মহাবিশ্বের একটি নতুন মানচিত্র, মহাজাগতিক নিউট্রিনো দিয়ে আঁকা | কোয়ান্টা ম্যাগাজিন

100 ট্রিলিয়ন নিউট্রিনো যা প্রতি সেকেন্ডে আপনার মধ্য দিয়ে যায়, বেশিরভাগই আসে সূর্য বা পৃথিবীর বায়ুমণ্ডল থেকে। কিন্তু কণার একটি বিক্ষিপ্ততা - যারা বাকিদের তুলনায় অনেক দ্রুত গতিশীল - শক্তিশালী উত্স থেকে এখানে ভ্রমণ করেছে। কয়েক দশক ধরে, জ্যোতির্পদার্থবিদরা এই "মহাজাগতিক" নিউট্রিনোগুলির উত্স সন্ধান করেছেন। এখন, আইসকিউব নিউট্রিনো অবজারভেটরি শেষ পর্যন্ত সেগুলির মধ্যে যথেষ্ট পরিমাণে সংগ্রহ করেছে যাতে তারা কোথা থেকে আসছে তা জানাতে পারে।

একটি ইন কাগজ আজ প্রকাশিত বিজ্ঞান, দলটি নিউট্রিনোতে মিল্কিওয়ের প্রথম মানচিত্র প্রকাশ করেছে। (সাধারণত আমাদের গ্যালাক্সি ফোটন, আলোর কণা দিয়ে ম্যাপ করা হয়।) নতুন মানচিত্র দেখায় যে মহাজাগতিক নিউট্রিনোগুলির একটি ছড়িয়ে পড়া ধোঁয়া আকাশগঙ্গা থেকে নির্গত হয়, কিন্তু আশ্চর্যের বিষয়, কোনও পৃথক উত্স আলাদা নয়। "এটি একটি রহস্য," বলেন ফ্রান্সিস হ্যালজেন, যিনি IceCube এর নেতৃত্ব দেন।

ফলাফল একটি অনুসরণ করে গত শরত থেকে IceCube অধ্যয়ন, এছাড়াও মধ্যে বিজ্ঞান, এটিই সর্বপ্রথম একটি স্বতন্ত্র উৎসের সাথে মহাজাগতিক নিউট্রিনো সংযোগ করে। এটি দেখায় যে মানমন্দির দ্বারা এখনও পর্যন্ত শনাক্ত করা মহাজাগতিক নিউট্রিনোগুলির একটি বড় অংশ এনজিসি 1068 নামক একটি "সক্রিয়" গ্যালাক্সির হৃদয় থেকে এসেছে। গ্যালাক্সির উজ্জ্বল কেন্দ্রে, পদার্থ একটি কেন্দ্রীয় সুপারম্যাসিভ ব্ল্যাক হোলে সর্পিল করে, কোনোভাবে মহাজাগতিক নিউট্রিনো তৈরি করে। প্রক্রিয়া.

"এটা সত্যিই সন্তোষজনক," বলেন কেট স্কোলবার্গ, ডিউক বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন নিউট্রিনো পদার্থবিদ যিনি গবেষণায় জড়িত ছিলেন না। “তারা আসলে একটি ছায়াপথ শনাক্ত করেছে। সমগ্র নিউট্রিনো জ্যোতির্বিজ্ঞান সম্প্রদায় চিরকালের জন্য এই ধরনের জিনিস করার চেষ্টা করে আসছে।"

মহাজাগতিক নিউট্রিনো উত্সগুলি চিহ্নিত করা মৌলিক পদার্থবিজ্ঞানের একটি নতুন অনুসন্ধান হিসাবে কণাগুলিকে ব্যবহার করার সম্ভাবনা উন্মুক্ত করে। গবেষকরা দেখিয়েছেন যে নিউট্রিনোগুলিকে কণা পদার্থবিদ্যার রাজকীয় স্ট্যান্ডার্ড মডেলে ফাটল খুলতে এবং এমনকি মহাকর্ষের কোয়ান্টাম বিবরণ পরীক্ষা করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

