Correlation of galactic very-high-energy gamma-ray sources detected by LHAASO with high-energy neutrinos
यह अध्ययन LHAASO द्वारा पता लगाए गए अति-उच्च-ऊर्जा गामा-किरण स्रोतों और IceCube उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो अलर्ट के बीच स्थानिक सहसंबंध के लिए कोई ठोस प्रमाण नहीं पाता है, जो यह सुझाव देता है कि वर्तमान LHAO स्रोत इन न्यूट्रिनो के प्राथमिक समकक्ष होने की संभावना नहीं रखते हैं और IceCube-Gen2 जैसे अधिक संवेदनशील भविष्य के उपकरणों की आवश्यकता पर बल देता है।
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अंटार्कटिक महाद्वीप की जमी हुई बर्फ के भीतर एक विशाल डिटेक्टर स्थित है, जिसे ब्रह्मांड के सबसे मायावी संदेशवाहकों को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है: उच्च-ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो। ये भूतिया कण हैं, जो लगभग द्रव्यमानहीन और विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, जो सितारों, गैस या धूल द्वारा रोके बिना पूरे ब्रह्मांड में यात्रा कर सकते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक उनके उद्गम की तलाश कर रहे हैं, इस उम्मीद में कि वे हमारी आकाशगंगा के सबसे हिंसक और ऊर्जावान इंजनों के स्थानों को प्रकट करेंगे। इसी समय, चीन में एक अलग प्रकार की वेधशाला, जो एक ऊंचे पर्वतीय पठार पर स्थित है, बहुत-उच्च-ऊर्जा वाली गामा किरणों के लिए आकाश का निरीक्षण करती है। ये सबसे ऊर्जावान प्रकाश के रूप हैं, जो अक्सर तब उत्पन्न होते हैं जब कॉस्मिक किरणें—तेजी से चलने वाले परमाणु नाभिक—अविश्वसनीय गति से त्वरित होती हैं। खगोल भौतिकी में एक लंबे समय से चला आ रहा रहस्य यह है कि क्या ये गामा किरणें इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाई जाती हैं या प्रोटॉन द्वारा। यदि वे प्रोटॉन से आती हैं, तो वही टकराव न्यूट्रिनो भी उत्पन्न करने चाहिए। आकाश में ठीक उसी स्थान से एक गामा-रे स्रोत और एक न्यूट्रिनो का मिलना एक निर्णायक प्रमाण (smoking gun) होगा, जो यह सिद्ध करेगा कि ब्रह्मांड प्रोटॉन को उन ऊर्जाओं तक त्वरित कर रहा है जो किसी भी मानव-निर्मित मशीन की क्षमता से कहीं अधिक हैं।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में दो प्रमुख वेधशालाओं के डेटा का उपयोग करके इस संबंध का परीक्षण करने का निर्णय लिया: लार्ज हाई एल्टीट्यूड एयर शॉवर ऑब्जर्वेटरी (LHAASO), और आइसक्यूब न्यूट्रिनो ऑब्जर्वेटरी। LHAASO ने आकाश का मानचित्रण किया है और बहुत-उच्च-ऊर्जा वाली गामा किरणों के नब्बे विशिष्ट स्रोतों की पहचान की है, जिनमें से कुछ की ऊर्जा चिकित्सा एक्स-रे की तुलना में दस लाख गुना अधिक है। वहीं, आइसक्यूब ने सैकड़ों उच्च-ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो आयोजनों को रिकॉर्ड किया है जिन्हें गहरे अंतरिक्ष से संभावित संकेतों के रूप में चिह्नित किया गया है। वैज्ञानिकों ने एक सरल लेकिन गहन प्रश्न पूछा: क्या ये गामा-रे स्रोत और न्यूट्रिनो घटनाएँ आकाश में एक दूसरे के ऊपर स्थित हैं? यदि गामा किरणें वास्तव में प्रोटॉन के टकराव का उपोत्पाद हैं, तो न्यूट्रिनो भी उन्हीं स्थानों से आने चाहिए।
इसका उत्तर देने के लिए, शोधकर्ताओं ने LHAASO द्वारा खोजे गए नब्बे गामा-रे स्रोतों की स्थिति की तुलना आइसक्यूब द्वारा रिकॉर्ड किए गए 348 न्यूट्रिनो आयोजनों की स्थितियों से की। उन्होंने विशेष रूप से सबसे ऊर्जावान न्यूट्रिनो पर ध्यान केंद्रित किया, जिनकी ऊर्जा 100 TeV से अधिक है, क्योंकि ये वे हैं जिनके शक्तिशाली त्वरकों (accelerators) से जुड़े होने की सबसे अधिक संभावना है जिन्हें LHAASO ने देखा है। टीम ने किसी भी ऐसे उदाहरण की तलाश की जहाँ न्यूट्रिनो घटना की अनिश्चित स्थिति एक गामा-रे स्रोत के क्षेत्र को छूती हो। उन्होंने ऐसे कई ओवरलैप पाए। नौ मामलों में, स्थिति अनिश्चितता की एक सख्त परिभाषा का उपयोग करने पर एक न्यूट्रिनो घटना एक गामा-रे स्रोत के स्थान को साझा करती हुई प्रतीत हुई, और दस मामलों में जब परिभाषा को थोड़ा शिथिल किया गया।
