खगोलविद डार्क मैटर की पुष्टि के लिए गामा किरण आधिक्य की जांच कर रहे हैं
स्रोत:द हिंदू ↗
क्यों मायने रखता है
ब्रह्मांड की संरचना (Dark Matter और Dark Energy) और इसके अध्ययन के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीकों (Space Telescopes और Observatories) को समझना GS पेपर 3 के विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी (Science and Technology) खंड के लिए अत्यधिक प्रासंगिक है। पल्सर (pulsars), गामा किरणें (gamma rays) और विद्युत चुंबकीय स्पेक्ट्रम (electromagnetic spectrum) जैसी अवधारणाएं भी अक्सर प्रारंभिक परीक्षा (Prelims) में पूछी जाती हैं।
सारांश
खगोलशास्त्री आकाशगंगा (Milky Way) के केंद्र में गामा किरणों की एक रहस्यमयी अधिकता की जांच करके डार्क मैटर (dark matter) के अस्तित्व की संभावित पुष्टि करने के करीब पहुंच रहे हैं। Fermi Space Telescope द्वारा पता लगाए गए इस विकिरण का कारण डार्क मैटर के कणों का एक-दूसरे को नष्ट करना (annihilation) हो सकता है। हालांकि, एक प्रतिस्पर्धी सिद्धांत यह सुझाव देता है कि ये गामा किरणें 'मिलीसेकंड पल्सर' (millisecond pulsars) नामक तेजी से घूमने वाले न्यूट्रॉन सितारों के एक सघन समूह द्वारा उत्सर्जित होती हैं। आगामी Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) अभूतपूर्व स्थानिक रिज़ॉल्यूशन (spatial resolution) और ऊर्जा कवरेज प्रदान करेगी, जो इन दो घटनाओं के बीच अंतर करने के लिए आवश्यक है। यह संभावित रूप से डार्क मैटर की पहली अप्रत्यक्ष पहचान (indirect detection) का अवसर प्रदान कर सकती है, जो ब्रह्मांड का लगभग 27% हिस्सा है।
मुख्य बिंदु
- डार्क मैटर ब्रह्मांड का लगभग 27% और डार्क एनर्जी लगभग 68% हिस्सा बनाती है, जबकि सामान्य दृश्य पदार्थ की हिस्सेदारी केवल 5% है।
- डार्क मैटर को कभी भी प्रत्यक्ष रूप से डिटेक्ट नहीं किया गया है, लेकिन दृश्यमान पदार्थ पर इसके गुरुत्वाकर्षण प्रभावों, जैसे कि आकाशगंगाओं को आपस में बांधे रखना, के माध्यम से इसके अस्तित्व का अनुमान लगाया जाता है।
- 2009 में, Fermi Gamma-ray Space Telescope का उपयोग करने वाले खगोलविदों ने Milky Way के केंद्र के पास गामा किरणों की एक अस्पष्टीकृत अधिकता (unexplained excess) देखी, जिसे Galactic Center GeV Excess के रूप में जाना जाता है।
- वैज्ञानिक इस आधिक्य (excess) के लिए दो मुख्य सिद्धांत प्रस्तावित करते हैं: डार्क मैटर कणों का टकराव और विलोपन (annihilation) (जो स्वयं के प्रतिकणों के रूप में कार्य करते हैं), या मिलीसेकंड पल्सरों (millisecond pulsars) (तेजी से घूमने वाले न्यूट्रॉन तारे) की एक बड़ी और सघन आबादी से होने वाला उत्सर्जन।
- आगामी चेरेनकोव टेलीस्कोप एरे वेधशाला (CTAO), जो वर्तमान में निर्माणाधीन है, उच्च-रिज़ॉल्यूशन गामा-रे अवलोकन क्षमताएं प्रदान करेगी जो डार्क मैटर एनीहिलेशन (dark matter annihilation) और पल्सर उत्सर्जन (pulsar emissions) के बीच स्पष्ट रूप से अंतर कर सकती है।
महत्वपूर्ण शब्द
चेरेनकोव टेलीस्कोप एरे ऑब्जर्वेटरी (CTAO)
अत्यधिक उच्च ऊर्जा वाली गामा किरणों के लिए एक नियोजित अगली पीढ़ी की ज़मीनी (ground-based) वेधशाला। यह डार्क मैटर, ब्लैक होल और कॉस्मिक पार्टिकल एक्सेलेरेटर की जांच करने के लिए दोनों गोलार्द्धों में टेलिस्कोप के एरे (arrays) का उपयोग करती है।
UPSC context
GS प्रश्नपत्र III: विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी। अंतरिक्ष मिशनों, अंतर्राष्ट्रीय सहयोग और अत्याधुनिक खगोलीय अवलोकन उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण।
फर्मी गामा-रे स्पेस टेलीस्कोप
