पहले सितारों की कानाफूसी ने काले पदार्थ के बारे में जोर से बहस को उकसाया

हाल ही में एक अप्रत्याशित खोज बताती है कि शुरुआती यूनिवर्स ने पहले जैसा नहीं सोचा था। आरंभिक सिद्धांत कि इस विसंगति के लिए डार्क मैटर को दोषी ठहराया जाता है

यूनिवर्स में पहले सितारों के बारे में खबरें हमेशा अजीब लगती हैं। पिछले जुलाई में, तेल अवीव विश्वविद्यालय के एक कॉस्मोलॉजिस्ट, रेन बरकाना ने अपने लंबे समय से सहयोगी, जिंग बोमैन से एक ईमेल प्राप्त किया। बोमन पाँच खगोलविदों के एक छोटे समूह का नेतृत्व करता है, जिन्होंने पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया के एक दूरदराज के हिस्से में एक रेडियो टेलीस्कोप का निर्माण और कमीशन किया था। उसका लक्ष्य पहले सितारों की कानाफूसी की खोज करना है। बोमन और टीम को पूरी तरह से स्पष्ट संकेत नहीं मिला। और उन्होंने बर्कन को इस बारे में सोचने में मदद करने के लिए कहा कि क्या वास्तव में इस तरह के संकेत को ट्रिगर कर सकता है।

उन वर्षों के दौरान, जब रेडियो टेलीस्कोप आकाश को स्कैन करते हैं, खगोलविदों को ब्रह्मांड में पहले तारों के बेहोश संकेतों को लेने की उम्मीद है। इस तरह की वस्तुएं बहुत मंद हैं, और 13 बिलियन से अधिक प्रकाश-वर्ष की दूरी पर - साधारण दूरबीनों द्वारा प्रतिष्ठित होने के लिए बहुत दूर। इसके बजाय, खगोलविद अपने आसपास के गैस पर इन तारों के प्रभाव के निशान की तलाश कर रहे हैं। बोमन के उपकरण, अन्य दूरबीनों की तरह, ब्रह्मांड के दूर किनारों से आने वाली रेडियो तरंगों के ग्राफ में एक निश्चित विफलता का पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं।

इस तरह के माप करना बहुत मुश्किल है, क्योंकि संभावित संकेतों को न केवल आधुनिक समाज से भारी मात्रा में रेडियो संकेतों को खो दिया जा सकता है - यह एक कारण है कि प्रयोग ऑस्ट्रेलिया के बैकयार्ड में है - बल्कि पास के अंतरिक्ष स्रोतों से संकेतों में भी, जैसे कि हमारे मिल्की वे गैलेक्सी। और फिर भी, कई वर्षों के विधिपूर्वक काम के बाद, बोमन सहकर्मियों के साथ और EDGES प्रयोग (रियलाइज़ेशन सिग्नेचर के वैश्विक युग का पता लगाने के लिए प्रयोग - पुनर्मिलन के वैश्विक युग के निशान खोजने के लिए एक प्रयोग) इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि उन्होंने न केवल पहले सितारों की खोज की, बल्कि यह भी पाया। इस बात का प्रमाण है कि युवा ब्रह्मांड सभी के विचार से अधिक ठंडा था।

बरकाना पर संदेह था। "एक तरफ, माप विश्वसनीय लग रहा था," उन्होंने कहा। "दूसरी ओर, यह बहुत अप्रत्याशित था।"

प्रारंभिक ब्रह्मांड को ठंडा दिखाने के लिए क्या कर सकता है? बरकाना ने सभी संभावनाओं पर विचार किया और महसूस किया कि यह अंधेरे पदार्थ की उपस्थिति के कारण हो सकता है - एक रहस्यमय पदार्थ जो ब्रह्मांड को भरता है, और एक ही समय में यह समझने का सभी प्रयास करता है कि यह क्या है और यह कैसे काम करता है। उन्होंने पाया कि EDGES के परिणामों की व्याख्या साधारण पदार्थ और अंधेरे पदार्थ की परस्पर क्रिया के बिल्कुल नए तरीके के रूप में की जा सकती है।

