115 मिलियन प्रकाश वर्ष दूर स्थित एक धुंधली आकाशगंगा के चारों ओर घूमती तारों की एक रहस्यमयी पट्टी खगोलविदों को ब्रह्मांड के सबसे मायावी तत्वों में से एक, डार्क मैटर का पता लगाने का एक दुर्लभ नया तरीका प्रदान कर रही है।
यह पतली संरचना यूजीसी 9050-डीडब्ल्यू1 को घेरे हुए है, जो पृथ्वी से लगभग 115 मिलियन प्रकाश-वर्ष दूर स्थित एक अति-विस्तृत आकाशगंगा है। शोधकर्ताओं का कहना है कि यह किसी अन्य आकाशगंगा में पहचाना गया पहला ज्ञात गोलाकार क्लस्टर तारकीय प्रवाह है, जो गुरुत्वाकर्षण और डार्क मैटर के अध्ययन के लिए एक शक्तिशाली तकनीक का विस्तार करता है, वह भी हमारी आकाशगंगा के आस-पास के क्षेत्र से बहुत दूर तक।
नेचर पत्रिका में प्रकाशित यह खोज एक अंतरराष्ट्रीय टीम द्वारा की गई है जिसमें नॉर्थवेस्टर्न विश्वविद्यालय की खगोल भौतिक विज्ञानी टिट्स्के स्टार्कनबर्ग भी शामिल हैं। कोपेनहेगन विश्वविद्यालय की जूली कील होल्म और डेनमार्क के तकनीकी विश्वविद्यालय की सारा पियर्सन ने इस शोध का सह-नेतृत्व किया।
इस खोज की सबसे बड़ी खूबी यह है कि यह धारा केवल विस्थापित तारों का समूह मात्र नहीं है। इसका आकार उन तारों के गुरुत्वाकर्षण वातावरण के बारे में जानकारी सुरक्षित रखता है जिनसे होकर वे गुजरे हैं, जिससे खगोलविदों को अदृश्य द्रव्यमान का एक दृश्य संकेतक प्राप्त होता है।
एक तारकीय धारा छिपे हुए डार्क मैटर को उजागर करती है
नॉर्थवेस्टर्न विश्वविद्यालय की टिट्स्के स्टार्कनबर्ग, जिन्होंने इस अध्ययन में सह-लेखक की भूमिका निभाई, ने कहा, “एक तारकीय धारा में सभी तारे लगभग एक ही कक्षा में यात्रा करते हैं, और वह कक्षा आकाशगंगा के गुरुत्वाकर्षण द्वारा निर्धारित होती है। उस गुरुत्वाकर्षण का मॉडल बनाकर, हम आकाशगंगा के कुल द्रव्यमान का अनुमान लगा सकते हैं। हम पहले से ही जानते हैं कि उस द्रव्यमान का लगभग कितना हिस्सा तारों जैसे दृश्य पदार्थ से आता है, इसलिए शेष भाग डार्क मैटर होना चाहिए।”
स्टार्कनबर्ग नॉर्थवेस्टर्न के सेंटर फॉर इंटरडिसिप्लिनरी एक्सप्लोरेशन एंड रिसर्च इन एस्ट्रोफिजिक्स में रिसर्च असिस्टेंट प्रोफेसर हैं और एक्स्ट्रागैलेक्टिक एस्ट्रोनॉमी में विशेषज्ञता रखते हैं।
गोलाकार तारा समूह सघन, गुरुत्वाकर्षण से बंधे हुए तारों के समूह होते हैं जिनमें बड़ी संख्या में तारे होते हैं। लेकिन वे उन आकाशगंगाओं के गुरुत्वाकर्षण से अप्रभावित नहीं होते जिनकी वे परिक्रमा करते हैं।
समय के साथ, एक मेजबान आकाशगंगा किसी तारा समूह से तारों को अपनी ओर खींच सकती है। ये अलग हुए तारे हर दिशा में बिखरने के बजाय तारा समूह की कक्षा के करीब ही रहते हैं, और धीरे-धीरे पतली, आगे और पीछे की धाराओं में फैल जाते हैं। ऐसी संरचनाएं अरबों वर्षों तक बनी रह सकती हैं।
तारामंडल तारकीय धाराओं में कैसे परिवर्तित होते हैं
तारकीय धाराओं की यह व्यवस्थित गति ही उन्हें वैज्ञानिक दृष्टि से इतना उपयोगी बनाती है। चूंकि उनकी गति आकाशगंगा के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के अनुरूप होती है, इसलिए उनके आकार से द्रव्यमान के वितरण का पता चलता है, जिसमें वह द्रव्यमान भी शामिल है जिसे प्रत्यक्ष रूप से नहीं देखा जा सकता।
