आपल्या गृह आकाशगंगेच्या मध्यभागी असलेले डार्क मॅटर 

फर्मी टेलिस्कोपने आपल्या गृह आकाशगंगेच्या मध्यभागी असलेल्या अतिरिक्त γ-किरण उत्सर्जनाचे स्पष्ट निरीक्षण केले जे गोलाकार नसलेले आणि चपटे दिसले. गॅलेक्टिक सेंटर एक्सेस (GCE) म्हणून ओळखले जाणारे, हे अतिरिक्त γ-किरण हे कमकुवत संवाद साधणाऱ्या विशाल कणांच्या (WIMPs) स्वयं-नाशातून उद्भवणाऱ्या गडद पदार्थाचे संभाव्य लक्षण आहे, जे एक गडद पदार्थ कण उमेदवार आहे. तथापि, आकाशगंगेच्या केंद्रावर आढळणारे अतिरिक्त γ-किरण जुन्या मिलिसेकंद पल्सर (MSPs) मुळे देखील असू शकते. आतापर्यंत, असे मानले जात होते की गडद पदार्थ (DM) मुळे होणारे GCE आकारविज्ञान गोलाकार असेल. अलीकडील सिम्युलेशन अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की DM मुळे होणारे गॅमा-किरण आकारविज्ञान लक्षणीयरीत्या गोलाकार नसलेले आणि चपटे असू शकते. याचा अर्थ निरीक्षण केलेल्या GCE साठी गडद पदार्थ (DM) नाश आणि मिलिसेकंद पल्सर (MSPs) दोन्ही गृहीतके समान रीतीने शक्य आहेत. डार्क मॅटर (DM) च्या उच्चाटनात निर्माण होणाऱ्या गॅमा किरणांची ऊर्जा पातळी अंदाजे 0.1 टेरा-इलेक्ट्रॉन-व्होल्ट (TeV) इतकी अत्यंत उच्च असेल. मानक गॅमा-रे दुर्बिणी हे उच्च-ऊर्जा फोटॉन थेट शोधू शकत नाहीत. म्हणूनच, चेरेनकोव्ह टेलिस्कोप अ‍ॅरे ऑब्झर्व्हेटरी (CTAO) आणि सदर्न वाइड-फील्ड गॅमा-रे ऑब्झर्व्हेटरी (SWGO) सारख्या टेरा γ-रे ऑब्झर्व्हेटरीजच्या अभ्यासानंतर गॅलेक्टिक सेंटर एक्सेस (GCE) च्या डार्क मॅटर (DM) मॉडेलची पुष्टी करणे शक्य होईल.

१९३३ मध्ये फ्रिट्झ झ्विकी यांनी पाहिले की कोमा क्लस्टरमधील वेगाने फिरणाऱ्या आकाशगंगा अदृश्य असलेल्या परंतु आकाशगंगे तुटण्यापासून रोखण्यासाठी पुरेसा गुरुत्वाकर्षण प्रभाव असलेल्या अतिरिक्त पदार्थाच्या उपस्थितीशिवाय एकत्र राहू शकत नाहीत आणि स्थिर राहू शकत नाहीत. त्यांनी अशा अदृश्य पदार्थाचा संदर्भ देण्यासाठी "डार्क मॅटर" हा शब्द वापरला. १९६० च्या दशकात, व्हेरा रुबिन यांनी गडद पदार्थाच्या आपल्या समजुतीत महत्त्वपूर्ण योगदान दिले. तिने नमूद केले की अँड्रोमेडाच्या बाहेरील कडांवरील तारे आणि इतर आकाशगंगा केंद्राकडे असलेल्या ताऱ्यांच्या गतीइतक्याच वेगाने फिरत होते. सर्व निरीक्षण केलेल्या पदार्थांच्या दिलेल्या बेरीजसाठी, आकाशगंगा वेगळी झाली पाहिजे होती ज्यामुळे काही अतिरिक्त अदृश्य पदार्थांची उपस्थिती आवश्यक होती जी आकाशगंगे एकत्र ठेवते आणि त्यांना उच्च वेगाने फिरवते. अँड्रोमेडा आकाशगंगेच्या रोटेशन वक्रांच्या तिच्या मोजमापांनी गडद पदार्थाचे सर्वात जुने पुरावे दिले.  

