डार्क मैटर द्वारा संचालित तारे JWST - फिजिक्स वर्ल्ड द्वारा देखे गए होंगे

डार्क मैटर द्वारा संचालित तारे JWST - फिजिक्स वर्ल्ड द्वारा देखे गए होंगे

टाइम स्टैम्प: 1 अगस्त, 2023 सुबह 9:00 बजे

महाविशाल काले तारे
काले तारे, आकाशगंगाएँ नहीं: इन तीन वस्तुओं को मूल रूप से JWST एडवांस्ड डीप एक्स्ट्रागैलेक्टिक सर्वे द्वारा आकाशगंगाओं के रूप में पहचाना गया था। हालाँकि, अब, खगोलविदों की तिकड़ी का तर्क है कि वे वास्तव में सुपरमैसिव डार्क स्टार्स हैं। (सौजन्य: NASA/ESA)

अमेरिकी खगोलविदों की तिकड़ी को "डार्क स्टार्स" के अस्तित्व के लिए ठोस सबूत मिले हैं - डार्क मैटर के विनाश से संचालित काल्पनिक वस्तुएं। गहरे तारे जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) द्वारा देखी गई प्राचीन आकाशगंगाओं की अप्रत्याशित प्रचुरता की व्याख्या कर सकते हैं।  कैथरीन फ़्रीज़ टेक्सास विश्वविद्यालय, ऑस्टिन के साथ कोस्मिन इली और जिलियन पॉलिन कोलगेट विश्वविद्यालय ने JWST डेटा का उपयोग करके यह निष्कर्ष निकाला कि इनमें से तीन आकाशगंगाएँ वास्तव में काले तारे हो सकती हैं।

अपनी पहली छवियां जारी होने के दो साल से भी कम समय में, JWST ने प्रारंभिक ब्रह्मांड के बारे में खगोलविदों की समझ को पहले ही बदल दिया है। इसके सबसे आश्चर्यजनक अवलोकनों में अत्यंत चमकीली, प्राचीन आकाशगंगाओं की विशाल संख्या रही है, जो काले पदार्थ से समृद्ध क्षेत्रों में बनी होंगी।

डार्क मैटर एक काल्पनिक पदार्थ है जिसका उपयोग भौतिकविदों द्वारा ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना को समझाने के लिए किया जाता है। हालाँकि इसे कभी भी प्रत्यक्ष रूप से नहीं देखा गया है, यह ब्रह्मांड विज्ञान के वर्तमान मानक मॉडल - लैम्ब्डा कोल्ड डार्क मैटर मॉडल (ΛCDM) का एक हिस्सा है। यह ब्रह्मांड की संरचना और विस्तार का वर्णन करता है, साथ ही डार्क मैटर के गुरुत्वाकर्षण प्रभाव का भी वर्णन करता है।

डार्क मैटर का गर्म होना

2007 में, फ़्रीज़ और उनके सहयोगियों ने "अंधेरे सितारों" की संभावना का प्रस्ताव रखा, जो प्रारंभिक ब्रह्मांड में आम रहा होगा। यद्यपि ये तारे ज्यादातर हाइड्रोजन और हीलियम से बने हैं, ये विदेशी तारे परमाणु संलयन के बजाय "डार्क मैटर हीटिंग" से ईंधन भरेंगे। इसमें एक प्रकार का डार्क मैटर शामिल हो सकता है जिसे कमजोर इंटरैक्टिंग मास पार्टिकल्स (डब्ल्यूआईएमपी) कहा जाता है। WIMPs पृथ्वी-आधारित पहचान प्रयोगों में दशकों तक खोज से बचते रहे हैं, लेकिन फ़्रीज़ की टीम के अनुसार, प्रारंभिक ब्रह्मांड में काले पदार्थ का अत्यधिक घनत्व उन्हें कुछ शुरुआती सितारों के निर्माण के दौरान नियमित पदार्थ के साथ कहीं अधिक बार बातचीत करने का कारण बन सकता है।

फ़्रीज़ बताते हैं, "प्रारंभिक ब्रह्मांड में, WIMP फोटॉन, इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े और अन्य कणों में नष्ट हो सकते थे, जो ढहते बादलों में हाइड्रोजन से टकराते थे।" “फिर ये कण बादल के अंदर फंस जाते हैं, और काले पदार्थ के कणों के द्रव्यमान से सारी ऊर्जा बादल में जमा कर देते हैं। इसके बाद बादल टूटना बंद कर देता है और एक 'काले तारे' में बदल जाता है।

अंधेरे तारे हर मायने में तारे हैं, जिसमें उनके ठंडे, गिरने वाले पदार्थ का अत्यधिक गुरुत्वाकर्षण बाहरी हाइड्रोस्टेटिक दबाव से पूरी तरह से संतुलित होता है, जो उनके आंतरिक भाग में ऊर्जा-मुक्ति प्रक्रियाओं द्वारा उत्पन्न होता है। फिर भी, फ़्रीज़ का कहना है कि उनमें नियमित सितारों से कई प्रमुख अंतर हैं।