2008 में प्रक्षेपित NASA की एक अंतरिक्ष आधारित वेधशाला, जिसे उच्च-ऊर्जा ब्रह्मांड का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह पल्सर (pulsars), सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक (active galactic nuclei) और संभावित डार्क मैटर संकेतों (dark matter signatures) जैसे स्रोतों की पहचान करने के लिए गामा किरणों (gamma rays) का मानचित्रण करती है।
UPSC context
GS पेपर III: विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी। अंतरिक्ष अन्वेषण के महत्वपूर्ण पड़ावों और मौलिक भौतिकी की खोजों को समझने के लिए महत्वपूर्ण।
गैलेक्टिक सेंटर एक्सेस (GCE)
मिल्की वे के केंद्र में उच्च-ऊर्जा गामा किरणों की एक रहस्यमयी अधिकता (surfeit) का पता चला है। वैज्ञानिक इस बात पर बहस कर रहे हैं कि क्या इसकी उत्पत्ति डार्क मैटर एनीह्युलेशन (dark matter annihilation) से हुई है या मिलीसेकंड पल्सर के सघन समूहों से।
UPSC context
GS पेपर III: विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी। समकालीन खगोलभौतिकी रहस्यों और डार्क मैटर की खोज के ज्ञान का परीक्षण करता है।
डार्क मैटर
पदार्थ का एक परिकल्पित रूप जो प्रकाश उत्सर्जित या परावर्तित नहीं करता है, जिससे यह पारंपरिक टेलिस्कोप के लिए अदृश्य हो जाता है। यह ब्रह्मांड की कुल द्रव्यमान-ऊर्जा सामग्री का लगभग 27% हिस्सा है।
UPSC context
GS पेपर III: विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी। ब्रह्मांड विज्ञान और ब्रह्मांड के मूलभूत गुणों की एक मुख्य अवधारणा।
मिलिसेकंड पल्सर (MSPs)
अत्यधिक सघन न्यूट्रॉन तारे (neutron stars) जो प्रति सेकंड सैकड़ों बार घूमते हैं। वे डार्क मैटर (dark matter) का सहारा लिए बिना आकाशगंगा में उच्च-ऊर्जा विकिरण विसंगतियों (high-energy radiation anomalies) की व्याख्या करने के लिए एक प्रमुख उम्मीदवार हैं।
UPSC context
GS Paper III: विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी। यह तारकीय विकास और ब्रह्मांडीय विकिरण स्रोतों के बारे में जागरूकता का परीक्षण करता है।
WIMPs (दुर्बल अंतःक्रिया करने वाले भारी कण)
परिकल्पित भारी कण जो केवल गुरुत्वाकर्षण और weak force के माध्यम से परस्पर क्रिया करते हैं। ये dark matter की संरचना के लिए प्रमुख सैद्धांतिक उम्मीदवार हैं।
UPSC context
GS पेपर III: विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी। कण भौतिकी (particle physics) और ब्रह्मांड की उत्पत्ति के सिद्धांतों के लिए प्रासंगिक।
अप्रत्यक्ष पहचान
डार्क मैटर के स्वयं के कणों के बजाय इसके विलोपन (annihilation) या क्षय (decay) से उत्पन्न उत्पादों, जैसे कि गामा किरणों या न्यूट्रिनो, के अवलोकन के माध्यम से डार्क मैटर की खोज करने की विधि।
UPSC context
GS Paper III: विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी। उन्नत वैज्ञानिक अनुसंधान और प्रयोगात्मक भौतिकी में उपयोग की जाने वाली पद्धतियों से संबंधित।
प्रारंभिक ट्रैप
डार्क मैटर प्रकाश के साथ बहुत कम अंतःक्रिया करता है, जिससे उच्च-ऊर्जा गामा-रे स्पेस टेलीस्कोप के माध्यम से इसका प्रत्यक्ष अवलोकन संभव हो पाता है।
गलत है। डार्क मैटर विद्युत चुंबकीय बल (electromagnetic force) के साथ बिल्कुल भी अंतःक्रिया नहीं करता है। फर्मी (Fermi) जैसे टेलीस्कोप केवल अप्रत्यक्ष साक्ष्यों की तलाश करते हैं, जैसे कि डार्क मैटर कणों के एक-दूसरे के साथ विलोपन (annihilate) होने पर उत्पन्न होने वाली गामा किरणें।
संबंधित अवधारणाएँ
डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के बीच मौलिक अंतर क्या है?
