अतीत के सभी सुपरनोवा के छोड़े न्यूट्रिनो का एक धुँधला संकेत

प्रेक्षणीय ब्रह्मांड में कहीं न कहीं, हर सेकंड कुछ बार, किसी तारे का केंद्रक ढह जाता है। हर पतन से भारी मात्रा में ऊर्जा, लगभग 10⁵³ अर्ग (10⁴⁶ जूल), मुक्त होने की अपेक्षा है, जिसका लगभग 99% न्यूट्रिनो ले जाते हैं — लगभग द्रव्यमानहीन कण जो लगभग हर पदार्थ के आर-पार निकल जाते हैं। फिर भी निकटवर्ती सुपरनोवा से न्यूट्रिनो की बौछारें हर सदी में केवल कुछ बार पहुँचती हैं। सुपरनोवा SN 1987A से पकड़े गए 24 न्यूट्रिनो के बाद से, सुपरनोवा न्यूट्रिनो को फिर से पकड़ना न्यूट्रिनो खगोलविज्ञान का एक केंद्रीय लक्ष्य रहा है।

तारों के बनने की शुरुआत से हर पतन का योग

एक और रास्ता है। तारा-निर्माण शुरू होने के बाद से हुए सभी केंद्रक-पतनों के न्यूट्रिनो जोड़िए, और आपको विसरित सुपरनोवा न्यूट्रिनो पृष्ठभूमि (diffuse supernova neutrino background, DSNB) मिलती है: हर दिशा से बराबर आने वाला एक स्थिर फ्लक्स। इसका स्पेक्ट्रम — हर ऊर्जा पर कितने न्यूट्रिनो — बताएगा कि तारे कैसे ढहते हैं, कितने अंश पतन ब्लैक होल बनाते हैं, और आकाशगंगाओं का रसायन कैसे विकसित हुआ।

अनेक भविष्यवाणियाँ मौजूद हैं। जल और द्रव-स्फुरक (liquid-scintillator) संसूचकों में खोजें की गई हैं, लेकिन अब तक किसी को भी कोई सार्थक अधिकता नहीं मिली थी, और यह खोज भी, जैसा नीचे दिखाया गया है, अभी केवल एक संकेत है।

एक कौंध, फिर एक न्यूट्रॉन

एक पतन हर प्रकार के न्यूट्रिनो उत्सर्जित करता है। अधिकांश खोजें, यह खोज भी, उनमें से एक को निशाना बनाती हैं, इलेक्ट्रॉन प्रतिन्यूट्रिनो (ν̄e) को, प्रोटॉन पर होने वाली एक अभिक्रिया के ज़रिए:

ν̄e + p → e⁺ + n

प्रोटॉन एक पॉज़िट्रॉन (e⁺, धनावेशित इलेक्ट्रॉन) और एक न्यूट्रॉन में बदल जाता है। यहाँ जिस ऊर्जा-सीमा का महत्व है, मोटे तौर पर 10 से 30 MeV (मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट, यानी दस लाख इलेक्ट्रॉनवोल्ट), उसमें यह अभिक्रिया किसी न्यूट्रिनो के इलेक्ट्रॉन से टकराकर उछलने की तुलना में लगभग सौ गुना अधिक संभावित है।

