অতীতের সব সুপারনোভার রেখে যাওয়া নিউট্রিনোর এক ক্ষীণ আভাস

পর্যবেক্ষণযোগ্য মহাবিশ্বের কোথাও না কোথাও প্রতি সেকেন্ডে কয়েকবার একটি তারার কেন্দ্র চুপসে যায়। প্রতিটি চুপসে যাওয়া বিপুল পরিমাণ শক্তি, প্রায় 10⁵³ আর্গ (10⁴⁶ জুল), মুক্ত করে বলে ধারণা করা হয়, যার প্রায় 99% বয়ে নিয়ে যায় নিউট্রিনো, প্রায় ভরহীন কণা, যা প্রায় সব পদার্থ ভেদ করে চলে যায়। অথচ কাছের সুপারনোভা থেকে নিউট্রিনোর ঝাপটা আসে প্রতি শতাব্দীতে মাত্র কয়েকবার। সুপারনোভা SN 1987A থেকে ধরা পড়া 24টি নিউট্রিনোর পর থেকে আবার সুপারনোভা নিউট্রিনো ধরা নিউট্রিনো জ্যোতির্বিজ্ঞানের একটি কেন্দ্রীয় লক্ষ্য হয়ে আছে।

তারা গঠনের শুরু থেকে সব চুপসে যাওয়ার যোগফল

ঢোকার আরেকটি পথ আছে। তারা গঠন শুরু হওয়ার পর থেকে সব কেন্দ্র-পতনের নিউট্রিনো যোগ করুন, আর আপনি পাবেন বিচ্ছুরিত সুপারনোভা নিউট্রিনো পটভূমি (diffuse supernova neutrino background, DSNB): সব দিক থেকে সমানভাবে আসা একটি স্থির প্রবাহ। এর বর্ণালি — প্রতিটি শক্তিতে কতগুলো নিউট্রিনো — জানাবে তারারা কীভাবে চুপসে যায়, চুপসে যাওয়ার কোন ভগ্নাংশ কৃষ্ণগহ্বর তৈরি করে, আর ছায়াপথগুলোর রসায়ন কীভাবে বিবর্তিত হয়েছে।

অনেক পূর্বাভাস রয়েছে। পানি ও তরল-সিন্টিলেটর শনাক্তকারী যন্ত্রে অনুসন্ধান চালানো হয়েছে, কিন্তু এখন পর্যন্ত কোনোটিই উল্লেখযোগ্য কোনো আধিক্য খুঁজে পায়নি, আর এটিও, নিচে যেমন দেখানো হয়েছে, এখনো কেবল একটি ইঙ্গিত।

একটি ঝলক, তারপর একটি নিউট্রন

একটি চুপসে যাওয়া সব ধরনের নিউট্রিনো নিঃসরণ করে। বেশিরভাগ অনুসন্ধান, এটিসহ, এদের একটিকে লক্ষ্য করে, ইলেকট্রন অ্যান্টিনিউট্রিনো (ν̄e), একটি প্রোটনের ওপর ঘটা একটি বিক্রিয়ার মাধ্যমে:

ν̄e + p → e⁺ + n

প্রোটনটি হয়ে যায় একটি পজিট্রন (e⁺, ধনাত্মক আধানযুক্ত একটি ইলেকট্রন) ও একটি নিউট্রন। এখানে যে শক্তির পরিসর গুরুত্বপূর্ণ, মোটামুটি 10 থেকে 30 MeV (দশ লক্ষ ইলেকট্রনভোল্ট), সেখানে এই বিক্রিয়া একটি নিউট্রিনোর কোনো ইলেকট্রনে ধাক্কা খেয়ে ছিটকে যাওয়ার চেয়ে প্রায় একশো গুণ বেশি সম্ভাব্য।

সুপার-কামিওকান্দে (Super-Kamiokande, SK) জাপানের গিফুতে কামিওকা খনিতে অবস্থিত পানির একটি বিশাল ট্যাংক, যার ওপর নজর রাখে আলো-সংবেদী যন্ত্র; বিশ্লেষণটি এর 22.5 কিলোটন পানি বিবেচনায় নেয়। পানি ভেদ করে যাওয়া একটি দ্রুতগামী আধানযুক্ত কণা আলোর একটি ক্ষীণ শঙ্কু ছড়ায়, যাকে বলে চেরেনকভ আলো: পজিট্রনের এই আলো ফটোমাল্টিপ্লায়ার টিউব (আলো-সংবেদী যন্ত্রগুলো) দিয়ে রেকর্ড করা হয়। নিউট্রনটি একটু পরে একটি পরমাণু-নিউক্লিয়াসের হাতে ধরা পড়ে, যা দ্বিতীয় একটি, ক্ষীণতর আলোর ঝলক ছাড়ে: বিশুদ্ধ পানিতে প্রায় 200 মাইক্রোসেকেন্ড পরে, আর পানিতে গ্যাডোলিনিয়াম — এমন একটি ধাতু যা নিউট্রন অনেক বেশি সহজে ধরে — 0.033% মাত্রায় দ্রবীভূত করলে প্রায় 60 মাইক্রোসেকেন্ড পরে। ঝলকটি এবং তারপর ধরা পড়াটি দেখা — “নিউট্রন ট্যাগিং” (neutron tagging) — গুরুত্বপূর্ণ, কারণ প্রত্যাশিত সংকেত বছরে মাত্র কয়েকটি ঘটনা।