তবুও অন্তত কিছু মহাজাগতিক নিউট্রিনোর উৎপত্তি শনাক্ত করা মাত্র একটি প্রথম ধাপ। কিছু সুপারম্যাসিভ ব্ল্যাক হোলের চারপাশের কার্যকলাপ কীভাবে এই কণাগুলি তৈরি করে সে সম্পর্কে খুব কমই জানা যায়, এবং এখনও পর্যন্ত প্রমাণগুলি একাধিক প্রক্রিয়া বা পরিস্থিতিতে নির্দেশ করে।

দীর্ঘ-চাওয়া মূল

প্রচুর পরিমাণে, নিউট্রিনো সাধারণত কোনো চিহ্ন না রেখেই পৃথিবীর মধ্য দিয়ে যায়; একটি দুর্দান্তভাবে বিশাল ডিটেক্টর তৈরি করতে হয়েছিল যাতে তারা যে দিক থেকে আসে সেগুলির নিদর্শনগুলি বোঝার জন্য তাদের যথেষ্ট সনাক্ত করার জন্য। IceCube, 12 বছর আগে নির্মিত, অ্যান্টার্কটিক বরফের গভীরে উদাসীন ডিটেক্টরের কিলোমিটার দীর্ঘ স্ট্রিং নিয়ে গঠিত। প্রতি বছর, IceCube এমন উচ্চ শক্তির সাথে এক ডজন বা তার বেশি মহাজাগতিক নিউট্রিনো সনাক্ত করে যে তারা স্পষ্টভাবে বায়ুমণ্ডলীয় এবং সৌর নিউট্রিনোগুলির একটি ধোঁয়াশা থেকে বেরিয়ে আসে। আরও পরিশীলিত বিশ্লেষণ বাকি ডেটা থেকে অতিরিক্ত প্রার্থী মহাজাগতিক নিউট্রিনোগুলিকে উত্যক্ত করতে পারে।

জ্যোতির্পদার্থবিদরা জানেন যে মহাজাগতিক রশ্মি নামে পরিচিত দ্রুত-গতিসম্পন্ন পারমাণবিক নিউক্লিয়াস যখন মহাকাশের কোথাও কোনো বস্তুর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয় তখনই এই ধরনের অনলস নিউট্রিনো উৎপন্ন হতে পারে। এবং মহাবিশ্বের খুব কম জায়গায়ই পর্যাপ্ত শক্তি পর্যন্ত মহাজাগতিক রশ্মি চাবুক করার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র রয়েছে। গামা-রশ্মি বিস্ফোরণ, আলোর আল্ট্রাব্রাইট ফ্ল্যাশ যা কিছু নক্ষত্র যখন সুপারনোভাতে চলে যায় বা যখন নিউট্রন তারা একে অপরের মধ্যে সর্পিল হয় তখন ঘটে, দীর্ঘকাল ধরে সবচেয়ে যুক্তিযুক্ত বিকল্পগুলির মধ্যে একটি বলে মনে করা হয়েছিল। একমাত্র আসল বিকল্পটি ছিল সক্রিয় গ্যালাকটিক নিউক্লিয়াস, বা AGN - গ্যালাক্সি যার কেন্দ্রীয় সুপারম্যাসিভ ব্ল্যাক হোল পদার্থের মধ্যে পড়ে কণা এবং বিকিরণ বের করে।

গামা-রশ্মি-বিস্ফোরণ তত্ত্বটি 2012 সালে স্থল হারিয়েছিল, যখন জ্যোতির্পদার্থবিদরা বুঝতে পেরেছিলেন যে যদি এই উজ্জ্বল বিস্ফোরণগুলি দায়ী হয় তবে আমরা দেখতে আশা করব আরও অনেক মহাজাগতিক নিউট্রিনো আমাদের চেয়ে তারপরও বিবাদ মিটেনি।