- डार्क मैटर: ब्रह्मांड का लगभग 27% हिस्सा बनाता है। यह गुरुत्वाकर्षण खिंचाव पैदा करता है, जो एक अदृश्य "गोंद" के रूप में कार्य करते हुए आकाशगंगाओं को आपस में बांधे रखता है।
- डार्क एनर्जी: यह ब्रह्मांड के लगभग 68% भाग का निर्माण करता है। यह एक प्रतिकर्षी बल (repulsive force) के रूप में कार्य करता है जो ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार को संचालित करता है।
- विद्युत चुंबकीय अदृश्यता: न तो प्रकाश को अवशोषित करते हैं, न परावर्तित और न ही उत्सर्जित। दोनों मानक विद्युत चुंबकीय अवलोकन (standard electromagnetic observation) के लिए अदृश्य हैं और इनका अनुमान पूरी तरह से ब्रह्मांड पर उनके प्रभावों के आधार पर लगाया जाता है।
पल्सर और चेरेनकोव रेडिएशन क्या हैं?
- पल्सर (Pulsars): तेजी से घूमने वाले, अत्यधिक चुंबकीय न्यूट्रॉन तारे (विशाल ढहे हुए तारों के अवशेष) जो अपने चुंबकीय ध्रुवों से विद्युत चुंबकीय विकिरण के नियमित पुंज उत्सर्जित करते हैं।
- चेरेनकोव विकिरण: उच्च-ऊर्जा वाली ब्रह्मांडीय गामा किरणों के पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश करने और इसके कणों के साथ परस्पर क्रिया करने पर प्रकाश की धुंधली चमक उत्पन्न होती है। जमीन पर स्थित टेलिस्कोप इन चमक का पता लगाते हैं।
अंतर-विषय पैटर्न
CTAO और भारत की MACE वेधशाला
आगामी CTAO के वैज्ञानिक लक्ष्य लद्दाख के हनले में स्थित भारत के मेजर एटमॉस्फेरिक चेरेनकोव एक्सपेरिमेंट (MACE) टेलीस्कोप के समान हैं। दोनों ही उच्च-ऊर्जा गामा किरणों का पता लगाने और दुर्लभ ब्रह्मांडीय घटनाओं का अध्ययन करने के लिए चेरेनकोव विकिरण का उपयोग करते हैं।
मायावी कण: न्यूट्रिनो बनाम डार्क मैटर
UPSC अक्सर मायावी ब्रह्मांडीय कणों को वर्गीकृत करता है। भारत स्थित न्यूट्रिनो वेधशाला (INO) में अध्ययन किए जाने वाले न्यूट्रिनो के समान, WIMPs जैसे डार्क मैटर के उम्मीदवार सामान्य पदार्थ के साथ अत्यंत दुर्बलता से अंतःक्रिया करते हैं, जिससे इनका प्रत्यक्ष पता लगाना (direct detection) बेहद कठिन हो जाता है।
2026 Prelims में डार्क मैटर/एनर्जी (Dark Matter/Energy) के प्रतिशत और भारत के MACE जैसे ग्राउंड-बेस्ड चेरेनकोव टेलीस्कोप (Cherenkov telescopes) के बीच तुलना करने वाले एक प्रश्न की अपेक्षा करें।
संबद्ध PYQ · 3
संबद्ध PYQ · 3
- 2023PrelimsGS1
Consider the following pairs: Objects in space Description 1. Cepheids: Giant clouds of dust and gas in space 2. Nebulae: Stars which brighten and dim periodically 3. Pulsars: Neutron stars that are formed when massive stars run out of fuel and collapse How many of the above pairs are correctly matched?
- 2022MainsGS3
Launched on 25th December, 2021, James Webb Space Telescope has been much in the news since then. What are its unique features which make it superior to its predecessor Space Telescopes ? What are the key goals of this mission ? What potential benefits does it hold for the human race?
- 2017PrelimsGS1
The terms 'Event Horizon', 'Singularity', 'String Theory' and 'Standard Model' are sometimes seen in the news in the context of