EDGES ने प्रकृति के 1 मार्च के अंक में इस संकेत और ब्रह्मांड के पहले तारों की खोज के बारे में विवरण की घोषणा की है। लेख के साथ, बरकाना के काम को अंधेरे मामले के बारे में इस नए विचार का वर्णन करते हुए प्रकाशित किया गया था। दुनिया भर के मीडिया ने खोज की खबर फैला दी। एसोसिएटेड प्रेस ने लिखा, "खगोलविदों ने तारों के चालू होने पर अंतरिक्ष की सुबह की एक झलक पकड़ी," और कहा कि "उन्होंने काम पर रहस्यमय अंधेरे पदार्थ की खोज भी की होगी।"

हालांकि, सप्ताह के प्रकाशन के बाद से, दुनिया भर के कॉस्मोलॉजिस्टों ने उत्साह और संदेह का मिश्रण व्यक्त किया है। जिन शोधकर्ताओं ने पहली बार EDGES का परिणाम देखा, जब यह प्रकृति में दिखाई दिया, अपने स्वयं के विश्लेषण का संचालन किया, और यह दिखाया कि भले ही इसके लिए कुछ प्रकार की अंधेरे ऊर्जा जिम्मेदार है, जैसा कि बर्कन ने सुझाव दिया था, इसका केवल एक बहुत छोटा हिस्सा प्रभाव डाल सकता है। (बर्कन ने स्वयं इनमें से कुछ अध्ययनों में भाग लिया था।) लेकिन प्रायोगिक खगोलविदों ने कहा कि हालांकि वे EDGES टीम और उसके द्वारा किए गए कठोर काम का सम्मान करते हैं, लेकिन इस तरह के माप पूरी तरह से विश्वास के लिए कठिन हैं। "अगर यह एक क्रांतिकारी खोज नहीं थी, तो लोगों के लिए परिणामों पर विश्वास करना बहुत आसान होगा," ऑस्ट्रेलिया में स्वाइनबर्न प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के एक खगोलशास्त्री डैनियल प्राइस ने कहा, समान प्रयोगों पर काम करना। "ज्वलंत बयानों के लिए विशद प्रमाण की आवश्यकता होती है।"

जर्नल नेचर में कागजात के प्रकाशन के बाद से यह संदेश कॉस्मोलॉजिकल समुदाय में गूँज उठा है।

कानाफूसी स्रोत

जिस दिन बोमन ने बरकाना से संपर्क किया और उसे अप्रत्याशित EDGES संकेत के बारे में बताया, बरकाना अपने परिवार के साथ अपनी पत्नी के माता-पिता से मिलने गए। यात्रा के दौरान, वह कहता है, उसने संकेत को इंगित किया, अपनी पत्नी को एक दिलचस्प पहेली के बारे में बताया जो बोमन ने उसे बताया था।

EDGES टीम के साथ बोमन ने तटस्थ हाइड्रोजन गैस की अनुभूति की जिसने बिग बैंग के बाद पहले कुछ मिलियन वर्षों में ब्रह्मांड को भर दिया। यह गैस प्रकाश को अवशोषित करने के लिए प्रवण थी, जिसके कारण कॉस्मोलॉजिस्ट काव्यात्मक रूप से "अंधेरे युग" कहते थे। यद्यपि अंतरिक्ष बिखरे हुए पृष्ठभूमि प्रकाश से भरा था, विकिरण (आरआई) से छुटकारा - बिग बैंग के तथाकथित आफ्टरग्लो - इस तटस्थ गैस ने इसे कुछ तरंग दैर्ध्य में अवशोषित किया। EDGES वास्तव में इस अवशोषण पैटर्न की तलाश में था।

जब ब्रह्मांड ब्रह्मांड में तारे चालू होने लगे, तो उनकी ऊर्जा गैस को गर्म करने वाली थी। नतीजतन, गैस पर्याप्त उच्च तापमान तक पहुंच गई और आरआई को अवशोषित करने के लिए बंद हो गई। अवशोषण संकेत समाप्त हो गए और अंधेरे युग समाप्त हो गए।

