511 केवी गामा-रे लाइन उत्सर्जन के सर्वश्रेष्ठ फिटिंग 'हेलो+डिस्क' मॉडल का ऑल-स्काई मैप। छवि क्रेडिट: इंटीग्रल। बड़ा करने के लिए क्लिक करें।
पॉज़िट्रॉन, इलेक्ट्रॉन के प्रति-पदार्थ प्रतिपक्ष, पॉल डिराक द्वारा भविष्यवाणी की गई थी - उस समय क्रांतिकारी - इलेक्ट्रॉन के लिए क्वांटम तरंग समीकरण। कुछ साल बाद, 1932 में, कार्ल एंडरसन ने कॉस्मिक किरणों में पॉज़िट्रॉन की खोज की, और डिराक को 1933 में नोबेल पुरस्कार और 1936 में एंडरसन को मिला।
जब एक पॉज़िट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन से मिलता है, तो वे नष्ट हो जाते हैं, जिससे दो गामा किरणें उत्पन्न होती हैं। कभी-कभी हालांकि, विनाश पॉज़िट्रोनियम के गठन से पहले होता है, जो एक हाइड्रोजन परमाणु की तरह होता है जिसमें प्रोटॉन को पॉज़िट्रॉन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है (पॉज़िट्रोनियम का अपना प्रतीक, पीएस होता है)। पॉज़िट्रोनियम दो रूपों में आता है, अस्थिर होता है, और या तो दो गामा (लगभग 0.1 नैनोसेकंड के भीतर) या तीन (लगभग 100 नैनोसेकंड के भीतर) में बदल जाता है।
1970 के दशक से खगोलविद जानते हैं कि ब्रह्मांड में बहुत सारे पॉज़िट्रॉन होने चाहिए। क्यों? क्योंकि जब एक पॉज़िट्रॉन और इलेक्ट्रॉन दो गामा देने के लिए सत्यानाश करते हैं, तो दोनों की तरंग दैर्ध्य समान होती है, लगभग 0.024 , या 0.0024 एनएम (खगोलविद, कण भौतिकविदों की तरह, गामा किरणों की तरंग दैर्ध्य के बारे में बात नहीं करते हैं, वे अपनी ऊर्जा के बारे में बात करते हैं; 511 इस मामले में केवी)। तो, यदि आप आकाश को गामा-रे दृष्टि से देखते हैं - निश्चित रूप से ऊपर से वातावरण! - आप जानते हैं कि बहुत सारे पॉज़िट्रॉन थे क्योंकि आप एक ही 'रंग', 511 केवी के बहुत सारे गामा देख सकते हैं (यह निष्कर्ष निकालने के समान है कि ब्रह्मांड में बहुत सारे लाल (1.9 eV) एच अल्फा को देखकर ब्रह्मांड में बहुत सारे हाइड्रोजन हैं। नभ रत)।
पॉज़िट्रोनियम के तीन-गामा क्षय के स्पेक्ट्रम से, 511 केवी लाइन की तीव्रता की तुलना में, खगोलविदों ने चार साल पहले काम किया था कि लगभग 93% पॉज़िट्रॉन जिनका विनाश हम देखते हैं, वे क्षय होने से पहले पॉज़िट्रोनियम बनाते हैं।
कितना पॉज़िट्रोनियम? मिल्की वे उभार में, लगभग 15 बिलियन (हजार मिलियन) टन पॉज़िट्रॉन प्रति सेकंड नष्ट हो जाते हैं। यह उतना ही द्रव्यमान है जितना कि दसियों खरबों टन सामान में इलेक्ट्रॉनों का हम उपयोग करते हैं, जैसे चट्टानें या पानी; लगभग 40 किमी के पार एक मध्यम आकार के क्षुद्रग्रह के रूप में।
सार्वजनिक रूप से जारी किए गए INTEGRAL डेटा (लगभग एक वर्ष के मूल्य) का विश्लेषण करके, J?rgen Kn?dlseder और उनके सहयोगियों ने पाया कि:
- पॉज़िट्रॉन जो मिल्की वे डिस्क में नष्ट हो रहे हैं, सबसे अधिक संभावना है कि बीटा + (अर्थात पॉज़िट्रॉन) आइसोटोप के क्षय से आते हैं एल्युमिनियम -26 और टाइटेनियम -44, जो स्वयं हाल के सुपरनोवा में निर्मित हुए थे (याद रखें, खगोलविद 10 मिलियन वर्ष पहले भी कॉल करते हैं) 'हालिया')
- हालांकि, मिल्की वे उभार में डिस्क की तुलना में पांच गुना अधिक पॉज़िट्रॉन का सफाया किया जा रहा है
- कोई 'बिंदु' स्रोत प्रतीत नहीं होता है।
