NICER neutron stars with dark energy and dark matter: effects on the inferred equation of state
यह अध्ययन NICER द्रव्यमान-त्रिज्या डेटा पर बेयस अनुमान (Bayesian inference) का उपयोग करके यह प्रदर्शित करता है कि जबकि डार्क एनर्जी कोर न्यूट्रॉन स्टार अवलोकनों को महत्वपूर्ण रूप से परिवर्तित करते हैं और उन्हें सीमित किया जा सकता है, असममित डार्क मैटर कोर 5% तक के द्रव्यमान अंशों के लिए विशुद्ध रूप से बेरयोनिक सितारों से प्रेक्षण योग्य रूप से अविभेद्य रहते हैं, जो यह दर्शाता है कि केवल द्रव्यमान-त्रिज्या माप ही अंततः इनका पता लगाने के लिए अपर्याप्त हैं।
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ब्रह्मांड की गहराइयों में, जहाँ गुरुत्वाकर्षण इतना तीव्र है कि वह पदार्थ को पृथ्वी पर पाए जाने वाले किसी भी रूप से भिन्न अवस्था में कुचल देता है, वहाँ न्यूट्रॉन तारे स्थित हैं। ये विशाल तारों के घने अवशेष हैं जो विस्फोट के बाद बचे हैं, जो एक शहर के आकार के गोले में हमारे सूर्य से अधिक द्रव्यमान समाहित किए हुए हैं। क्योंकि ये इतने सघन हैं, ये भौतिकी के लिए प्राकृतिक प्रयोगशालाओं के रूप में कार्य करते हैं, जिससे वैज्ञानिकों को यह परीक्षण करने का अवसर मिलता है कि अत्यधिक दबाव के तहत पदार्थ कैसा व्यवहार करता है। हालाँकि, ब्रह्मांड उन रहस्यों से भरा है जिन्हें हम सीधे नहीं देख सकते: डार्क मैटर (dark matter) और डार्क एनर्जी (dark energy)। जबकि साधारण पदार्थ ब्रह्मांड का केवल एक बहुत छोटा हिस्सा बनाता है, डार्क मैटर और डार्क एनर्जी शेष भाग पर हावी हैं, फिर भी हम अभी तक नहीं जानते कि वे किस चीज से बने हैं। आधुनिक भौतिकी में एक केंद्रीय प्रश्न यह है कि क्या ये अदृश्य पदार्थ न्यूट्रॉन तारों के भीतर छिप सकते हैं, जिससे उनके आकार और वजन में ऐसे बदलाव आ सकते हैं जिन्हें हमारे टेलीस्कोप पकड़ सकें।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में इस संभावना की जांच करने के लिए नासा के 'न्यूट्रॉन स्टार इनटेरियर कंपोजिशन एक्सप्लोरर' (NICER) के डेटा का उपयोग किया। NICER एक एक्स-रे टेलीस्कोप है जो घूमते हुए न्यूट्रॉन तारों के द्रव्यमान और त्रिज्या को उल्लेखनीय सटीकता के साथ मापता है। वैज्ञानिकों ने इस बात पर विचार करने के लिए तीन अलग-अलग परिदृश्यों की तुलना की कि इन तारों के भीतर क्या हो रहा होगा। पहला परिदृश्य यह मानता है कि तारे पूरी तरह से साधारण, भारी पदार्थ से बने हैं। दूसरा विचार यह है कि तारों के भीतर साधारण पदार्थ के साथ मिश्रित डार्क मैटर का एक कोर (केंद्र) हो सकता है। तीसरा, अधिक विलक्षण परिदृश्य, यह कल्पना करता है कि तारे का बिल्कुल केंद्र डार्क एनर्जी का एक पॉकेट है, जो साधारण पदार्थ के एक आवरण से घिरा हुआ है। जटिल कंप्यूटर सिमुलेशन चलाकर और परिणामों की तुलना NICER के वास्तविक मापों से करके, टीम यह निर्धारित करने का प्रयास कर रही थी कि इनमें से कौन सा छिपा हुआ घटक, यदि कोई हो, तो इन ब्रह्मांडीय दिग्गजों के कोर में छिपा हो सकता है।