EDGES द्वारा मापा गया अवशोषण संकेत में सूचना का खजाना होता है। यह फैला हुआ था, जबकि अवशोषण पैटर्न विस्तार ब्रह्मांड के चारों ओर चला गया था। खगोलविद इस खिंचाव का उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए कर सकते हैं कि संकेत कितने समय से पारगमन में है, और इसलिए जब पहले तारे चालू हुए हैं। इसके अलावा, पता लगाए गए सिग्नल की चौड़ाई उस समय से मेल खाती है जो गैस विकिरण को अवशोषित करती है। और सिग्नल की तीव्रता - अवशोषित प्रकाश की मात्रा - उस समय गैस के तापमान और अंतरिक्ष में प्रकाश की मात्रा से जुड़ी होती है।

कई शोधकर्ता इस बाद की विशेषता को सबसे दिलचस्प मानते हैं। लॉस एंजिल्स में कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय के एक कॉस्मोलॉजिस्ट स्टीफन फुरलान्टो ने कहा, "यह अवशोषण जितना संभव हो सके, जितना संभव हो सके उतना अधिक मजबूत हुआ।"


ग्राफ में नीली रेखाएं विभिन्न मॉडलों के अनुसार अपेक्षित अवशोषण शक्ति का संकेत देती हैं। लाल रेखा मापा अवशोषण को दर्शाती है।

सिग्नल की ताकत के लिए सबसे स्पष्ट स्पष्टीकरण यह होगा कि तटस्थ गैस की भविष्यवाणी की तुलना में ठंडा था, यही कारण है कि यह अधिक आरआई को अवशोषित कर सकता है। लेकिन ब्रह्मांड अचानक ठंडा कैसे हो गया? "हम उस समय अवधि के बारे में बात कर रहे हैं जिसमें सितारे बनने लगे," बरकाना ने कहा, "सुबह होने से पहले अंधेरे के बारे में।" "तो सब कुछ संभव के रूप में ठंडा था।" सवाल यह है: क्या ठंडा भी हो सकता है?

जब उसने अपनी पत्नी के माता-पिता के घर के लॉन में पार्क किया, उस दिन, उसे यह विचार आया: क्या यह डार्क मैटर हो सकता है? दरअसल, टीएम, जाहिरा तौर पर, विद्युत चुम्बकीय बल के माध्यम से सामान्य पदार्थ के साथ बातचीत नहीं करता है - यह अवशोषित नहीं करता है और गर्मी का उत्सर्जन नहीं करता है। इसलिए टीएम शुरुआत में यूनिवर्स की शुरुआत में सामान्य मामले की तुलना में अधिक ठंडा या ठंडा हो सकता है, और फिर ठंडा करना जारी रख सकता है।

अगले हफ्ते, उन्होंने एक सिद्धांत पर काम किया कि कैसे टीएम के काल्पनिक रूप को " सूक्ष्म कणों के काले पदार्थ " कहा जाता है , इसके लिए जिम्मेदार हो सकता है। माइक्रो-चार्ज डार्क मैटर (MTM) साधारण पदार्थ के साथ बातचीत कर सकता है, लेकिन केवल कमजोर बातचीत के माध्यम से। फ्यूरेल्टो ने बताया, '' इंटरगैलेक्टिक गैस तब शांत हो सकती है, '' वास्तव में गर्मी को डार्क मैटर सेक्टर में डंप करके, जो अब दिखाई नहीं देता है। '' बरकाना ने इस विचार का वर्णन किया और इसे प्रकृति को भेज दिया।


रेनन बरकाना

फिर उन्होंने इस विचार के साथ और अधिक विस्तार से और सहयोगियों की मदद से काम करना शुरू किया। अन्य वैज्ञानिकों ने भी ऐसा ही किया। नेचर में कामों की उपस्थिति के तुरंत बाद, कई कॉस्मोलॉजिस्ट-सिद्धांतकार इस अप्रत्याशित प्रकार के टीएम के व्यवहार की तुलना करने लगे, जो हम ब्रह्मांड के बारे में जानते हैं - एक्स-रे विकिरण के दशकों, सुपरनोवा विस्फोटों के डेटा, लार्ज हैड्रोन कोलाइडर जैसे कण त्वरक में टकराव के परिणाम और समझ। ब्रह्मांड के पहले कुछ मिनटों में बिग बैंग ने हाइड्रोजन, हीलियम और लिथियम का उत्पादन कैसे किया। अगर वहाँ एमटीएम था, तो क्या ये सभी अवलोकन सार्थक हैं?