आता आपल्याला माहित आहे की गडद पदार्थ प्रकाश किंवा विद्युत चुंबकीय बलाशी संवाद साधत नाही. ते प्रकाश किंवा इतर कोणतेही विद्युत चुंबकीय किरणे शोषत नाही, परावर्तित करत नाही किंवा उत्सर्जित करत नाही आणि अदृश्य म्हणून त्याला गडद म्हणतात. परंतु ते गुरुत्वाकर्षणाने एकत्रित होते आणि सामान्य पदार्थावर गुरुत्वाकर्षणाचा प्रभाव पडतो आणि अशा प्रकारे अवकाशात त्याची उपस्थिती सामान्यतः अनुमानित केली जाते. विश्वाच्या वस्तुमान उर्जेच्या सामग्रीच्या २६.८% भाग असलेल्या गडद पदार्थाच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावामुळे आकाशगंगा समतोलात एकत्र ठेवल्या जातात तर आपण सर्व बनलेले सर्व बॅरिओनिक सामान्य पदार्थासह संपूर्ण निरीक्षण करण्यायोग्य विश्व विश्वाचा फक्त ४.९% भाग आहे. विश्वाच्या वस्तुमान उर्जेच्या उर्वरित ६८.३% भाग म्हणजे गडद ऊर्जा.  

गडद पदार्थ म्हणजे नेमके काय हे माहित नाही. त्यात कोणतेही मूलभूत कण नाहीत. मानक मॉडेल गडद पदार्थ असण्यासाठी आवश्यक असलेले गुणधर्म आहेत. कदाचित, मानक मॉडेलमधील कणांचे भागीदार असलेले काल्पनिक "सुपरसिमेट्रिक कण" गडद पदार्थ बनवतात. कदाचित गडद पदार्थाचे समांतर जग असेल. WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), axions किंवा sterile neutrinos हे मानक मॉडेलच्या पलीकडे असलेले गृहीत कण आहेत जे आघाडीचे उमेदवार आहेत. तथापि, अशा कणांच्या शोधात अद्याप कोणतेही यश मिळालेले नाही.  

अनेक प्रकल्प आहेत (जसे की झेनॉन प्रयोग, डार्कसाइड-२०के प्रकल्प, युरेका प्रयोग, आणि रेस-नोव्हा) सध्या डार्क मॅटर कणांचा थेट शोध घेण्यासाठी काम सुरू आहे. हे बहुतेक लिक्विड नोबल गॅस डिटेक्टर किंवा क्रायोजेनिक डिटेक्टर आहेत जे डार्क मॅटर कणांच्या परस्परसंवादातून येणारे कमकुवत सिग्नल शोधण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत. तथापि, अनेक नवीन दृष्टिकोन असूनही, अद्याप कोणताही प्रकल्प थेट डार्क मॅटर कण शोधण्यात यशस्वी झालेला नाही. 

गडद पदार्थाच्या अप्रत्यक्ष पुराव्यासाठी, गडद पदार्थाच्या गुरुत्वाकर्षण परिणामांचा शोध घेता येईल, जसे फ्रिट्झ झ्विकी आणि वेरा रुबिन यांनी निरीक्षण केलेल्या सामान्य पदार्थाच्या वेगापेक्षा जास्त असूनही आकाशगंगा एकत्र कसे धरल्या जातात याचा अभ्यास करून गडद पदार्थ शोधून काढला. लेन्सिंगचे गुरुत्वाकर्षण परिणाम (प्रकाशाचे वाकणे) आणि अवकाशातील ताऱ्यांच्या हालचालीवर होणारे परिणाम देखील गडद पदार्थाच्या उपस्थितीचा अप्रत्यक्ष पुरावा देऊ शकतात. याव्यतिरिक्त, अवकाशात गडद पदार्थाचे कण एकमेकांशी टक्कर घेत असताना निर्माण होणारे विनाश उत्पादने (जसे की गॅमा-किरण, न्यूट्रिनो आणि वैश्विक किरण) देखील गडद पदार्थाची उपस्थिती दर्शवू शकतात. गडद पदार्थाच्या कणांच्या विनाशाच्या उत्पादनांवर आधारित गडद पदार्थाचा अंदाज लावला जाणारा एक स्थान म्हणजे आपल्या गृह आकाशगंगेचा केंद्रबिंदू.  

