डार्क मैटर एनिहिलेशन साइन्स का अवलोकन

डार्क मैटर, जो ब्रह्मांड के अधिकांश पदार्थों को बनाता है, को देखना आसान नहीं है। वह अंधेरा है। और फिर भी एक तरीका है जिससे डार्क मैटर (टीएम) एक तरह से चमक सकता है।

और वह क्या पसंद है? यदि एचएम में ऐसे कण होते हैं जो स्वयं एंटीपार्टिकल होते हैं (जैसा कि फोटोन, जेड-कण और हिग्स कण, और शायद न्यूट्रिनो के लिए होता है), तो यह संभव है कि दो एचएम कण एक दूसरे से मिलते हैं और नष्ट हो जाते हैं (बस वे कर सकते हैं) एक पॉज़िट्रॉन, या दो फोटॉन के साथ एक इलेक्ट्रॉन का सत्यानाश), कुछ और में बदलना, जिसे हम संभवतः पता लगा सकते हैं - उदाहरण के लिए, दो फोटॉन या किसी अन्य कण और इसके एंटीपार्टिकल में। क्या हम इस प्रभाव का पता लगाने में सक्षम हैं, हमारे लिए अज्ञात कई चीजों पर निर्भर करता है। लेकिन इस घटना की तलाश में कुछ भी गलत नहीं है, और कोशिश करने का एक बहुत अच्छा कारण है।

हम उससे कैसे उम्मीद करेंगे?


अंजीर। 1

पहले हमें अपनी आकाशगंगा, मिल्की वे के केंद्र को देखना होगा। जिस तरह एक दुर्घटना में भीड़ के घंटे में भारी यातायात को देखा जा सकता है, काले पदार्थ के कणों के टकराव की संभावना सबसे अधिक देखी जा सकती है जहां इसका घनत्व सबसे बड़ा है। और सबसे बड़ा यह आकाशगंगाओं के केंद्रों में है। इसका कारण यह है कि (चित्र 1 देखें) आकाशगंगाओं और सितारों के चारों ओर काले पदार्थ के बड़े भाग बनते हैं - वास्तव में, मिल्की वे के द्रव्यमान का अधिकांश भाग काले पदार्थ को एक मोटे क्षेत्र में वितरित किया जाता है, हालांकि इसकी सटीक संरचना अज्ञात और संभवतः काफी है जटिल। तारे और बड़े परमाणु बादल जिनसे वे एक घूर्णन डिस्क बनाते हैं, जो इस बड़े गोले के अंदर स्थित सर्पिल भुजाओं के साथ घूमते हैं और केंद्र में सितारों ( उभार ) की एक गेंद रखते हैं। एचएम के उच्चतम सांद्रता वाले स्थानों में डिस्क और उभार में तारों के जमा होने की संभावना है। इसलिए टकराव और बाद में विनाश, कणों की उपस्थिति के लिए अग्रणी है जो हम संभावित रूप से पता लगाने में सक्षम हैं, आकाशगंगा के केंद्र के पास हो सकते हैं, इसलिए हमें वैज्ञानिक उपकरण विकसित करने की आवश्यकता है जो इस दिशा में देख सकते हैं और संकेत देख सकते हैं कि इस तरह का विनाश होता है।

दुर्भाग्य से, संकेत प्राप्त करना इतना आसान नहीं है, क्योंकि कई प्रकार के ज्ञात कण नहीं हैं, जो गैलेक्सी के केंद्र के पास काले पदार्थ के विनाश में निर्मित होते हैं, पृथ्वी तक पहुंच सकते हैं। केवल लंबे समय तक पर्याप्त कण जो पृथ्वी तक पहुंच सकते हैं, वे हैं इलेक्ट्रॉन, एंटीलेरोन (पॉज़िट्रॉन), प्रोटॉन, एंटीप्रोटोन, कई अन्य स्थिर परमाणु नाभिक (हीलियम), न्यूट्रिनो, एंटीन्यूट्रिनो और फोटॉन। लेकिन न्यूट्रिनो (और एंटीन्यूट्रिनो) का पता लगाना बेहद मुश्किल होता है, और लगभग सभी अन्य कणों में एक विद्युत आवेश होता है, इसलिए उनके मार्ग घुमावदार होते हैं और गैलेक्सी के चुंबकीय क्षेत्र में मुड़ जाते हैं, यही कारण है कि वे कभी भी पृथ्वी तक नहीं पहुँचते हैं। यह भी सुनिश्चित करता है कि अगर वे हमारे पास आए, तो हम यह नहीं कह सकते थे कि वे गैलेक्सी के केंद्र से आए थे या नहीं। फोटोन एकमात्र कण के रूप में रहते हैं, जो सबसे पहले, सीधे गैलेक्सी के केंद्र से पृथ्वी की ओर बढ़ सकते हैं, और दूसरी बात, आसानी से पता लग जाते हैं।


अंजीर। 2

गैलेक्सी के केंद्र से आने वाले असामान्य उच्च-ऊर्जा फोटॉन TM विनाश का एक अच्छा संकेत दे सकते हैं, और लगभग कहीं नहीं (छवि 2)।

हालांकि, इस रणनीति में कई बाधाएं हैं। गैलेक्सी के केंद्र में, कई असामान्य खगोलीय पिंड भी एकत्र किए जाते हैं, जो उच्च-ऊर्जा फोटॉन का उत्सर्जन भी करते हैं। TM विलोपन से निकलने वाले फोटॉन और तारकीय प्रक्रियाओं के अज्ञात वर्ग से निकलने वाले फोटोन के बीच अंतर कैसे करें जो आकाशगंगा के केंद्र में कहीं और से अधिक सामान्य हो सकता है?