हालाँकि, दो चीजों का एक ही स्थान पर मिलना हमेशा यह नहीं दर्शाता कि वे संबंधित हैं। आकाश स्रोतों से भरा हुआ है, और न्यूट्रिनो कहीं से भी आ सकते हैं। यह निर्धारित करने के लिए कि क्या ये ओवरलैप सार्थक थे या केवल एक यादृच्छिक दुर्घटना थे, टीम ने एक विशाल कंप्यूटर सिमुलेशन चलाया। उन्होंने न्यूट्रिनो की स्थितियों को हजारों बार आकाश में इधर-उधर घुमाया, जिससे गामा-रे स्रोतों को स्थिर रखा गया, ताकि यह देखा जा सके कि एक यादृच्छिक न्यूट्रिनो शुद्ध संयोग से कितनी बार किसी स्रोत के पास पहुँचता है। इस सिमुलेशन के परिणाम दर्शाते हैं कि उन्हें मिले ओवरलैप दुर्लभ नहीं थे। वास्तव में, संयोग से इतने ओवरलैप देखने की सांख्यिकीय संभावना काफी अधिक थी। इसका अर्थ है कि डेटा इस विचार का समर्थन नहीं करता है कि गामा-रे स्रोत और न्यूट्रिनो भौतिक रूप से जुड़े हुए हैं। स्थानिक संयोग वास्तविक जुड़ाव के बजाय आकस्मिक प्रतीत होता है।
शोधकर्ताओं ने जांच को एक कदम आगे ले जाते हुए एक सैद्धांतिक प्रश्न पूछा: भले ही स्थितियाँ मेल खाती हों, क्या ये स्रोत वास्तव में आइसक्यूब द्वारा देखे गए न्यूट्रिनो की व्याख्या करने के लिए पर्याप्त न्यूट्रिनो उत्पन्न कर सकते हैं? उन्होंने सबसे अनुकूल परिदृश्य माना: कि LHAASO द्वारा पता लगाया गया प्रत्येक एकल गामा रे, गैस के साथ प्रोटॉन के टकराने से बना था, एक ऐसी प्रक्रिया जो अनिवार्य रूप से न्यूट्रिनो उत्पन्न करती है। इस धारणा के तहत, उन्होंने इन स्रोतों द्वारा हमें भेजे जा सकने वाले न्यूट्रिनो की अधिकतम संभव संख्या की गणना की। जब उन्होंने इस सैद्धांतिक अधिकतम की तुलना आइसक्यूब द्वारा वास्तव में पता लगाए गए न्यूट्रिनो की संख्या से की, तो परिणाम निराशाजनक थे। अधिकांश स्रोतों के लिए, सैद्धांतिक न्यूट्रिनो आउटपुट बहुत कम था जो देखे गए न्यूट्रिनो आयोजनों की व्याख्या कर सके। यहाँ तक कि सबसे आशावादी मामले में भी, जहाँ प्रत्येक गामा रे प्रोटॉन गतिविधि का संकेत है, इन स्रोतों में आइसक्यूब द्वारा पकड़े जा रहे न्यूट्रिनो को उत्पन्न करने की शक्ति नहीं है।
यह अध्ययन इस संभावना को खारिज नहीं करता है कि इनमें से कुछ स्रोत वास्तव में ब्रह्मांडीय कण त्वरक हैं, लेकिन यह सुझाव देता है कि वे अब तक पता लगाए गए विशिष्ट न्यूट्रिनो आयोजनों के लिए जिम्मेदार नहीं हैं। जुड़ाव की कमी यह संकेत देती है कि या तो गामा किरणें प्रोटॉन के बजाय इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पादित की जा रही हैं, या न्यूट्रिनो अभी तक न खोजे गए अन्य स्रोतों से आ रहे हैं। निष्कर्षों ने हमारी वर्तमान समझ में एक अंतराल को उजागर किया है और अधिक संवेदनशील उपकरणों की आवश्यकता की ओर संकेत किया है। शोधकर्ता निष्कर्ष निकालते हैं कि गैलेक्टिक कॉस्मिक किरणों के रहस्य को वास्तव में सुलझाने के लिए, हमें बहुत अधिक संवेदनशीलता वाले डिटेक्टरों की आवश्यकता होगी, जैसे कि आगामी आइसक्यूब-जेन2 (IceCube-Gen2), जो धुंधले संकेतों को देख सकेगा और बहुत उच्च सटीकता के साथ स्रोतों को सटीक रूप से पहचान सकेगा। तब तक, इन उच्च-ऊर्जा गामा-रे बीकन्स और भूतिया न्यूट्रिनो के बीच का संबंध एक खुला प्रश्न बना हुआ है, जो अगली पीढ़ी की ब्रह्मांडीय वेधशालाओं से स्पष्ट साक्ष्य की प्रतीक्षा कर रहा है।
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