তারপরে, 2016 সালে, IceCube যখনই তারা একটি মহাজাগতিক নিউট্রিনো শনাক্ত করে তখনই সতর্কতা পাঠাতে শুরু করে, যা অন্যান্য জ্যোতির্বিজ্ঞানীদেরকে টেলিস্কোপগুলিকে যে দিক থেকে এসেছে সেই দিকে প্রশিক্ষণ দেওয়ার জন্য প্ররোচিত করে। পরের সেপ্টেম্বর, তারা অস্থায়ীভাবে TXS নামক একটি সক্রিয় গ্যালাক্সির সাথে একটি মহাজাগতিক নিউট্রিনো মিলেছে 0506+056, বা সংক্ষেপে TXS, যা একই সময়ে এক্স-রে এবং গামা রশ্মির শিখা নির্গত করছিল। "এটি অবশ্যই অনেক আগ্রহের জন্ম দিয়েছে," বলেছেন মার্কোস স্যান্টান্ডার, আলাবামা বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন আইসকিউব সহযোগী।

আরও বেশি করে মহাজাগতিক নিউট্রিনো সংগ্রহ করা হয়েছিল, এবং আকাশের আরেকটি প্যাচ বায়ুমণ্ডলীয় নিউট্রিনোগুলির পটভূমির বিপরীতে দাঁড়াতে শুরু করেছিল। এই প্যাচের মাঝখানে কাছাকাছি সক্রিয় গ্যালাক্সি NGC 1068 রয়েছে। IceCube-এর সাম্প্রতিক বিশ্লেষণ দেখায় যে এই পারস্পরিক সম্পর্ক প্রায় নিশ্চিতভাবে কার্যকারণের সমান। বিশ্লেষণের অংশ হিসাবে, IceCube বিজ্ঞানীরা তাদের টেলিস্কোপ পুনঃনির্মাণ করেছেন এবং আকাশের বিভিন্ন প্যাচের প্রতি এর সংবেদনশীলতা আরও ভালভাবে বোঝার জন্য কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা ব্যবহার করেছেন। তারা দেখতে পেল যে 1-এর মধ্যে 100,000-এরও কম সম্ভাবনা রয়েছে যে NGC 1068 এর দিক থেকে নিউট্রিনোর প্রাচুর্য একটি এলোমেলো ওঠানামা।

পরিসংখ্যানগত নিশ্চিততা যে TXS একটি মহাজাগতিক নিউট্রিনো উত্স খুব বেশি পিছিয়ে নেই, এবং সেপ্টেম্বরে, IceCube সম্ভবত TXS এর আশেপাশে থেকে একটি নিউট্রিনো রেকর্ড করেছে যা এখনও বিশ্লেষণ করা হয়নি।

“আমরা আংশিকভাবে অন্ধ ছিলাম; এটা আমরা ফোকাস চালু করেছি মত,” Halzen বলেন. "দৌড় ছিল গামা-রশ্মি বিস্ফোরণ এবং সক্রিয় ছায়াপথের মধ্যে। সেই দৌড়ের সিদ্ধান্ত হয়েছে।”

দৈহিক প্রক্রিয়া

এই দুটি AGN আকাশের উজ্জ্বলতম নিউট্রিনো উত্স বলে মনে হচ্ছে, তবুও, বিস্ময়করভাবে, তারা খুব আলাদা। TXS হল এক ধরনের AGN যা ব্লাজার নামে পরিচিত: এটি উচ্চ-শক্তির বিকিরণের একটি জেটকে সরাসরি পৃথিবীর দিকে ছুড়ে দেয়। তবুও আমরা এনজিসি 1068 থেকে আমাদের পথ নির্দেশ করে এমন কোন জেট দেখতে পাই না। এটি পরামর্শ দেয় যে সক্রিয় ছায়াপথগুলির হৃদয়ে বিভিন্ন প্রক্রিয়া মহাজাগতিক নিউট্রিনোর জন্ম দিতে পারে। "উৎস আরো বৈচিত্র্যময় বলে মনে হচ্ছে," বলেন জুলিয়া টিজুস, জার্মানির রুহর ইউনিভার্সিটি বোচামের একজন তাত্ত্বিক জ্যোতির্বিজ্ঞানী এবং আইসকিউবের সদস্য।