पूरी तरह से ठंडा

फ़्रीज़ बताते हैं, "संलयन संचालित तारों के विपरीत, उनके पास कोई कोर नहीं है, जिन्हें संलयन होने के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है।" "अंधेरे तारे सतह सहित पूरी तरह से ठंडे होते हैं, इसलिए वे आयनकारी फोटॉन या हवाएं उत्पन्न नहीं करते हैं जो उन्हें द्रव्यमान बढ़ने से रोकती हैं।"

परिणामस्वरूप, फ़्रीज़ और उनके सहयोगियों का तर्क है कि अंधेरे सितारों का आकार लगभग 10 एयू और लाखों सौर द्रव्यमान तक होता है। यह तारों को काले पदार्थ के और भी अधिक कणों को खींचने की अनुमति देता है। इस प्रक्रिया में, एक "सुपरमैसिव" डार्क स्टार (एसएमडीएस) पूरी आकाशगंगा को मात देने के लिए पर्याप्त चमकीला हो सकता है।

आमतौर पर, आकाशगंगाओं को तारों से आसानी से अलग किया जा सकता है क्योंकि वे अंतरिक्ष के विस्तारित क्षेत्रों पर कब्जा कर लेते हैं, जबकि तारे प्रकाश के एकल बिंदु के रूप में दिखाई देते हैं। फिर भी इतनी विशाल दूरी पर, JWST के पास भी तारों और आकाशगंगाओं के बीच अंतर करने के लिए पर्याप्त उच्च रिज़ॉल्यूशन नहीं है। यदि फ़्रीज़ और उनके सहकर्मी सही हैं, तो यह सुझाव देगा कि प्राचीन आकाशगंगाएँ JWST के डेटा में इतनी अधिक संख्या में दिखाई देती हैं क्योंकि उनमें से कई SMDS हैं।

अवशोषण रेखाएँ

एसएमडीएस के सबूत खोजने के लिए, तीनों ने जेडब्ल्यूएसटी एडवांस्ड डीप एक्स्ट्रागैलेक्टिक सर्वे (जेएडीईएस) के डेटा की जांच की। सर्वेक्षण में, उन्होंने उम्मीदवार सितारों द्वारा अवशोषित किए जा रहे कुछ तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश के साक्ष्य की तलाश की। विशेष रूप से, वे 1640 एनएम हीलियम-II अवशोषण रेखा में रुचि रखते थे जो अक्सर गर्म, चमकीले सितारों के स्पेक्ट्रा में देखी जाती है।

फ़्रीज़ कहते हैं, "हीलियम-II अवशोषण रेखा एक अंधेरे तारे के लिए एक धूम्रपान बंदूक होगी, क्योंकि आकाशगंगाएँ ऐसी रेखाएँ उत्पन्न नहीं करेंगी।" "यदि हाइड्रोजन और हीलियम के अलावा अन्य तत्व पाए जाते हैं, तो यह एक काला तारा नहीं है।"

जैसे ही उन्होंने JADES के साथ खोज की, उन्होंने कई वस्तुओं की पहचान की जो उनके SMDS मानदंडों से काफी मेल खाती थीं। "हमने पाया कि उनमें से तीन एसएमडीएस से अच्छे मेल खाते हैं," फ़्रीज़ आगे कहते हैं। "उनके पास सही स्पेक्ट्रा है, हालांकि डिटेक्टर का रिज़ॉल्यूशन अभी तक यह नहीं बता सकता है कि ये बिंदु या विस्तारित वस्तुएं हैं।"

भविष्य में, टीम को उम्मीद है कि JWST उन SMDS उम्मीदवारों को चुनेगा जिन्हें गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग द्वारा बढ़ाया गया है - जो रिज़ॉल्यूशन को इतना बढ़ा सकता है कि यह पुष्टि कर सके कि वस्तुएँ वास्तव में विस्तारित आकाशगंगाओं के बजाय प्रकाश के एकल बिंदु हैं। "अगर इनमें से कुछ शुरुआती वस्तुएं आकाशगंगाओं के बजाय अंधेरे तारे हैं, तो इससे ब्रह्मांड विज्ञान के मानक मॉडल के साथ जेडब्ल्यूएसटी के अवलोकनों की स्थिरता बनाए रखने में मदद मिलेगी," फ़्रीज़ कहते हैं।

इसके शीर्ष पर, यह पुष्टि डार्क मैटर की प्रकृति की हमारी समझ में एक बड़ी सफलता हो सकती है, और WIMPs के अस्तित्व के लिए और सबूत प्रदान कर सकती है।

अनुसंधान में वर्णित है नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज की कार्यवाही.

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