बेशक, एक इंटीग्रल वैज्ञानिक के लिए, एक 'बिंदु' स्रोत का एक शौकिया खगोलविद के समान अर्थ नहीं होता है! पॉज़िट्रोनियम लाइन में गामा-रे दृष्टि अविश्वसनीय रूप से धुंधली है, एक वस्तु छह चंद्रमा (3?) के पार एक 'बिंदु' की तरह दिखाई देगी! फिर भी, Kn?dlseder और खगोल भौतिकी के जानकारों की उनकी टीम यह कहने में सक्षम है कि 'हमने जिन स्रोतों की खोज की उनमें से कोई भी महत्वपूर्ण 511 keV प्रवाह नहीं दिखा'; इन 40 'सामान्य संदिग्धों' में पल्सर, क्वासर, ब्लैक होल, सुपरनोवा अवशेष, तारा बनाने वाले क्षेत्र, समृद्ध आकाशगंगा समूह, उपग्रह आकाशगंगा और ब्लेज़र शामिल हैं। लेकिन, वे अभी भी देख रहे हैं, 'हमने वास्तव में [योजनाबद्ध] सामान्य संदिग्धों, जैसे कि टाइप Ia सुपरनोवा (SN1006, Tycho), और LMXB (Cen X-4) के एकीकृत अवलोकन समर्पित किए हैं, जो इस समस्या को हल करने में मदद कर सकते हैं। ।'
तो, उभार में प्रति सेकंड नष्ट किए जा रहे 15 अरब टन पॉज़िट्रॉन कहाँ से आते हैं? 'मेरे लिए पॉज़िट्रॉन सर्वनाश के बारे में सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि प्रमुख स्रोत अभी भी एक रहस्य है,' Kn?dlseder कहते हैं। 'हम एल्यूमीनियम -26 क्षय द्वारा डिस्क से बेहोश उत्सर्जन की व्याख्या कर सकते हैं, लेकिन अधिकांश पॉज़िट्रॉन गैलेक्सी के उभार क्षेत्र में स्थित हैं, और हमारे पास कोई स्रोत नहीं है जो सभी अवलोकन संबंधी विशेषताओं को आसानी से समझा सके। विशेष रूप से, यदि आप 511 केवी आकाश की तुलना अन्य तरंग दैर्ध्य पर देखे गए आकाश से करते हैं, तो आप पहचानते हैं कि 511 केवी आकाश अद्वितीय है! हम जो देखते हैं उसके समान कोई दूसरा आकाश नहीं है।'
INTEGRAL टीम को लगता है कि वे बड़े पैमाने पर तारों, कोलैप्सर, पल्सर, या ब्रह्मांडीय किरणों की परस्पर क्रिया को नियंत्रित कर सकते हैं, क्योंकि यदि ये उभार पॉज़िट्रॉन का स्रोत होते हैं, तो डिस्क 511 keV प्रकाश में बहुत अधिक चमकीली होगी।
उभार पॉज़िट्रॉन विभिन्न प्रक्रियाओं के माध्यम से कम द्रव्यमान वाले एक्स-रे बायनेरिज़, क्लासिकल नोवा या टाइप 1 ए सुपरनोवा से आ सकते हैं। प्रत्येक मामले में चुनौती यह समझने की है कि इनके द्वारा बनाए गए पर्याप्त पॉज़िट्रॉन बाद में कितने समय तक जीवित रह सकते हैं और अपने जन्मस्थान से काफी दूर तक फैल सकते हैं।
ब्रह्मांडीय तारों के बारे में क्या? जबकि हाल ही में तन्मय वाचस्पति पेपर ने इन्हें उभार पॉज़िट्रॉन के संभावित स्रोत के रूप में प्रस्तावित किया था, हाल ही में Kn?dlseder et al के लिए सामने आया था। उनके पेपर पर विचार करने के लिए, 'फिर भी मेरे लिए यह स्पष्ट नहीं है कि हमारे पास यह बताने के लिए पर्याप्त अवलोकन संबंधी बाधाएं हैं कि ब्रह्मांडीय तार 511 केवी बनाते हैं; हम यह भी नहीं जानते कि ब्रह्मांडीय तार मौजूद हैं या नहीं। किसी को ब्रह्मांडीय तारों की एक अनूठी विशेषता की आवश्यकता होगी जो अन्य सभी स्रोतों को बाहर कर दे, और आज मुझे लगता है कि हम इससे बहुत दूर हैं।'
शायद सबसे रोमांचक बात यह है कि पॉज़िट्रॉन एक कम द्रव्यमान वाले डार्क मैटर के कण और उसके एंटी-पार्टिकल के विनाश से या Kn?dlseder et al के रूप में आ सकते हैं। इसे 'लाइट डार्क मैटर (1-100 MeV) का विनाश, जैसा कि हाल ही में Boehm et al द्वारा सुझाया गया है। (2004), शायद सबसे अधिक आकर्षक है, लेकिन गैलेक्टिक पॉज़िट्रॉन का सबसे रोमांचक उम्मीदवार स्रोत भी है।' डार्क मैटर पॉज़िट्रोनियम से भी अधिक आकर्षक है; डार्क मैटर एंटीमैटर नहीं है, और कोई भी इसे पकड़ नहीं पाया है, लैब में इसका अध्ययन तो दूर की बात है। खगोलविद स्वीकार करते हैं कि यह सर्वव्यापी है और इसकी प्रकृति को ट्रैक करना खगोल भौतिकी और कण भौतिकी दोनों में सबसे गर्म विषयों में से एक है। यदि मिल्की वे उभार में नष्ट किए गए पॉज़िट्रॉन के अरबों टन प्रति सेकंड शास्त्रीय नोवा या थर्मोन्यूक्लियर सुपरनोवा से नहीं आ सकते हैं, तो शायद अच्छे पुराने डार्क मैटर को दोष देना है।