लेकिन कुछ भी काम नहीं आया। अधिक सटीक रूप से, शोधकर्ताओं ने पाया कि एमटीएम केवल ब्रह्मांड में टीएम की कुल संख्या का एक छोटा सा हिस्सा बना सकता है - EDGES डेटा में देखी गई विफलता बनाने के लिए बहुत छोटा है। "100% टीएम इस तरह से बातचीत नहीं कर सकता है," अनास्तासिया फियाल्कोव ने कहा, हार्वर्ड विश्वविद्यालय के एक खगोल भौतिकीविद् और एक पेपर के पहले लेखक ने फिजिकल रिव्यू लेटर्स जर्नल को भेजा। एक अन्य काम, जिसके प्रचलन में बारकन और उनके सहयोगियों ने arxiv.org को भेजा, का दावा है कि यह प्रतिशत और भी कम होना चाहिए - यह MTM की कुल संख्या का 1-2% से अधिक नहीं हो सकता है। स्वतंत्र समूह उसी निष्कर्ष पर आए ।

यदि यह एमटीएम नहीं है, तो ईडीजीईएस से अप्रत्याशित सिग्नल अवशोषण शक्ति की व्याख्या क्या हो सकती है? एक और संभावना अंतरिक्ष की सुबह में अतिरिक्त पृष्ठभूमि प्रकाश का अस्तित्व है। अगर जल्दी यूनिवर्स में उम्मीद से अधिक रेडियो तरंगें होतीं, तो "अवशोषण अधिक मजबूत होता, हालांकि गैस स्वयं ही बनी रहती," फ्यूरिसिलो ने कहा। शायद आरआई ब्रह्मांड की प्रारंभिक अवस्था में एकमात्र पृष्ठभूमि प्रकाश नहीं था।

और यह विचार इतना अजीब नहीं है। 2011 में, एक गुब्बारे का उपयोग करते हुए, ARCADE 2 ने एक पृष्ठभूमि रेडियो सिग्नल की उपस्थिति की सूचना दी जो आरआई से उम्मीद की जा सकने वाली हर चीज से अधिक थी। वैज्ञानिक अभी भी इस परिणाम की व्याख्या नहीं कर सकते हैं।

EDGES की खोज के बाद, खगोलविदों के कई समूहों ने डेटा को पुनः प्रकाशित किया। एक समूह ने बीएच का उपयोग करते हुए डेटा की व्याख्या करने की संभावना का अध्ययन किया , क्योंकि वे आकाश में रेडियो उत्सर्जन के सबसे उज्ज्वल अतिरिक्त स्रोत हैं। हालांकि, बीएचएस अन्य प्रकार के विकिरण का भी उत्सर्जन करते हैं, उदाहरण के लिए, एक्स-रे, जो प्रारंभिक ब्रह्मांड में नहीं देखे जाते हैं। इसलिए, खगोलविदों को इस विचार पर संदेह है कि BH का उत्तर हो सकता है।

क्या संकेत वास्तविक है?

शायद जो हो रहा है उसके लिए सबसे सरल स्पष्टीकरण यह है कि डेटा केवल गलत है। माप बेहद कठिन हैं। हालांकि, जाहिरा तौर पर, EDGES टीम ने अपने डेटा की जांच और जांच करने के लिए हर संभव कोशिश की - मूल्य जिसे प्रयोग "चयनात्मक" कहा जाता है - जिसका अर्थ है कि यदि डेटा में कोई दोष है, तो इसे खोजना बहुत मुश्किल होगा।


EDGES प्रयोग के लिए यह एंटीना पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया में एक दूरस्थ स्थान पर 2015 में ऑपरेशन में डाला गया था, जहां व्यावहारिक रूप से कोई रेडियो हस्तक्षेप नहीं है

EDGES टीम ने सितंबर 2015 में अपना रेडियो एंटीना लॉन्च किया। दिसंबर तक, उन्होंने पहले ही सिग्नल देख लिया था, बोल्डर में कोलोराडो विश्वविद्यालय में प्रायोगिक कॉस्मोलॉजिस्ट राउल मोन्सलवे और EDGES टीम के सदस्य थे। "हमें तुरंत उस पर शक था क्योंकि वह उम्मीद से अधिक मजबूत था।"

