ফিজিক্যাল রিভিউ লেটারসে প্রকাশিত একটি নতুন গবেষণায়, বিজ্ঞানীরা অতি-হালকা বোসনিক ডার্ক ম্যাটার কণার ভরের উপর একটি নতুন নিম্ন সীমা অনুমান করেছেন।

মহাবিশ্বের পদার্থের প্রায় ৮৫% অংশ নিয়ে গঠিত বলে দাবি করা হলেও, ডার্ক ম্যাটার সরাসরি পর্যবেক্ষণের বাইরে চলে গেছে। এর অস্তিত্ব কেবল মহাজাগতিক কাঠামোর উপর এর মহাকর্ষীয় প্রভাব দ্বারা অনুমান করা হয়।

এই কারণে, বিজ্ঞানীরা ডার্ক ম্যাটারের প্রকৃতি এবং তাই এর ভর সনাক্ত করতে অক্ষম। আমাদের বর্তমান কোয়ান্টাম মেকানিক্স মডেল অনুসারে, সমস্ত মৌলিক কণা অবশ্যই ফার্মিয়ন বা বোসন হতে হবে।

পূর্ববর্তী কাজ পাওলির বর্জন নীতি ব্যবহার করে ডার্ক ম্যাটারের ভরের উপর নিম্ন সীমা সফলভাবে স্থাপন করেছে (যদি এটি ফার্মিয়নিক হয়)।

পাওলির বর্জন নীতি দুটি ফার্মিয়ন (ইলেকট্রন, প্রোটন, নিউট্রন) কে একই কোয়ান্টাম অবস্থা দখল করতে বাধা দেয়। তবে, এটি বোসনের (ফোটন, গ্লুয়ন, হিগস কণা) ক্ষেত্রে প্রযোজ্য নয়।

Phys.org গবেষণার প্রথম লেখক, অসলো বিশ্ববিদ্যালয়ের ইনস্টিটিউট অফ থিওরিটিক্যাল অ্যাস্ট্রোফিজিক্সের পিএইচডি প্রার্থী টিম জিমারম্যানের সাথে কথা বলেছেন।

জিমারম্যান বলেন, "জ্যোতির্পদার্থবিদ্যার দৃষ্টিকোণ থেকে, অন্ধকার পদার্থের বৈশিষ্ট্যগুলিকে সীমাবদ্ধ করার একটি কার্যকর উপায় হল পর্যবেক্ষণ থেকে এমন কিছু বের করা যা এটি নয়। এই কাজে, আমরা অন্ধকার পদার্থের ভরের উপর একটি নতুন মৌলিক সীমা স্থাপন করেছি, ধরে নিচ্ছি যে এটি অতি হালকা বোসন বিভাগে পড়ে।"

তাদের গবেষণা অনুসারে, অতি হালকা বোসোনিক অন্ধকার পদার্থের ভর অবশ্যই 2 × 10-21 ইলেকট্রন ভোল্ট (eV) এর বেশি হতে হবে, যা হাইজেনবার্গের অনিশ্চয়তা নীতি ব্যবহার করে পূর্ববর্তী অনুমানের চেয়ে 100 গুণ বেশি।

লিও II এর গতিগত পর্যবেক্ষণ

দলের পদ্ধতিটি মিল্কিওয়ের উপগ্রহ গ্যালাক্সি লিও II এর তথ্যের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে। এটি মিল্কিওয়ের চেয়ে 1,000 গুণ ছোট একটি বামন ছায়াপথ।

"আমাদের যা প্রয়োজন তা হলো লিও II দেখতে কেমন তার একটি মাত্র স্ন্যাপশট। এই স্ন্যাপশটটি ব্যাখ্যা করা বেশ সহজ হয়ে ওঠে কারণ এটি মিল্কিওয়ের ঘনিষ্ঠ প্রতিবেশী, এবং তাই, এই স্ন্যাপশটটি ব্যাখ্যা করার জন্য আমাদের মহাবিশ্বের সম্প্রসারণের মতো অতিরিক্ত জিনিসের মডেলিংয়ের প্রয়োজন হয় না," জিমারম্যান বলেন।

লিও II-এর মধ্যে নক্ষত্রের গতিবিধি অধ্যয়ন করে, গবেষকরা অনুমান করতে পারেন যে ছায়াপথের মধ্যে অন্ধকার পদার্থ কীভাবে বিতরণ করা হয়। এর কারণ হল তারার গতিবিধি অন্ধকার পদার্থ সহ ছায়াপথের মোট ভরের মহাকর্ষীয় প্রভাব দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়।

"আমরা লিও II সম্পর্কে যা কিছু জানি, বিশেষ করে এটি অভ্যন্তরীণভাবে কেমন দেখায়, তা আমরা আরও কাজে লাগাই এবং শ্রোডিঞ্জারের সমীকরণ সমাধান করি যাতে অন্ধকার পদার্থের অস্তিত্বের সম্ভাব্য অবস্থা নির্ধারণ করা যায়। আমাদের ফলাফল ডেটা-সম্পূর্ণ এবং শুধুমাত্র প্রথম-নীতি পদার্থবিদ্যা ব্যবহার করে," জিমারম্যান ব্যাখ্যা করেন।