खगोलविदों ने मिल्की वे आकाशगंगा में दर्जनों गोलाकार क्लस्टर धाराओं की पहचान की है। किसी अन्य आकाशगंगा के आसपास ऐसी ही संरचना खोजना कहीं अधिक कठिन रहा है क्योंकि दूरस्थ धाराओं की सतह की चमक अत्यंत कम होती है।
यूजीसी 9050-डीडब्ल्यू1 ने असाधारण रूप से अनुकूल परिस्थितियाँ प्रदान कीं।
इस अध्ययन के सह-लेखक डेविड सैंड और कैथरीन फील्डर, जो दोनों एरिजोना विश्वविद्यालय के खगोलविद हैं, ने नासा के हबल स्पेस टेलीस्कोप से प्राप्त अभिलेखीय प्रेक्षणों के साथ काम किया था। अध्ययन के सह-लेखक डेविड हेंडेल ने आकाशगंगा की प्रकाशित छवियों का अध्ययन करते समय एक संकीर्ण, घुमावदार आकृति देखी जो देखने में तारकीय धारा जैसी लग रही थी।
हबल ने यूजीसी 9050-डीडब्ल्यू1 के आसपास एक धारा देखी
आकाशगंगा की विरल प्रकृति ने इस खोज को संभव बनाने में मदद की। अति-विरल आकाशगंगाओं में अपेक्षाकृत कम दृश्यमान तारे होते हैं जो एक बड़े क्षेत्र में फैले होते हैं, जिससे एक धुंधली पृष्ठभूमि बनती है जिसके विरुद्ध एक अत्यंत मंद धारा स्पष्ट रूप से दिखाई देती है।
यूजीसी 9050-डीडब्ल्यू1 पहले से ही एक दिलचस्प लक्ष्य था। हबल और रेडियो प्रेक्षणों का उपयोग करके किए गए पूर्व शोध में पाया गया कि इसकी आकृति विकृत है, इसमें एक प्रमुख तारकीय प्रवालमंडल है, और इसमें गोलाकार तारामंडलों की असामान्य रूप से समृद्ध आबादी है। शोधकर्ताओं का अनुमान है कि इसमें लगभग 52 गोलाकार तारामंडल हैं, जिनमें से ये तारामंडल आकाशगंगा के कुल प्रकाश का लगभग 20% योगदान करते हैं। इसकी असामान्य संरचना ने खगोलविदों को यह सुझाव देने के लिए भी प्रेरित किया है कि यह बौनी आकाशगंगाओं के विलय या किसी अन्य प्रबल अंतःक्रिया का अवशेष हो सकता है।
गोलाकार समूहों की यह प्रचुरता नव-पहचानी गई धारा को कुछ हद तक कम आश्चर्यजनक बनाती है, लेकिन इसका महत्व कम नहीं होता।
ब्रह्मांड के लगभग 85% पदार्थ में डार्क मैटर मौजूद है, फिर भी यह प्रकाश को इस तरह से उत्सर्जित, अवशोषित या परावर्तित नहीं करता है जिसे पारंपरिक दूरबीनें सीधे तौर पर देख सकें। इसके बजाय, तारों, आकाशगंगाओं और विशाल ब्रह्मांडीय संरचनाओं पर इसके गुरुत्वाकर्षण प्रभाव से इसकी उपस्थिति का अनुमान लगाया जाता है।
तारकीय धाराओं का उपयोग करके डार्क मैटर का मानचित्रण करना
तारकीय धाराएँ उस प्रभाव का पता लगाने का एक असाधारण रूप से संवेदनशील तरीका प्रदान करती हैं।
यूजीसी 9050-डीडब्ल्यू1 के आसपास की संरचना की पहचान करने के बाद, शोधकर्ताओं ने हजारों कंप्यूटर सिमुलेशन तैयार किए। उन्होंने मूल गोलाकार क्लस्टर के गुणों और आकाशगंगा में पदार्थ के वितरण में बदलाव किया, फिर सिमुलेटेड धाराओं की तुलना प्रेक्षणों में देखे गए चाप से की।
धारा का आकार, रंग और एक सघन पिंड से इसका स्पष्ट संबंध, ये सभी इस निष्कर्ष का समर्थन करते हैं कि यह एक गोलाकार तारा समूह से उत्पन्न हुई है। मॉडलों ने एक विशाल डार्क मैटर हेलो में समाहित आकाशगंगा का भी समर्थन किया, जिससे शोधकर्ताओं को तारकीय धारा से उत्पन्न अति-विस्तृत आकाशगंगा के हेलो पर पहली बार कोई स्पष्ट संकेत मिला।
"हमारे नतीजे पिछली स्टडीज़ और इस अति-विस्तृत आकाशगंगा में डार्क मैटर के बारे में उनके निष्कर्षों से मेल खाते हैं," कील होल्म ने कहा। "हम इस तरह की आकाशगंगा के लिए एक बिल्कुल नए उपकरण से इसका मापन कर रहे हैं, जिससे यह साबित होता है कि यह विधि हमारी आकाशगंगा से परे भी काम करती है।"
