Same Events, Weaker Bound: Model Dependence in Magellanic Microlensing Limits on Primordial Black Holes
यह शोध पत्र यह प्रदर्शित करता है कि मैगेलैनिक क्लाउड्स के OGLE माइक्रोलेंसिंग से प्राप्त, डार्क मैटर के रूप में प्राइमोर्डियल ब्लैक होल्स पर प्रमुख बाधाएं अत्यधिक मॉडल-निर्भर हैं और मिल्की वे तथा लार्ज मैगेलैनिक क्लाउड की हेलो संरचनाओं और तारकीय आबादी के हालिया डेटा-संचालित अपडेट को शामिल करने पर इन्हें एक परिमाण (ऑर्डर ऑफ मैग्नीट्यूड) तक काफी कमजोर किया जा सकता है।
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डार्क मैटर ब्रह्मांड का अदृश्य ढांचा है, एक रहस्यमय पदार्थ जो आकाशगंगाओं को एक साथ थामे रखता है लेकिन अपने वास्तविक स्वरूप को प्रकट करने से इनकार करता है। दशकों से, वैज्ञानिक सुरागों की तलाश कर रहे हैं, और एक प्रमुख संदिग्ध 'प्राइमोर्डियल ब्लैक होल' (आदिम ब्लैक होल) है। मरते हुए सितारों से बनने वाले ब्लैक होल के विपरीत, ये बिग बैंग के ठीक बाद के क्षणों के सैद्धांतिक अवशेष हैं, जो परमाणु से भी छोटे आकार से लेकर हमारे सूर्य से भी भारी आकार तक, विभिन्न श्रेणियों में मौजूद हो सकते हैं। यदि वे बड़ी संख्या में मौजूद हैं, तो वे ब्रह्मांड के इस लापता द्रव्यमान (मास) का निर्माण कर सकते हैं। उन्हें खोजने के लिए, खगोलशास्त्री एक विशिष्ट ब्रह्मांडीय युक्ति जिसे 'माइक्रोलेंसिंग' कहा जाता है, का उपयोग करते हैं। जब कोई काला पिंड किसी दूर स्थित तारे के सामने से गुजरता है, तो उसका गुरुत्वाकर्षण एक लेंस की तरह कार्य करता है, जिससे तारे का प्रकाश क्षण भर के लिए उज्ज्वल हो जाता है। मैगेलैनिक क्लाउड्स (दो उपग्रह आकाशगंगाएं जो हमारी मिल्की वे के परिक्रमा कर रही हैं) की ओर यह कितनी बार होता है, इसकी गणना करके, शोधकर्ता यह निर्धारित कर सकते हैं कि हमारे गैलेक्टिक पड़ोस में कितने अदृश्य ब्लैक होल छिपे हो सकते हैं।
वर्षों से, ऑप्टिकल ग्रेविटेशनल लेंसिंग एक्सपेरिमेंट, जिसे OGLE के नाम से जाना जाता है, इस खेल के सबसे कड़े नियम प्रदान करता रहा है। मानक विश्लेषण, जिसने सितारों और डार्क मैटर के एक विशिष्ट, सुव्यवस्थित वितरण को माना था, ने सुझाव दिया कि प्राइमोर्डियल ब्लैक होल ब्रह्मांड के डार्क मैटर का एक बहुत ही छोटा हिस्सा ही हो सकते हैं। ये सीमाएं ब्रह्मांड विज्ञानियों के लिए एक निश्चित संदर्भ बिंदु बन गई हैं, एक ऐसी सीमा जिसका पालन प्रारंभिक ब्रह्मांड के किसी भी नए सिद्धांत को करना चाहिए। हालांकि, इन सीमाओं की विश्वसनीयता पूरी तरह से हमारी आकाशगंगा की अदृश्य संरचनाओं का वर्णन करने के लिए उपयोग किए गए मॉडलों पर निर्भर करती है। यदि मिल्की वे के डार्क हेलो का आकार या इसके सितारों की आबादी अनुमान से थोड़ी भी भिन्न है, तो खेल के नियम बदल जाते हैं।
डेविड मोरलेस-ज़ापिएन, लुकास ब्राउन और स्टेफ़ानो प्रोफुमो का एक नया अध्ययन आकाशगंगा के अंतर्निहित मॉडलों को बदलकर वास्तविक देखे गए आयोजनों (इवेंट्स) को स्थिर रखते हुए इन सीमाओं की पुनरावृत्ति करता है। डेटा पर सवाल उठाने के बजाय, शोधकर्ताओं ने पूछा कि क्या होगा यदि मिल्की वे और उसकी पड़ोसी, लार्ज मैगेलैनिक क्लाउड, मानक पाठ्यपुस्तकीय संस्करणों से अलग दिखते। उन्होंने एक "बेंचमार्क" मॉडल का परीक्षण किया जो हमारे गैलेक्सी की संरचना के हालिया, सटीक मापों से बना था, जिसमें मिल्की वे के डार्क हेलो का एक चपटा आकार और मैगेलैनिक क्लाउड्स के सितारों के द्रव्यमान के अपडेट किए गए अनुमान शामिल थे। उन्होंने एक "एक्सट्रीम स्ट्रेस टेस्ट" भी चलाया, जिसमें उन्होंने इन मापदंडों को भौतिक रूप से संभावित सीमा तक धकेला ताकि यह देखा जा सके कि मूल सीमाएं वास्तव में कितनी नाजुक थीं।