দলটি 5,000টি সম্ভাব্য অন্ধকার পদার্থের ঘনত্ব প্রোফাইল তৈরি করেছে যা লিও II-তে পর্যবেক্ষণ করা নাক্ষত্রিক গতিবিদ্যার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। এর জন্য, তারা GRAVSPHERE নামক একটি মার্কভ-চেইন-মন্টে-কার্লো স্যাম্পলার টুল ব্যবহার করেছিলেন যা জিন্স সমীকরণ সমাধান করে অন্ধকার পদার্থের ঘনত্ব প্রোফাইল নির্ণয় করে।

এরপর তারা এই পর্যবেক্ষণ-ভিত্তিক প্রোফাইলগুলিকে বিভিন্ন সম্ভাব্য ভরের অন্ধকার পদার্থের প্রতিনিধিত্বকারী কোয়ান্টাম তরঙ্গ ফাংশন দ্বারা তৈরি ঘনত্ব প্রোফাইলের সাথে তুলনা করেন।

একটি নিম্ন আবদ্ধ এবং মিশ্র অন্ধকার পদার্থ স্থাপন

গবেষকরা দেখেছেন যে যখন অন্ধকার পদার্থের কণা খুব হালকা হয় (2.2 × 10-21 eV এর নিচে), তখন অনিশ্চয়তা নীতির মৌলিক সীমাবদ্ধতার কারণে কোয়ান্টাম তরঙ্গ ফাংশনগুলি পর্যবেক্ষণ করা অন্ধকার পদার্থের ঘনত্ব বন্টন পুনরুত্পাদন করতে পারে না।

অনিশ্চয়তা নীতিটি একই সাথে একটি কণার অবস্থান এবং ভরবেগ কতটা সঠিকভাবে জানা যেতে পারে তা সীমাবদ্ধ করে।

খুব হালকা অন্ধকার পদার্থের কণার ক্ষেত্রে, এটি একটি কোয়ান্টাম অস্পষ্টতা তৈরি করে, যেখানে তারা স্থানীয় কণার চেয়ে তরঙ্গের মতো আচরণ করে। এই কোয়ান্টাম অস্পষ্টতা অন্ধকার পদার্থকে ছোট অঞ্চলে ঘনীভূত হতে বাধা দেবে।

গবেষকরা তাদের ফলাফল প্রতিষ্ঠার জন্য JAXSP নামক একটি গণনামূলক সরঞ্জাম তৈরি করেছেন। এই টুলটি তাদের অন্ধকার পদার্থের কণার তরঙ্গ ফাংশন পুনর্গঠন করতে এবং নির্ধারণ করতে সাহায্য করেছিল যে তারা লিও II এর ঘনত্ব প্রোফাইলে পর্যবেক্ষণ করা কণাগুলিকে পুনরুত্পাদন করতে পারে কিনা।

পরিসংখ্যানগত বিশ্লেষণের মাধ্যমে, তারা সেই বিন্দুটি সনাক্ত করতে পারে যেখানে কণার ভর পর্যবেক্ষণ করা গ্যালাক্সি কাঠামোর জন্য খুব ছোট হয়ে গিয়েছিল।

পূর্ববর্তী গবেষণার তুলনায়, গবেষকরা অন্ধকার পদার্থের ভরের নিম্ন সীমাকে দুই ক্রম দ্বারা উন্নত করেছেন।

জনপ্রিয় অতি-হালকা অন্ধকার পদার্থ মডেলগুলির জন্য এই ফলাফলগুলির উল্লেখযোগ্য প্রভাব রয়েছে, বিশেষ করে অস্পষ্ট অন্ধকার পদার্থ, যা সাধারণত 10-22 eV এর কাছাকাছি ভর সহ কণা প্রস্তাব করে।

একটি নিম্ন-সীমা এবং মিশ্র অন্ধকার পদার্থ স্থাপন
গবেষকরা দেখেছেন যে যখন অন্ধকার পদার্থের কণা খুব হালকা হয় (2.2 × 10-21 eV এর নিচে), তখন অনিশ্চয়তা নীতির মৌলিক সীমাবদ্ধতার কারণে কোয়ান্টাম তরঙ্গ ফাংশন পর্যবেক্ষণ করা অন্ধকার পদার্থের ঘনত্ব বন্টন পুনরুত্পাদন করতে পারে না।

অনিশ্চয়তা নীতি সীমাবদ্ধ করে যে একটি কণার অবস্থান এবং ভরবেগ একসাথে কতটা সঠিকভাবে জানা যেতে পারে।

খুব হালকা অন্ধকার পদার্থের কণার ক্ষেত্রে, এটি একটি কোয়ান্টাম অস্পষ্টতা তৈরি করে, যেখানে তারা স্থানীয় কণার চেয়ে তরঙ্গের মতো আচরণ করে।