হ্যালজেন সন্দেহ করেন যে NGC 1068-এর সক্রিয় কোরের চারপাশে এমন কিছু উপাদান রয়েছে যা নিউট্রিনো তৈরি হওয়ার কারণে গামা রশ্মির নির্গমনকে বাধা দেয়। কিন্তু সুনির্দিষ্ট প্রক্রিয়া যে কারও অনুমান। "আমরা সক্রিয় ছায়াপথগুলির কোর সম্পর্কে খুব কম জানি কারণ তারা খুব জটিল," তিনি বলেছিলেন।

মিল্কিওয়েতে উদ্ভূত মহাজাগতিক নিউট্রিনো জিনিসগুলিকে আরও ঘোলাটে করে। আমাদের গ্যালাক্সিতে এই জাতীয় উচ্চ-শক্তির কণার কোনও সুস্পষ্ট উত্স নেই - বিশেষত, কোনও সক্রিয় গ্যালাকটিক নিউক্লিয়াস নেই। আমাদের গ্যালাক্সির কোর লক্ষ লক্ষ বছর ধরে ব্যস্ত নয়।

হ্যালজেন অনুমান করেন যে এই নিউট্রিনোগুলি আমাদের ছায়াপথের পূর্ববর্তী, সক্রিয় পর্যায়ে উত্পাদিত মহাজাগতিক রশ্মি থেকে আসে। "আমরা সবসময় ভুলে যাই যে আমরা সময়ের মধ্যে একটি মুহূর্ত দেখছি," তিনি বলেছিলেন। "যে এক্সিলারেটরগুলি এই মহাজাগতিক রশ্মিগুলি তৈরি করেছে তারা লক্ষ লক্ষ বছর আগে তৈরি করেছে।"

আকাশের নতুন ছবিতে যা দেখা যাচ্ছে তা হল NGC 1068 এবং TXS-এর মতো উৎসগুলির তীব্র উজ্জ্বলতা। আকাশগঙ্গা, কাছাকাছি তারা এবং গরম গ্যাসে ভরা, জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা যখন ফোটনের সাথে তাকায় তখন অন্যান্য সমস্ত ছায়াপথকে ছাড়িয়ে যায়। কিন্তু যখন এটি নিউট্রিনোতে দেখা হয়, "আশ্চর্যজনক বিষয় হল আমরা আমাদের ছায়াপথটি খুব কমই দেখতে পারি," হ্যালজেন বলেছিলেন। "আকাশ এক্সট্রা গ্যালাকটিক উত্স দ্বারা প্রভাবিত।"

মিল্কিওয়ে রহস্যকে একপাশে রেখে, জ্যোতির্পদার্থবিদরা অন্ধকার পদার্থ, কোয়ান্টাম মাধ্যাকর্ষণ এবং নিউট্রিনো আচরণের নতুন তত্ত্বগুলি অধ্যয়নের জন্য আরও দূরে, উজ্জ্বল উত্সগুলি ব্যবহার করতে চান।

মৌলিক পদার্থবিদ্যা পরীক্ষা করা

নিউট্রিনোগুলি বিরল সূত্রগুলি সরবরাহ করে যে কণাগুলির আরও সম্পূর্ণ তত্ত্বকে অবশ্যই স্ট্যান্ডার্ড মডেল হিসাবে পরিচিত 50 বছরের পুরানো সমীকরণের সেটকে ছাড়িয়ে যেতে হবে। এই মডেলটি প্রায় নিখুঁত নির্ভুলতার সাথে প্রাথমিক কণা এবং বলগুলিকে বর্ণনা করে, কিন্তু নিউট্রিনোর ক্ষেত্রে এটি ভুল করে: এটি ভবিষ্যদ্বাণী করে যে নিরপেক্ষ কণাগুলি ভরবিহীন, কিন্তু তারা নয় - পুরোপুরি নয়।

পদার্থবিদরা 1998 সালে আবিষ্কার করেছিলেন যে নিউট্রিনো তাদের তিনটি ভিন্ন ধরণের মধ্যে আকৃতি পরিবর্তন করতে পারে; উদাহরণস্বরূপ, সূর্য দ্বারা নির্গত একটি ইলেকট্রন নিউট্রিনো পৃথিবীতে পৌঁছানোর সময় একটি মিউন নিউট্রিনোতে পরিণত হতে পারে। এবং আকৃতি পরিবর্তন করার জন্য, নিউট্রিনোর ভর থাকতে হবে — দোলনগুলি তখনই বোঝা যায় যখন প্রতিটি নিউট্রিনো প্রজাতি তিনটি ভিন্ন (সব অতি ক্ষুদ্র) ভরের একটি কোয়ান্টাম মিশ্রণ হয়।