उत्तर: आसान नहीं है, केवल एक विशेष मामले को छोड़कर। यदि टीएम कण (एक निश्चित द्रव्यमान, कहते हैं, एम) कभी-कभी दो फोटॉन को बदल सकते हैं, तो इन दोनों फोटोनों के लिए गति ऊर्जा होगी (बहुत अच्छी सटीकता के साथ) द्रव्यमान डार्क पदार्थ के द्रव्यमान मैक ² । कारण सरल है - यह कणों और एंटीपार्टिकल्स के विनाश पर एक लेख में वर्णित है और अंजीर में दिखाया गया है। 3।


अंजीर। 3

यदि कण और एंटीपार्टिकल व्यावहारिक रूप से आराम पर हैं, तो उनमें से प्रत्येक की ऊर्जा लगभग पूरी तरह से द्रव्यमान में निहित है और मैक ^{2 के} लगभग बराबर है। दोनों की दाल लगभग शून्य है। ऊर्जा और गति को संरक्षित किया जाता है, इसलिए कुल ऊर्जा लगभग 2 मैक ² से पहले और विनाश के बाद होती है। जब एक कण और एंटीपार्टिकल एक दूसरे कण और एंटीपार्टिकल में बदल जाते हैं, तो दोनों की ऊर्जा Mc ^{2 के} बराबर होगी। आमतौर पर यह द्रव्यमान + s ऊर्जा और गति ऊर्जा का मिश्रण होगा। मामले में जब अंतिम कण और एंटीपार्टिकल द्रव्यमान के बिना फोटॉन होते हैं और, तदनुसार, द्रव्यमान ऊर्जा, उनकी सारी ऊर्जा गति की ऊर्जा होगी।

हम टीएम कण के द्रव्यमान एम को नहीं जानते हैं, और हम परिणामस्वरूप फोटॉनों की ऊर्जा को नहीं जानते हैं। लेकिन चूंकि सभी इलेक्ट्रॉनों के लिए द्रव्यमान समान है और सभी प्रोटॉन के लिए द्रव्यमान समान है, और सभी टीएम कणों के लिए द्रव्यमान समान है, प्रत्येक टीएम का सत्यानाश मैक ^{2 के} बराबर ऊर्जा वाले दो फोटोन की उपस्थिति को जन्म देगा। और इसका मतलब यह है कि अगर हम आकाशगंगा के केंद्र के करीब के क्षेत्र से निकलने वाली उच्च ऊर्जा के फोटॉनों को मापने के लिए एक विशेष टेलीस्कोप का उपयोग करते हैं, तो उनकी ऊर्जा से फोटॉनों की संख्या का एक ग्राफ तैयार करेंगे, हमें उम्मीद करनी चाहिए कि कई खगोल भौतिकी प्रक्रियाएं विभिन्न ऊर्जाओं के साथ कई फोटॉन बनाएंगी जो कि विभिन्न ऊर्जाएं बनाएंगी एक चिकनी पृष्ठभूमि, लेकिन एचएम के साथ होने वाली प्रक्रियाएं एक ही ऊर्जा के फोटॉनों का एक गुच्छा जोड़ देंगी - एक फट जो पृष्ठभूमि के ऊपर स्थित है (चित्र 4 देखें)। एक खगोलीय वस्तु, कुछ विचित्र तारे की कल्पना करना लगभग असंभव है, जो इस तरह के एक धमाके को बनाने के लिए काफी सरल होगा - इसलिए, एक संकीर्ण फट के रूप में एक संकेत टीएम के कणों के युग्म के विनाश की प्रक्रिया का स्पष्ट प्रमाण होगा।


अंजीर। 4

और यह टीएम की खोज करने का एक बहुत शक्तिशाली तरीका है। यह काम नहीं करेगा यदि टीएम कण खुद के लिए एंटीपार्टिकल नहीं हैं और नष्ट नहीं कर सकते हैं। यह काम नहीं करेगा अगर TM कण बहुत बार विनाश पर फोटॉन का उत्पादन नहीं करते हैं। लेकिन यह काम कर सकता है। और पहले से ही प्रयास हैं, जिनमें से सबसे दिलचस्प है फ़र्मि गामा-रे स्पेस टेलीस्कोप का उपयोग , अंतरिक्ष में काम करने वाले एक उपग्रह के साथ एक प्रयोग और आकाश के चारों ओर से आने वाले फोटॉन को मापना, जिनमें गैलेक्सी के केंद्र से आते हैं।