गुरुत्वाकर्षण तरंगें न्यूट्रॉन सितारों को ब्लैक होल में परिवर्तित करने वाले डार्क मैटर को प्रकट कर सकती हैं - भौतिकी विश्व

भारत में सैद्धांतिक भौतिकविदों की एक टीम ने दिखाया है कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें उस भूमिका को प्रकट कर सकती हैं जो न्यूट्रॉन सितारों को ब्लैक होल में बदलने में डार्क मैटर निभा सकता है।

डार्क मैटर एक काल्पनिक, अदृश्य पदार्थ है जिसका उपयोग आकाशगंगाओं और आकाशगंगा समूहों जैसी बड़े पैमाने की संरचनाओं के विचित्र व्यवहार को समझाने के लिए किया जाता है - ऐसा व्यवहार जिसे केवल गुरुत्वाकर्षण द्वारा नहीं समझाया जा सकता है।

यदि यह मौजूद है, तो डार्क मैटर को गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से सामान्य पदार्थ के साथ बातचीत करनी चाहिए। हालाँकि, कुछ मॉडल भविष्यवाणी करते हैं कि डार्क मैटर बहुत कमजोर गैर-गुरुत्वाकर्षण इंटरैक्शन के माध्यम से सामान्य पदार्थ के साथ भी बातचीत कर सकता है।

कमजोर लेकिन पर्याप्त

"गैर-गुरुत्वाकर्षण संपर्क का मतलब है कि [डार्क मैटर कणों] से प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ किसी प्रकार की बातचीत होने की उम्मीद है," सुलग्ना भट्टाचार्य बोला था भौतिकी की दुनिया. भट्टाचार्य मुंबई में टाटा इंस्टीट्यूट ऑफ फंडामेंटल रिसर्च में स्नातक छात्र हैं, जो कहते हैं, "ये इंटरैक्शन बहुत कमजोर हो सकते हैं, लेकिन ये डार्क मैटर कणों को न्यूट्रॉन स्टार के अंदर कैद होने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त हो सकते हैं"।

न्यूट्रॉन तारे विशाल तारों के घने कोर अवशेष हैं जो सुपरनोवा के रूप में विस्फोटित हुए हैं। वे बहुत छोटे हैं, शायद एक दर्जन किलोमीटर चौड़े, लेकिन उनका द्रव्यमान सूर्य से भी अधिक है। न्यूट्रॉन तारे का कोर इतना घना है कि यह सामान्य पदार्थ और डार्क मैटर के बीच परस्पर क्रिया की संभावना को बढ़ा सकता है।

एक न्यूट्रॉन तारे का अधिकतम सैद्धांतिक द्रव्यमान 2.5 सौर द्रव्यमान हो सकता है, लेकिन व्यवहार में अधिकांश बहुत छोटे होते हैं, लगभग 1.4 सौर द्रव्यमान। 2.5 सौर द्रव्यमान से अधिक वाले न्यूट्रॉन तारे ब्लैक होल बनाने के लिए गुरुत्वाकर्षण पतन से गुजरेंगे।

अंतर कम करना

तारकीय द्रव्यमान वाले ब्लैक होल सीधे सुपरनोवा (बड़े सितारों के विस्फोट) से भी बन सकते हैं, लेकिन सैद्धांतिक मॉडलिंग ने सुझाव दिया है कि 2-5 सौर द्रव्यमान पर ब्लैक होल का अस्तित्व नहीं होना चाहिए। हाल तक, यह अवलोकन संबंधी साक्ष्यों द्वारा समर्थित था। हालाँकि, 2015 की शुरुआत में, ब्लैक-होल जोड़े के विलय से गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अवलोकन से इस द्रव्यमान अंतराल के भीतर ब्लैक होल के अस्तित्व का पता चला।

उदाहरण के लिए, गीगावॉट 190814 2019 में पता चली एक गुरुत्वाकर्षण-तरंग घटना थी जिसमें 2.50-2.67 सौर द्रव्यमान वाली एक वस्तु शामिल थी। एक और रहस्यमयी घटना थी गीगावॉट 190425, 2019 में भी पता चला, जिसमें संयुक्त वस्तु का द्रव्यमान 3.4 सौर द्रव्यमान था। यह किसी भी ज्ञात बाइनरी न्यूट्रॉन स्टार सिस्टम की तुलना में काफी अधिक कुल द्रव्यमान है।