इसलिए उनका यथोचित परिश्रम मैराथन शुरू हुआ। उन्होंने एक समान एंटीना बनाया और इसे पहले से 150 मीटर की दूरी पर स्थापित किया। उन्होंने पर्यावरणीय प्रभावों और उपकरणों को खत्म करने के लिए एंटेना घुमाया। उन्होंने अलग-अलग अंशांकन और विश्लेषण तकनीकों का उपयोग किया। मोनसालवे ने कहा, "हमने सभी तरह के परीक्षणों और प्रयोगों को इस संभावना को खत्म करने की कोशिश की कि सिग्नल पर्यावरण या किसी अन्य स्रोत से आता है।" - पहले तो हमें खुद पर यकीन नहीं हुआ। हमने सोचा था कि इस तरह के एक मजबूत संकेत बहुत संदेहास्पद लगता है, इसलिए हमें प्रकाशित होने में इतना समय लगा। " वे आश्वस्त हैं कि वे संकेत देखते हैं, और संकेत अप्रत्याशित रूप से मजबूत है।

"मैं परिणाम में विश्वास करता हूं," मूल्य ने कहा, लेकिन उन्होंने जोर दिया कि डेटा को अभी भी व्यवस्थित त्रुटियों के लिए जांचने की आवश्यकता है। उन्होंने एक क्षेत्र का उल्लेख किया जहां प्रयोग, सिद्धांत रूप में, त्रुटि को नजरअंदाज कर सकता है: किसी भी ऐन्टेना की संवेदनशीलता सिग्नल के आने की आवृत्ति और दिशा पर निर्भर करती है। खगोलविद इन खामियों को ध्यान में रखकर या तो उन्हें माप या मॉडलिंग कर सकते हैं। बोमन और सहयोगियों ने उन्हें मॉडलिंग करने का फैसला किया। मूल्य बताता है कि EDGES टीम के सदस्य इसके बजाय उन्हें मापने का एक तरीका ढूंढते हैं, और फिर मापा प्रभाव को ध्यान में रखते हुए सिग्नल का पुन: विश्लेषण करते हैं।

अगले चरण में एक अन्य रेडियो डिटेक्टर पर इस संकेत का पता लगाया जाना है, जिसका अर्थ होगा कि संकेत आकाश से आ रहा है, न कि एंटीना या EDGES मॉडल से। ओवेन्स वैली में कैलिफ़ोर्निया में स्थित LEDA प्रोजेक्ट (लार्ज-एपर्चर एक्सपेरिमेंट टू द डार्क एज़ेस - टू डार्क एज्स का पता लगाने के लिए एक बड़ा एपर्चर वाला प्रयोग) के वैज्ञानिक वर्तमान में इस टूल के डेटा का विश्लेषण कर रहे हैं। फिर उन्हें यह पुष्टि करने की आवश्यकता होगी कि संकेत में एक ब्रह्मांडीय प्रकृति है, और कहीं हमारे मिल्की वे में निर्मित नहीं है। यह कोई आसान काम नहीं है। हमारी आकाशगंगा से रेडियो उत्सर्जन ब्रह्माण्ड संबंधी संकेतों की तुलना में हजारों गुना अधिक मजबूत हो सकता है।

सामान्य तौर पर, शोधकर्ता EDGES मापों और उनकी व्याख्या पर संदेह के एक स्वस्थ हिस्से के साथ संबंधित हैं, जैसा कि बरकाना और कई अन्य कहते हैं। वैज्ञानिकों को अपनी तरह के पहले मापों पर संदेह होना चाहिए - यह है कि आप टिप्पणियों की विश्वसनीयता, विश्लेषण की सटीकता और प्रयोग में त्रुटियों की अनुपस्थिति की गारंटी कैसे दे सकते हैं। इस प्रकार विज्ञान को काम करना चाहिए। तेल अवीव विश्वविद्यालय के कण भौतिकी विशेषज्ञ तोमर वोलांस्की ने कहा, "हम सवाल पूछते हैं, अनुसंधान करते हैं, किसी भी गलत अवसर को नियंत्रित करते हैं"। "हम सच्चाई की तलाश करते हैं।" यदि सच्चाई यह है कि यह TM नहीं है, तो यह TM नहीं है। "