কয়েক ডজন পরীক্ষা কণা পদার্থবিদদের ধীরে ধীরে বিভিন্ন নিউট্রিনো - সৌর, বায়ুমণ্ডলীয়, পরীক্ষাগার-তৈরি-এর দোলন প্যাটার্নের একটি ছবি তৈরি করার অনুমতি দিয়েছে। কিন্তু AGN থেকে উদ্ভূত মহাজাগতিক নিউট্রিনোগুলি বিশাল বড় দূরত্ব এবং শক্তি জুড়ে কণাগুলির দোলনীয় আচরণের দিকে নজর দেয়। এটি তাদের "পদার্থবিজ্ঞানের জন্য একটি অত্যন্ত সংবেদনশীল অনুসন্ধান করে তোলে যা স্ট্যান্ডার্ড মডেলের বাইরে," বলেন কার্লোস আর্গুয়েলেস-delgado, হার্ভার্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন নিউট্রিনো পদার্থবিদ যিনি বিস্তৃত আইসকিউব সহযোগিতার অংশ।

মহাজাগতিক নিউট্রিনো উত্সগুলি এত দূরে যে নিউট্রিনো দোলনগুলি অস্পষ্ট হয়ে যাওয়া উচিত — জ্যোতির্পদার্থবিদরা যেখানেই তাকান, তারা তিনটি নিউট্রিনো প্রকারের প্রতিটির একটি ধ্রুবক ভগ্নাংশ দেখতে আশা করেন। এই ভগ্নাংশের কোনো ওঠানামা ইঙ্গিত করবে যে নিউট্রিনো দোলন মডেলের পুনর্বিবেচনা করা প্রয়োজন।

আরেকটি সম্ভাবনা হল মহাজাগতিক নিউট্রিনোগুলি ভ্রমণের সময় অন্ধকার পদার্থের সাথে যোগাযোগ করে, যেমনটি অনেকে ভবিষ্যদ্বাণী করেছেন অন্ধকার সেক্টর মডেল. এই মডেলগুলি প্রস্তাব করে যে মহাবিশ্বের অদৃশ্য পদার্থ একাধিক ধরণের অ আলোকিত কণা নিয়ে গঠিত। এই অন্ধকার পদার্থের কণার সাথে মিথস্ক্রিয়া নিউট্রিনোগুলিকে নির্দিষ্ট শক্তির সাথে ছড়িয়ে দেবে একটি ফাঁক তৈরি করুন মহাজাগতিক নিউট্রিনোর বর্ণালীতে যা আমরা দেখি।

অথবা স্থান-কালের কোয়ান্টাম কাঠামো নিজেই নিউট্রিনোকে টেনে আনতে পারে, তাদের ধীর করে দিতে পারে। সম্প্রতি ইতালি ভিত্তিক একটি দল মধ্যে তর্ক প্রকৃতি জ্যোতির্বিদ্যা যে IceCube তথ্য এই ঘটছে ইঙ্গিত দেখায়, কিন্তু অন্যান্য পদার্থবিদরা সন্দিহান এই দাবির.

এগুলির মতো প্রভাবগুলি মিনিটের হবে, তবে আন্তঃগ্যালাকটিক দূরত্বগুলি তাদের সনাক্তযোগ্য স্তরে বাড়িয়ে তুলতে পারে। "এটি অবশ্যই এমন কিছু যা অন্বেষণের মূল্য," Scholberg বলেছেন।