परिणाम दर्शाते हैं कि पिछली सख्त सीमाएं उतनी अटूट नहीं हैं जितनी पहले मानी गई थीं। जब शोधकर्ताओं ने अपने बेंचमार्क मॉडल को लागू किया, जिसमें हमारे गैलेक्सी के आकार और उसके सितारों के वितरण पर आधुनिक डेटा शामिल था, तो प्राइमोर्डियल ब्लैक होल की प्रचुरता की ऊपरी सीमा मानक 'रिलैक्स्ड लिमिट' की तुलना में लगभग 1.6 के कारक से कमजोर हो गई। एक्सट्रीम स्ट्रेस टेस्ट में, जहाँ गैलेक्सी को काफी चपटे आकार और कम घनत्व के साथ मॉडल किया गया था, सीमा 3.4 के कारक से कमजोर हो गई। सबसे रूढ़िवादी सख्त सीमा की तुलना में, जो यह मानती है कि देखे गए कोई भी आयोजन ब्लैक होल के कारण नहीं हैं, यह कमजोरी और भी नाटकीय हो गई, जो अत्यधिक मामले में 13 से अधिक के कारक तक पहुँच गई। इसका अर्थ यह है कि प्राइमोर्डियल ब्लैक होल की एक बहुत बड़ी आबादी अस्तित्व में हो सकती है, बशर्ते कि आकाशगंगा इन विशिष्ट तरीकों से आकार में हो।
अध्ययन ने एक अलग परिदृश्य को भी देखा जहाँ प्राइमोर्डियल ब्लैक होल समान रूप से फैले हुए नहीं हैं बल्कि समूहों (क्लस्टर्स) में एकत्रित हैं। इस स्थिति में, सबसे छोटे, ग्रह-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल की सीमाएं और भी कमजोर हो जाती हैं, जो उपयोग किए गए मॉडल के आधार पर 3.4 से 6 के कारक के बीच होती हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि क्लस्टर्ड ब्लैक होल घटनाओं का एक अलग सांख्यिकीय पैटर्न बनाते हैं जिसे वर्तमान डेटा के साथ खारिज करना कठिन होता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि एक घटना, जिसे अक्सर सरल मॉडलों पर अविश्वास करने के कारण के रूप में उद्धृत किया जाता है—लार्ज मैगेलैनिक क्लाउड द्वारा मिल्की वे के माध्यम से गुजरने पर उत्पन्न होने वाला 'ग्रेविटेशनल वेक' (गुरुत्वाकर्षण प्रभाव)—वास्तव में सिग्नल को कमजोर करने के बजाय उसे और मजबूत बनाती है, जिससे सीमाओं को ढीला करने के बजाय और अधिक कड़ा किया जाता है।
अंततः, यह कार्य यह सिद्ध नहीं करता है कि प्राइमोर्डियल ब्लैक होल मौजूद हैं या वे सारा डार्क मैटर बनाते हैं। इसके बजाय, यह प्रदर्शित करता है कि वर्तमान सीमाएं हमारी आकाशगंगा की संरचना के बारे में किए गए अनुमानों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील हैं। लेखक तर्क देते हैं कि भविष्य के अध्ययनों को इन सीमाओं को पूर्ण तथ्य मानने के बजाय उन्हें उन विशिष्ट मॉडलों के साथ रिपोर्ट करना चाहिए जिनका उपयोग उन्हें प्राप्त करने के लिए किया गया है। वे अनुशंसा करते हैं कि वैज्ञानिकों को इन सीमाओं को निर्धारित करते समय अधिक रूढ़िवादी धारणाओं को अपनाना चाहिए, जिससे यह सुनिश्चित हो सके कि ब्रह्मांड के छिपे हुए द्रव्यमान की खोज मिल्की वे के आकार और संरचना के बारे में हमारी समझ में होने वाले अपरिहार्य अपडेट के प्रति सुदृढ़ बनी रहे।
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