ছয়টি পর্যায়ে 5,003 দিন

উপাত্ত চলেছে অক্টোবর 2008 থেকে মার্চ 2026 পর্যন্ত: ছয়টি পর্যায়ে 5,003.0 দিনের রেকর্ডিং। প্রথম দুটিতে বিশুদ্ধ পানি ব্যবহার করা হয়েছিল। তারপর এতে গ্যাডোলিনিয়াম সালফেট দ্রবীভূত করা হয়: 13 টন, তারপর আরও 26.1 টন, যা গ্যাডোলিনিয়ামে ধরা পড়া নিউট্রনের ভাগ 50% থেকে 75%-এ তুলেছে। এর সঙ্গে ট্যাগ করা নিউট্রনের ভাগও বেড়েছে: বিশুদ্ধ পানিতে 10–30%, সর্বোচ্চ ঘনত্বে 60–70%। অক্টোবর 2023-এ শনাক্তকারী যন্ত্রের চারপাশে পৃথিবীর চৌম্বক ক্ষেত্র নাকচ করার কুণ্ডলীগুলো বিকল হওয়ায় মেরামত পর্যন্ত 191.8 দিন কিছু সংবেদী যন্ত্র ম্লান হয়ে ছিল।

ছয়টি পর্যায়জুড়ে জমতে থাকা সম্ভাব্য ঘটনা: মোট (নীল), ঠিক একটি ট্যাগ করা নিউট্রনসহ (লাল) বা তা ছাড়া (সবুজ); গ্যাডোলিনিয়াম যোগ করার পর লাল রেখাটি খাড়া হয়ে ওঠে। — চিত্র 4, Abe et al. (2026), arXiv:2610.35619.

দশ লক্ষ গুণ বেশি সাধারণ ছদ্মবেশীরা

মহাজাগতিক রশ্মির মিউওন (ইলেকট্রনের ভারী জ্ঞাতি কণা, যা মহাজাগতিক রশ্মি ওপরের বায়ুমণ্ডলে আঘাত করলে তৈরি হয়) পানির অক্সিজেন নিউক্লিয়াসকে ভেঙে তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ তৈরি করে, যাদের ক্ষয় প্রায় 20 MeV-এর নিচে প্রত্যাশিত সংকেতের চেয়ে সর্বোচ্চ দশ লক্ষ গুণ বেশি। বেশিরভাগই কোনো নিউট্রন নিঃসরণ করে না, তাই একটি নিউট্রন আবশ্যক করলে সেগুলো বাদ পড়ে। লিথিয়াম-9 ব্যতিক্রম: এটি ক্ষয় হয়ে একটি ইলেকট্রন এবং একটি নিউট্রন দেয়, যা সংকেতের নিখুঁত প্রতিলিপি (অর্ধায়ু: 0.178 সেকেন্ড)।

বায়ুমণ্ডলীয় নিউট্রিনো আরেকটি ফাঁদ। কিছু নিউট্রিনো একটি নিউক্লিয়াস থেকে একটি নিউট্রন ছিটকে বের করে এবং গামা রশ্মি মুক্ত করে, যা ঝলক-ও-নিউট্রনের জুটির নকল করে। অন্যগুলো একটি মিউওন তৈরি করে, যা কয়েক মাইক্রোসেকেন্ডের মধ্যে ক্ষয় হয়ে একটি ইলেকট্রন হয়; একটি নিউট্রনের সঙ্গে মিলে এই জুটিও সংকেতের নকল করে। নতুন বিশ্লেষণে যোগ হয়েছে:

• এই গামা-রশ্মি ছদ্মবেশীদের জন্য একটি মেশিন লার্নিং ছাঁকনি, যা প্রকৃত সংকেতের 79%-এর বদলে 89% রাখে এবং বাকি থাকা ছদ্মবেশীদের অর্ধেকে নামায়, 10% থেকে 5%-এ;
• একটি মিউওনের ক্ষয় থেকে আসা ইলেকট্রনকে গ্যাডোলিনিয়ামে ধরা পড়া থেকে আলাদা করার একটি উপায়, ঘটনাগুলো ছেঁটে ফেলার বদলে, যা আগে সংকেতের প্রায় 10% খরচ করত;
• আরও আঁটসাঁট অনিশ্চয়তা: এই বায়ুমণ্ডলীয় ঘটনাগুলোর হারে 70%-এর বদলে 45%, অবশিষ্ট লিথিয়াম-9-এ 50%-এর বদলে 30%।