दूरस्थ आकाशगंगाओं में डार्क मैटर का एक नया परीक्षण
यह परिणाम महत्वपूर्ण है क्योंकि अति-विस्तृत आकाशगंगाएँ डार्क मैटर के सिद्धांतों के परीक्षण के लिए महत्वपूर्ण क्षेत्र बन गई हैं। अपनी धुंधली उपस्थिति के बावजूद, इनमें डार्क मैटर के बहुत भिन्न अनुमानित गुण हो सकते हैं, और खगोलविद इन असामान्य आकाशगंगाओं के निर्माण और विकास पर बहस जारी रखे हुए हैं। यह नई शोध पद्धति उस छिपे हुए द्रव्यमान की जांच करने का एक स्वतंत्र तरीका प्रदान करती है।
किसी आकाशगंगा के कुल द्रव्यमान को मापना केवल एक संभावना है।
पर्याप्त रूप से पतली तारकीय धारा एक ब्रह्मांडीय डिटेक्टर की तरह भी काम कर सकती है। यदि डार्क मैटर का सघन संकेंद्रण धारा के पास या उसके माध्यम से गुजरता है, तो उसका गुरुत्वाकर्षण तारों को विचलित कर सकता है, जिससे संभावित रूप से अंतराल, गुच्छे या अन्य अनियमितताएं उत्पन्न हो सकती हैं।
स्टार्कनबर्ग ने कहा, "जब डार्क मैटर की छोटी मात्रा पतली तारकीय धाराओं से होकर गुजरती है, तो उनमें अंतराल या गुच्छे बन सकते हैं। खगोलविदों ने लंबे समय से इस बात पर बहस की है कि क्या हमने आकाशगंगा के भीतर की धाराओं में ऐसा होते देखा है। अगर हम यह पुष्टि कर सकें कि यही इन विशेषताओं का कारण है, तो इससे हमें डार्क मैटर के वितरण का परीक्षण करने का एक बिल्कुल नया तरीका मिलेगा और अंततः हम इसकी मूलभूत प्रकृति के बारे में और अधिक जान पाएंगे।"
डार्क मैटर तारों की धाराओं में निशान छोड़ सकता है
डार्क मैटर के बारे में परस्पर विरोधी विचार छोटे डार्क मैटर संरचनाओं की अलग-अलग मात्रा और वितरण की भविष्यवाणी कर सकते हैं। इसलिए तारकीय धाराओं में डार्क मैटर का ऐसे पैमाने पर परीक्षण करने की क्षमता है, जिसका अध्ययन केवल संपूर्ण आकाशगंगाओं के माध्यम से करना कठिन हो सकता है। शोधकर्ता पहले से ही बाहरी आकाशगंगाओं के आसपास की धाराओं से डार्क मैटर हेलो संरचना के बारे में जानकारी निकालने के तरीके विकसित कर रहे हैं।
फिलहाल, UGC 9050-Dw1 एक उदाहरण मात्र है। यदि ऐसे और भी स्रोत मिल जाएं, तो वैज्ञानिक मिल्की वे पर ही निर्भर रहने के बजाय विभिन्न आकाशगंगाओं में डार्क मैटर के वातावरण की तुलना कर सकेंगे।
यह अवसर जल्द ही काफी व्यापक रूप से बढ़ सकता है।
यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी का यूक्लिड मिशन और नासा का नैन्सी ग्रेस रोमन अंतरिक्ष दूरबीन, हबल की तुलना में आकाश के कहीं अधिक बड़े हिस्से का सर्वेक्षण करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। विशेष रूप से, रोमन को लंबे समय से निकटवर्ती आकाशगंगाओं में गोलाकार क्लस्टर धाराओं की खोज करने और उनके भीतर छोटे व्यवधानों का पता लगाने के लिए एक आशाजनक उपकरण माना जाता रहा है।
स्टार्कनबर्ग ने कहा, "यह बेहद रोमांचक है कि हमने हबल स्पेस टेलीस्कोप के पहले से मौजूद डेटा का उपयोग करके अपनी आकाशगंगा के अलावा किसी अन्य आकाशगंगा के चारों ओर एक पतली तारकीय धारा की खोज की और इसे जमीन पर स्थित टेलीस्कोप के डेटा से भी पुष्ट किया। इससे रोमन स्पेस टेलीस्कोप सहित आने वाले नए टेलीस्कोपों के लिए काफी संभावनाएं खुलती हैं, जो हबल की तुलना में 100 गुना बड़े क्षेत्र को देख सकते हैं।"