ইতিমধ্যে, Argüelles-ডেলগাডো এবং সহযোগীরা মহাজাগতিক নিউট্রিনোগুলির বিচ্ছুরিত পটভূমি ব্যবহার করেছেন - এনজিসি 1068-এর মতো নির্দিষ্ট উত্সের পরিবর্তে - স্থান-কালের কোয়ান্টাম কাঠামোর প্রমাণ খোঁজার জন্য। তারা রিপোর্ট প্রকৃতি পদার্থবিজ্ঞান অক্টোবরে, তারা কিছুই খুঁজে পায়নি, কিন্তু আইসকিউব ডিটেক্টরের একটি ইলেক্ট্রন নিউট্রিনো থেকে তৃতীয় জাতের নিউট্রিনো - টাউ -কে আলাদা করতে অসুবিধার কারণে তাদের অনুসন্ধান বাধাগ্রস্ত হয়েছিল। সহ-লেখক বলেছেন, "ভাল কণা সনাক্তকরণের" প্রয়োজন টেপেই কাতোরি কিংস কলেজ লন্ডনের। নিয়ে গবেষণা চলছে দুই ধরনের বিচ্ছিন্ন করুন.

কাটোরি বলেছেন যে মহাজাগতিক নিউট্রিনো উত্সগুলির নির্দিষ্ট অবস্থান এবং প্রক্রিয়াগুলি জানা নতুন পদার্থবিজ্ঞানের জন্য এই অনুসন্ধানগুলির সংবেদনশীলতায় একটি "বড় লাফ" প্রদান করবে। প্রতিটি নিউট্রিনো ধরনের সঠিক ভগ্নাংশ উৎস মডেলের উপর নির্ভর করে, এবং সবচেয়ে জনপ্রিয় মডেল, দৈবক্রমে, ভবিষ্যদ্বাণী করে যে তিনটি নিউট্রিনো প্রজাতির সমান সংখ্যা পৃথিবীতে আসবে। কিন্তু মহাজাগতিক নিউট্রিনোগুলি এখনও এতটাই খারাপভাবে বোঝা যায় যে তিনটি প্রকারের ভগ্নাংশের মধ্যে কোনো পর্যবেক্ষণ ভারসাম্যহীনতা ভুল ব্যাখ্যা করা যেতে পারে। ফলাফল হতে পারে কোয়ান্টাম মাধ্যাকর্ষণ, ডার্ক ম্যাটার বা একটি ভাঙা নিউট্রিনো দোলন মডেল - অথবা মহাজাগতিক নিউট্রিনো উৎপাদনের স্থির-অস্পষ্ট পদার্থবিদ্যার পরিণতি। (তবে, কিছু অনুপাত নতুন পদার্থবিজ্ঞানের একটি "ধূমপান বন্দুক" স্বাক্ষর হবে, আর্গুয়েলেস বলেছেন-ডেলগাডো।)

শেষ পর্যন্ত, আমাদের আরও অনেক মহাজাগতিক নিউট্রিনো সনাক্ত করতে হবে, কাটোরি বলেন। এবং এটা মনে হচ্ছে আমরা করব. আইসকিউবকে আপগ্রেড করা হচ্ছে এবং আগামী কয়েক বছরে 10 ঘন কিলোমিটারে প্রসারিত করা হচ্ছে এবং অক্টোবরে সাইবেরিয়ার বৈকাল হ্রদের নীচে একটি নিউট্রিনো ডিটেক্টর তার প্রথম পর্যবেক্ষণ পোস্ট TXS থেকে মহাজাগতিক নিউট্রিনো।

এবং ভূমধ্যসাগরের গভীরে, সম্মিলিতভাবে নিউট্রিনো ডিটেক্টরের কয়েক ডজন স্ট্রিং ডাকা হয় KM3NeT মহাজাগতিক-নিউট্রিনো আকাশের একটি পরিপূরক দৃশ্য অফার করার জন্য একটি রোবট সাবমার্সিবল দ্বারা সমুদ্রতলে বেঁধে দেওয়া হচ্ছে। “চাপগুলি বিশাল; সমুদ্র খুব ক্ষমাশীল,” মার্সেই কণা পদার্থবিদ্যা কেন্দ্রের গবেষণা পরিচালক এবং পরীক্ষার মুখপাত্র পাশকাল কোয়েল বলেছেন। কিন্তু "আমাদের আকাশ পরীক্ষা করার জন্য আরও টেলিস্কোপ এবং আরও ভাগ করা পর্যবেক্ষণ দরকার, যা এখন আসছে।"