आपल्या गृह आकाशगंगेच्या आकाशगंगेच्या मध्यभागी कृष्णद्रव्याचा शोध  

आकाशगंगेच्या (MW) मध्यभागी जास्त प्रमाणात पसरलेल्या मायक्रोवेव्ह सेंट्रल ग्लोचे संकेत होते. WIMP डार्क मॅटर अॅनिहिलेशनमध्ये निर्माण होणाऱ्या रिलेटिव्हिस्टिक इलेक्ट्रॉन आणि पॉझिट्रॉनमधून सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जनामुळे अतिरिक्त चमक असल्याचे प्रस्तावित केले गेले होते, म्हणून काहीशे GeV पर्यंतच्या ऊर्जा श्रेणीमध्ये विस्तारित डिफ्यूज γ-रे सिग्नलचा अंदाज वर्तवण्यात आला. त्यानंतर, फर्मी-लार्ज एरिया टेलिस्कोप (LAT) ने γ-रे सिग्नल शोधला जो गॅलेक्टिक सेंटर एक्सेस (GCE) म्हणून ओळखला गेला. लवकरच, असे लक्षात आले की गॅलेक्टिक सेंटर एक्सेस (GCE) जुन्या न्यूट्रॉन तार्‍यांमुळे (मिलिसेकंद पल्सर) देखील असू शकते. असे मानले जात होते की GCE चे आकारशास्त्र महत्वाचे असेल - सममितीय गोलाकार आकाराचे GCE डार्क मॅटर (DM) कणांच्या नाशातून γ-रे उत्सर्जनाचे सूचक असेल तर GCE चे सपाट आकारशास्त्र मिलिसेकंद पल्सर (MSP) मधून γ-रे उत्सर्जनाचे सूचक असेल.  

फर्मी-लार्ज एरिया टेलिस्कोप (LAT) द्वारे आकाशगंगेच्या केंद्राचे सखोल निरीक्षण केल्याने सपाट अस्फेरिसिटी आढळून आली. साधारणपणे, निरीक्षण केलेल्या अस्फेरिसिटीचा संबंध जुन्या तार्‍यांशी (MSP) जोडला जाईल, परंतु १६ ऑक्टोबर २०२५ रोजी प्रकाशित झालेल्या अलीकडील अभ्यासातून असा निष्कर्ष निघाला आहे की जुन्या तार्‍यांनी (MSP) आणि गडद पदार्थ (DM) विनाश मॉडेल्सद्वारे भाकीत केलेले GCE आकारशास्त्र वेगळे करता येत नाही.   

गडद पदार्थाच्या वितरणाचा अभ्यास करण्यासाठी, संशोधकांनी MW (मिल्की वे) सारख्या आकाशगंगांच्या आकारविज्ञानाचे अनुकरण केले. त्यांना आढळले की आकाशगंगांभोवती तसेच आकाशगंगांच्या मध्यवर्ती प्रदेशांभोवती असलेले गडद पदार्थाचे प्रभामंडळ अॅनिसोट्रॉपिक मॉडेलमध्ये गृहीत धरल्याप्रमाणे क्वचितच गोलाकार होते. त्याऐवजी, विश्लेषणात सर्व आकाशगंगांसाठी एक सपाट गडद पदार्थ घनता प्रक्षेपण दिसून आले. विश्वाच्या इतिहासातील पहिल्या तीन अब्ज वर्षांमध्ये आकाशगंगेच्या विलीनीकरणाच्या इतिहासाद्वारे हे गैर-अक्षीय सममितीय गडद पदार्थ (DM) वितरण देखील दर्शविले गेले. GCE चे निरीक्षण केलेले आकारविज्ञान मध्यवर्ती प्रदेशावर सपाट आहे, जे सामान्यतः जुन्या तारा (MSP) वितरणाचे वैशिष्ट्य मानले जाते. नवीन अभ्यासात असे दिसून आले आहे की गडद पदार्थ (DM) समान बॉक्सी वितरण निर्माण करतो. अशा प्रकारे, निरीक्षण केलेल्या GCE साठी गडद पदार्थ (DM) विनाश आणि मिलिसेकंद पल्सर (MSPs) दोन्ही गृहीतके समान प्रकारे शक्य आहेत.   