अब भट्टाचार्य, उनके पर्यवेक्षक बासुदेब दासगुप्ता, प्लस रंजन लाहा भारतीय विज्ञान संस्थान के और अनुपम रे कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के शोधकर्ताओं ने सुझाव दिया है कि न्यूट्रॉन तारे के कोर के भीतर जमा होने वाला डार्क मैटर कोर घनत्व को इस हद तक बढ़ा देगा कि यह एक लघु ब्लैक होल में ढह जाएगा। यह ब्लैक होल फिर बड़ा होगा और न्यूट्रॉन तारे को अपनी चपेट में ले लेगा। इसका परिणाम अपेक्षा से कम द्रव्यमान वाला एक ब्लैक होल होगा। और, ऐसे कम द्रव्यमान वाले ब्लैक होल का पता लगाना डार्क मैटर के लिए आकर्षक सबूत होगा।

"खगोलीय रूप से विदेशी"

"ये कॉम्पैक्ट वस्तुएं खगोलीय रूप से आकर्षक होंगी," भट्टाचार्य कहते हैं, जो इस परिकल्पना का वर्णन करने वाले एक पेपर के मुख्य लेखक हैं। फिजिकल रिव्यू लेटर्स. उनका पेपर GW 190814 और GW 190425 को विलय के रूप में प्रस्तुत करता है जिसमें ब्लैक होल शामिल हो सकते हैं जो डार्क मैटर की मदद से बनाए गए थे।

न्यूट्रॉन सितारों से परिवर्तित ब्लैक होल मौजूद हैं या नहीं, भट्टाचार्य का कहना है कि उनकी खोज करने से, "न्यूक्लियंस के साथ डार्क मैटर इंटरैक्शन पर कुछ महत्वपूर्ण बाधाएं" मिलेंगी। परिणामस्वरूप, देखे जा रहे विलयों की बढ़ती संख्या भौतिकविदों को डार्क मैटर के विभिन्न मॉडलों का मूल्यांकन करने की अनुमति दे सकती है।

डार्क मैटर द्वारा संचालित तारे JWST द्वारा देखे गए होंगे  

एक और संभावना यह है कि GW 190814 और GW 190425 में देखी गई कम द्रव्यमान वाली वस्तुएं प्राइमर्डियल ब्लैक होल हैं जो बिग बैंग के तत्काल बाद बनी थीं। हालाँकि, कुछ सिद्धांतों का सुझाव है कि प्राइमर्डियल ब्लैक होल डार्क मैटर का एक घटक हो सकते हैं - इसलिए विलय का अध्ययन डार्क मैटर की प्रकृति के बारे में और भी अधिक जानकारी प्रदान कर सकता है।

वास्तव में, डार्क मैटर के साक्ष्य की खोज के लिए गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उपयोग करने का मुख्य लाभ यह है कि यह सामान्य पदार्थ के साथ डार्क मैटर की हल्की गैर-गुरुत्वाकर्षण बातचीत का पता लगाने के लिए हमारे पास सबसे संवेदनशील साधन है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि गुरुत्वाकर्षण तरंगों का अवलोकन "न्यूट्रिनो फ़्लोर" के अधीन नहीं है, जो उन प्रयोगों को सीमित करता है जिनका उद्देश्य सीधे काले पदार्थ का पता लगाना है। फ़्लोर इस तथ्य को संदर्भित करता है कि न्यूट्रिनो डार्क-मैटर डिटेक्टरों जैसे पृष्ठभूमि शोर का एक महत्वपूर्ण स्रोत हैं लक्स-ज़ेप्लिन.

भट्टाचार्य कहते हैं, "हमारे द्वारा सुझाई गई विधि उन क्षेत्रों की जांच कर सकती है जो सीमित जोखिम और डिटेक्टर संवेदनशीलता के कारण इन स्थलीय डिटेक्टरों की पहुंच से परे हैं।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/gravitational-waves-could-reveal-dark-matter-transforming-neutron-stars-into-black-holes/