यह अध्ययन तीन विशिष्ट न्यूट्रॉन तारों पर केंद्रित था जिन्हें NICER ने विस्तार से देखा है: PSR J0740+6620, PSR J0030+0451, और PSR J0437−4715। शोधकर्ताओं ने प्रत्येक के लिए तीन अलग-अलग परिदृश्यों के लिए गणितीय मॉडल बनाए और एक सरल प्रश्न पूछा: कौन से मॉडल देखे गए द्रव्यमान और आकार से मेल खाने वाले तारे उत्पन्न करते हैं? जब उन्होंने डार्क मैटर कोर की संभावना की जांच की, तो उन्हें कुछ आश्चर्यजनक पता चला। चाहे डार्क मैटर बोसोन (bosons) से बना हो या फर्मियॉन (fermions)—जो उप-परमाणु कणों के दो अलग-अलग प्रकार हैं—डार्क मैटर कोर की उपस्थिति ने तारे के स्वरूप को इस तरह नहीं बदला जिसे वर्तमान टेलीस्कोप सामान्य तारे से अलग पहचान सकें। जब तक डार्क मैटर तारे के कुल द्रव्यमान का पांच प्रतिशत से कम था, तारा बिल्कुल वैसा ही दिखाई दिया जैसा कि शुद्ध रूप से साधारण पदार्थ से बना तारा होता है। यह सुझाव देता है कि केवल एक न्यूट्रॉन तारे के आकार और वजन को मापना यह साबित करने के लिए पर्याप्त नहीं है कि उसके भीतर डार्क मैटर छिपा हुआ है; हमें इसे खोजने के लिए अन्य तरीकों की आवश्यकता होगी।
जब शोधकर्ताओं ने डार्क एनर्जी परिदृश्य का परीक्षण किया, तो परिणाम बहुत अलग थे। इस मॉडल में, तारे का कोर कणों से नहीं बना है, बल्कि एक नकारात्मक दबाव वाले तरल (fluid) से बना है, जो उस बल से जुड़ी एक विशेषता है जो ब्रह्मांड के विस्तार को संचालित कर रहा है। जब वैज्ञानिकों ने अपने मॉडलों में इस डार्क एनर्जी कोर को शामिल किया, तो तारों के अनुमानित आकार और वजन में महत्वपूर्ण परिवर्तन आए। इन मॉडलों ने ऐसे तारों की अनुमति दी जो मानक मॉडलों की तुलना में बहुत अधिक भारी हो सकते हैं और जिनका आंतरिक संरचना भिन्न हो सकती है। महत्वपूर्ण रूप से, NICER के वास्तविक मापों ने इस डार्क एनर्जी तरल से जुड़ी कई विचित्र संभावनाओं को खारिज कर दिया। डेटा ने इस रहस्यमय पदार्थ के अनुमत गुणों की सीमा को कम कर दिया, जिससे प्रभावी रूप से यह पता चला कि न्यूट्रॉन तारे के भीतर किस प्रकार की डार्क एनर्जी मौजूद हो सकती है और कौन सी नहीं।
शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि हालांकि वर्तमान अवलोकन न्यूट्रॉन तारों के भीतर डार्क मैटर की उपस्थिति की पुष्टि नहीं कर सकते हैं, लेकिन वे डार्क एनर्जी कोर की प्रकृति पर बहुत सख्त सीमाएं लगा सकते हैं। डेटा सुझाव देता है कि यदि डार्क एनर्जी इन तारों के केंद्र में मौजूद है, तो उसे जो हम देखते हैं उसके अनुरूप होने के लिए बहुत विशिष्ट नियमों का पालन करना होगा। यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह न्यूट्रॉन तारों को ब्रह्मांड के 'डार्क सेक्टर' का अध्ययन करने के लिए शक्तिशाली उपकरणों में बदल देती है। भले ही हम डार्क मैटर या डार्क एनर्जी को सीधे नहीं देख सकते, लेकिन जिस तरह से वे न्यूट्रॉन तारे के व्यवहार को बदलते हैं, वह एक छाप छोड़ता है। फिलहाल, साक्ष्य इस विचार की ओर संकेत करते हैं कि यदि डार्क मैटर इन तारों के भीतर है, तो वह साधारण पदार्थ के बीच आमने-सामने छिपा हुआ है, जिसे पहचानना असंभव है। लेकिन यदि डार्क एनर्जी कोर मौजूद हैं, तो ब्रह्मांड हमें उन्हें मापने का एक तरीका दे रहा है, जिससे उन सिद्धांतों पर शिकंजा कस रहा है जो अदृश्य बलों को समझाने की कोशिश करते हैं।
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