషణ ఆ కాంతే వాటికి అక్కడ తగినంత స్థలం లేకుండా వాటిని బయటపెడుతోందని సూచిస్తోంది.

ఈ పని preprintగా వివరించబడినందున, peer review పూర్తయ్యే వరకు ఫలితాలను తాత్కాలికంగా చూడాలి. అయినప్పటికీ, తర్కం సరళమైనది మరియు ప్రాధాన్యమైనది. తెలిసిన జనాభాలు, ప్రక్రియలతో అధిక-శక్తి బ్రహ్మాండాన్ని ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు ఎంత ఖచ్చితంగా వివరించగలుగుతారో, ప్రధాన dark matter అభ్యర్థులు నియంత్రణలేనివిగా ఉండటం అంత కష్టం అవుతుంది. ఆ అర్థంలో, మసకగా ఉన్న గామా-కిరణాల నేపథ్యం frontier cosmologyకి అవసరమైనదాన్ని సరిగ్గా చేస్తోంది: ఆధారాల లేమిని కొలవదగిన శాస్త్రీయ పరీక్షగా మార్చుతోంది.

ఈ వ్యాసం Universe Today నివేదిక ఆధారంగా ఉంది. మూల వ్యాసాన్ని చదవండి.

Originally published on universetoday.com