निरीक्षण केलेले GCE हे डार्क मॅटर (DM) मुळे आहे की मिलिसेकंद पल्सर (MSPs) मुळे आहे हे भविष्यात चेरेनकोव्ह टेलिस्कोप अ‍ॅरे ऑब्झर्व्हेटरी (CTAO) आणि सदर्न वाइड-फील्ड गॅमा-रे ऑब्झर्व्हेटरी (SWGO) सारख्या γ-रे वेधशाळांनी त्यांचे टेरा-गामा किरण अभ्यास पूर्ण केल्यावर कळेल. गॅलेक्टिक सेंटरमध्ये डार्क मॅटर (DM) च्या विनाश उत्पादन म्हणून तयार होणारे गॅमा किरण हे अल्ट्रा-हाय-एनर्जी फोटॉन असतील ज्यांची ऊर्जा पातळी अंदाजे 0.1 टेरा-इलेक्ट्रॉन-व्होल्ट (TeV) असेल. मानक गॅमा-रे दुर्बिणी हे उच्च-ऊर्जा फोटॉन थेट शोधू शकत नाहीत. CTAO आणि SWGO सारख्या भविष्यातील γ-रे वेधशाळांसाठी टेरा-गामा किरण हे एक महत्त्वाचे लक्ष्य असणार आहेत.  

हा अभ्यास अवकाशातील कृष्णद्रव्याच्या त्याच्या विनाश उत्पादनांद्वारे शोधण्याच्या दिशेने एक पाऊल पुढे आहे, तथापि, आकाशगंगेच्या केंद्रात कृष्णद्रव्याच्या उपस्थितीसाठी भविष्यात CTAO किंवा SWGO सारख्या अति-उच्च ऊर्जा γ-किरण वेधशाळांकडून पुष्टीकरण आवश्यक असेल. कृष्णद्रव्याच्या विज्ञानातील अधिक महत्त्वपूर्ण प्रगती म्हणजे कोणत्याही DM कणाचा थेट शोध घेणे.  

*** 

संदर्भ:  

1. हॉचबर्ग, वाय., कान, वायएफ, लीन, आरके आणि इतर. गडद पदार्थ शोधण्यासाठी नवीन दृष्टिकोन. नॅट रेव्ह फिजिक्स ४, ६३७–६४१ (२०२२). https://doi.org/10.1038/s42254-022-00509-4 

2. मिसियास्झेका एम. आणि रॉसिब एन. २०२४. गडद पदार्थाचा थेट शोध: एक गंभीर आढावा. सममिती २०२४, १६(२), २०१; डीओआय: https://doi.org/10.3390/sym16020201  

3. इन्स्टिट्यूटो डी फिजिका कॉर्पस्क्युलर. गडद पदार्थाच्या शोधात: अदृश्य शोधण्यासाठी एक नवीन दृष्टिकोन. २२ ऑगस्ट २०२५. येथे उपलब्ध https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible 

4. मुरु एमएम, इत्यादी २०२५. फर्मी-एलएटी गॅलेक्टिक सेंटर एक्सेस मॉर्फोलॉजी ऑफ डार्क मॅटर इन सिम्युलेशन्स ऑफ द मिल्की वे गॅलेक्सी. फिजिकल रिव्ह्यू लेटर्स. १३५, १६१००५. प्रकाशित १६ ऑक्टोबर २०२५. डीओआय: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd . arXiv वर प्रीप्रिंट आवृत्ती. ८ ऑगस्ट २०२५ रोजी सादर केली. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314  

5. जॉन्स हॉपकिन्स विद्यापीठ. बातम्या - दुधाळ मार्गातील रहस्यमय चमक हा काळ्या पदार्थाचा पुरावा असू शकतो. १६ ऑक्टोबर २०२५ रोजी पोस्ट केले. येथे उपलब्ध https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/  

6. लीबनिझ इन्स्टिट्यूट फॉर अ‍ॅस्ट्रोफिजिक्स. बातम्या - आकाशगंगा गडद पदार्थाच्या उच्चाटनामुळे गॅमा किरणांचा अतिरेक दर्शविते. १७ ऑक्टोबर २०२५ रोजी पोस्ट केले. येथे उपलब्ध https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/  

7. फर्मी गामा-रे स्पेस टेलिस्कोप. येथे उपलब्ध https://science.nasa.gov/mission/fermi/  

8. चेरेनकोव्ह टेलिस्कोप अ‍ॅरे वेधशाळा (CTAO). येथे उपलब्ध https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/  

9. सदर्न वाइड-फील्ड गामा-रे वेधशाळा (SWGO). येथे उपलब्ध https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub  

10. टार्टू वेधशाळा. विश्वाची काळी बाजू. येथे उपलब्ध https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe 

***