একটি সিদ্ধান্ত গেছে উল্টো দিকে। বিশুদ্ধ পানির বছরগুলোতে, ঠিক একটি ট্যাগ করা নিউট্রন নেই এমন ঘটনাগুলোর মধ্যে, ফিটটি 15.5 থেকে 21.5 MeV মাপা শক্তিতে একটি বাড়তি অবদান খুঁজে পায়, যা সেখানে প্রত্যাশিত সুপারনোভা সংকেতের প্রায় সমান — লেখকদের মতে খুব সম্ভবত মহাজাগতিক রশ্মির অবশিষ্ট ধ্বংসাবশেষ, যা তাঁদের মডেলে ধরা পড়ে না। তাঁরা প্রতিটি পর্যায়ে ওই ঘটনাগুলোর সীমা বাড়িয়ে 21.5 MeV করেছেন, আর ঠিক একটি ট্যাগ করা নিউট্রনসহ ঘটনাগুলোর সীমা 15.5 থেকে নামিয়ে 11.5 MeV করেছেন। দুটি পরিবর্তন মিলে প্রত্যাশিত সংকেতের 13.9% খরচ করে।

2.6 সিগমা যা বলে, আর যা বলে না

চূড়ান্ত ফিটটি সব পর্যায়, ছয়টি উপাত্ত-অঞ্চল এবং সাতটি উপাদান একসঙ্গে নেয়: সংকেত এবং ছয়টি পটভূমি। সংকেতের আকৃতির জন্য একটি প্রামাণ্য মডেল (হোরিউচি ও সহকর্মীরা, 2009) নিয়ে:

• সর্বোত্তম-ফিট প্রবাহ: 13.3 MeV-এর ওপরে প্রতি বর্গ সেন্টিমিটারে প্রতি সেকেন্ডে 3.6 (+1.6/−1.5)টি অ্যান্টিনিউট্রিনো, অর্থাৎ SK-তে বছরে 4.8 (+2.2/−2.0)টি ঘটনা;
• তাৎপর্য: 2.6 সিগমা;
• কেবল গ্যাডোলিনিয়াম পর্যায়গুলো (1,653.7 দিন): 2.2 সিগমা; কেবল বিশুদ্ধ পানির পর্যায়গুলো (3,349.3 দিন): 1.4 সিগমা — গ্যাডোলিনিয়ামের অনেক ভালো নিউট্রন ট্যাগিং এর স্বল্পতর চালনাকালকে ছাপিয়ে যায়;
• সংকেতের অন্য দুটি আকৃতি দেয় 2.7 ও 2.6 সিগমা;
• প্রবাহটি প্রামাণ্য মডেলের পূর্বাভাসিত 2.1 থেকে 3.9 পরিসরের ঊর্ধ্বপ্রান্তের কাছে বসে।

2.6 সিগমার মানে কী? SK যদি কেবল পটভূমিই রেকর্ড করত, কোনো সুপারনোভা নিউট্রিনো ছাড়াই, তবে এমন উপাত্ত পাওয়া অসম্ভাব্য হতো: লেখকেরা সেই “পটভূমি ছাড়া আর কিছু নয়” প্রকল্পকে 99.5% আস্থাস্তরে অসমর্থন করেন। এ কারণেই তাঁরা একে পর্যবেক্ষণ না বলে একটি ইঙ্গিত বলেন — তাঁদের ভাষায়, এই সংকেতের প্রথম ইঙ্গিত।

প্রতিটি প্রবাহ উপাত্তের সঙ্গে কতটা খারাপভাবে মেলে (কালো: সব পর্যায়; ড্যাশ দেওয়া: প্রতিটি পর্যায় আলাদাভাবে): বক্ররেখাটি 3.6-এর কাছে তলায় পৌঁছায়, আর শূন্য প্রবাহে এটি 2-সিগমা ও 3-সিগমা রেখার মাঝামাঝি পর্যন্ত ওঠে। — চিত্র 5, Abe et al. (2026), arXiv:2610.35619.

একটি স্থূলতর গণনা, একটি দুর্বলতর টানাপোড়েন

একটি মিলিয়ে-দেখা পরীক্ষা, যা সংকেতের কোনো আকৃতি ধরে নেয় না — কেবল 13.3 থেকে 31.3 MeV-এর মধ্যে একটি ট্যাগ করা নিউট্রনসহ সম্ভাব্য ঘটনাগুলোকে প্রত্যাশিত পটভূমির বিপরীতে গোনে — মাত্র 1.8 সিগমার টানাপোড়েন দেয়। আর 17.3 MeV-এর ওপরে নতুন প্রবাহ, প্রতি বর্গ সেন্টিমিটারে প্রতি সেকেন্ডে 1.8 (+0.8/−0.7), এর অনিশ্চয়তার মধ্যে সহযোগী দলটির আগের অনুসন্ধানে কেবল গ্যাডোলিনিয়াম উপাত্ত থেকে পাওয়া 1.4 (+1.5/−1.2)-এর সঙ্গে মেলে।