सुपर-कामिओकांडे (Super-Kamiokande, SK) जापान के गिफ़ु में कामिओका खदान में स्थित पानी की एक विशाल टंकी है, जिस पर प्रकाश संवेदक नज़र रखते हैं; विश्लेषण इसके 22.5 किलोटन पानी का उपयोग करता है। पानी से गुज़रता कोई तेज़ आवेशित कण प्रकाश का एक धुँधला शंकु छोड़ता है, जिसे चेरेनकोव प्रकाश कहते हैं: पॉज़िट्रॉन के इस प्रकाश को फ़ोटोमल्टीप्लायर ट्यूब (प्रकाश संवेदक) दर्ज करते हैं। न्यूट्रॉन थोड़ी देर बाद किसी परमाणु नाभिक द्वारा पकड़ा जाता है, जो प्रकाश की एक दूसरी, मंद कौंध छोड़ता है: शुद्ध पानी में लगभग 200 माइक्रोसेकंड के बाद, और जब पानी में गैडोलिनियम, एक ऐसी धातु जो न्यूट्रॉनों को कहीं अधिक आसानी से पकड़ती है, 0.033% पर घोला जाता है, तब लगभग 60 के बाद। कौंध और फिर पकड़, दोनों को देखना — “न्यूट्रॉन टैगिंग” — ज़रूरी है, क्योंकि अपेक्षित सिग्नल साल में केवल कुछ घटनाएँ है।

छह चरणों में 5,003 दिन

डेटा अक्टूबर 2008 से मार्च 2026 तक का है: छह चरणों में 5,003.0 दिन की रिकॉर्डिंग। पहले दो चरणों में शुद्ध पानी था। फिर उसमें गैडोलिनियम सल्फ़ेट घोला गया: पहले 13 टन, फिर 26.1 टन और, जिससे गैडोलिनियम द्वारा पकड़े गए न्यूट्रॉनों का हिस्सा 50% से 75% हो गया। उसके साथ टैग किए गए न्यूट्रॉनों का हिस्सा भी बढ़ा: शुद्ध पानी में 10–30%, सबसे अधिक सांद्रता पर 60–70%। अक्टूबर 2023 में संसूचक के आसपास पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र को निरस्त करने वाली कुंडलियों की ख़राबी ने मरम्मत होने तक 191.8 दिनों के लिए कुछ संवेदकों को मंद कर दिया।

छह चरणों में जमा होती उम्मीदवार घटनाएँ: कुल (नीला), ठीक एक टैग किए गए न्यूट्रॉन के साथ (लाल) या उसके बिना (हरा); गैडोलिनियम मिलाए जाने के बाद लाल रेखा अधिक खड़ी हो जाती है। — चित्र 4, Abe et al. (2026), arXiv:2610.35619.

दस लाख गुना अधिक आम नकलची

ब्रह्मांडीय किरणों के म्यूऑन (इलेक्ट्रॉन के भारी चचेरे भाई, जो ब्रह्मांडीय किरणों के ऊपरी वायुमंडल से टकराने पर बनते हैं) पानी में ऑक्सीजन नाभिकों को तोड़कर रेडियोधर्मी समस्थानिक बना देते हैं, जिनके क्षय लगभग 20 MeV से नीचे अपेक्षित सिग्नल से दस लाख गुना तक अधिक होते हैं। अधिकांश कोई न्यूट्रॉन उत्सर्जित नहीं करते, इसलिए न्यूट्रॉन की शर्त उन्हें हटा देती है। लिथियम-9 अपवाद है: यह एक इलेक्ट्रॉन और एक न्यूट्रॉन में क्षयित होता है, जो सिग्नल की हूबहू नकल है (अर्ध-आयु: 0.178 सेकंड)।

वायुमंडलीय न्यूट्रिनो दूसरा जाल हैं। कुछ किसी नाभिक से एक न्यूट्रॉन बाहर धकेल देते हैं और गामा किरणें छोड़ते हैं, जिससे कौंध-और-न्यूट्रॉन की जोड़ी की नकल बन जाती है। कुछ अन्य एक म्यूऑन बनाते हैं, जो माइक्रोसेकंडों में एक इलेक्ट्रॉन में क्षयित हो जाता है; किसी न्यूट्रॉन के साथ, यह जोड़ी भी सिग्नल की नकल करती है। नया विश्लेषण इसमें जोड़ता है:

• इन गामा-किरण नकलचियों के लिए एक मशीन लर्निंग फ़िल्टर, जो असली सिग्नल का 79% के बजाय 89% बचाए रखता है और बचे हुए नकलचियों को आधा कर देता है, 10% से 5%;
• म्यूऑन के क्षय से निकले इलेक्ट्रॉन को गैडोलिनियम द्वारा पकड़ से अलग पहचानने का एक तरीक़ा, उन घटनाओं को काटने के बजाय जिनसे पहले सिग्नल का लगभग 10% खो जाता था;
• कसी हुई अनिश्चितताएँ: इन वायुमंडलीय घटनाओं की दर पर 70% के बजाय 45%, बचे हुए लिथियम-9 पर 50% के बजाय 30%।

एक निर्णय उलटी दिशा में जाता है। शुद्ध पानी वाले वर्षों में, जिन घटनाओं में ठीक एक टैग किया गया न्यूट्रॉन नहीं था, उनमें फ़िट ने 15.5 और 21.5 MeV के बीच की मापी गई ऊर्जाओं पर एक अतिरिक्त योगदान पाया, लगभग उतना ही बड़ा जितना वहाँ अपेक्षित सुपरनोवा सिग्नल — लेखकों के अनुसार सबसे संभवतः ब्रह्मांडीय किरणों का बचा हुआ मलबा, जिसे उनका मॉडल नहीं पकड़ पाता। उन्होंने हर चरण में उन घटनाओं की दहलीज़ बढ़ाकर 21.5 MeV कर दी, और ठीक एक टैग किए गए न्यूट्रॉन वाली घटनाओं के लिए उसे 15.5 से घटाकर 11.5 MeV कर दिया। दोनों बदलाव मिलकर अपेक्षित सिग्नल का 13.9% गँवा देते हैं।

2.6 सिग्मा क्या कहता है, और क्या नहीं

अंतिम फ़िट सभी चरणों, छह डेटा क्षेत्रों और सात घटकों को एक साथ लेता है: सिग्नल और छह पृष्ठभूमियाँ। सिग्नल के आकार के लिए एक संदर्भ मॉडल (होरिउची और सहयोगी, 2009) के साथ:

• सर्वश्रेष्ठ-फ़िट फ्लक्स: 13.3 MeV से ऊपर 3.6 (+1.6/−1.5) प्रतिन्यूट्रिनो प्रति वर्ग सेंटीमीटर प्रति सेकंड, या SK में 4.8 (+2.2/−2.0) घटनाएँ प्रति वर्ष;
• सार्थकता: 2.6 सिग्मा;
• केवल गैडोलिनियम चरण (1,653.7 दिन): 2.2 सिग्मा; केवल शुद्ध-पानी चरण (3,349.3 दिन): 1.4 सिग्मा — गैडोलिनियम की कहीं बेहतर न्यूट्रॉन टैगिंग उसके छोटे संचालन-काल पर भारी पड़ती है;
• सिग्नल के दो अन्य आकार 2.7 और 2.6 सिग्मा देते हैं;
• फ्लक्स संदर्भ मॉडल द्वारा अनुमानित 2.1 से 3.9 की सीमा के ऊपरी छोर के पास है।

2.6 सिग्मा का क्या अर्थ है? यदि SK केवल पृष्ठभूमि दर्ज कर रहा होता, बिना किसी सुपरनोवा न्यूट्रिनो के, तो ऐसा डेटा असंभावित होता: लेखक उस “पृष्ठभूमि के सिवा कुछ नहीं” परिकल्पना को 99.5% विश्वास-स्तर पर कमज़ोर ठहराते हैं। इसीलिए वे इसे प्रेक्षण (observation) के बजाय एक संकेत (indication) कहते हैं — उनके शब्दों में, इस सिग्नल का पहला संकेत।

हर फ्लक्स डेटा से कितना बुरा मेल खाता है (काला: सभी चरण; धराशायी: हर चरण अलग से): वक्र 3.6 के पास न्यूनतम पर पहुँचता है, और शून्य फ्लक्स पर 2-सिग्मा और 3-सिग्मा रेखाओं के बीच तक उठ जाता है। — चित्र 5, Abe et al. (2026), arXiv:2610.35619.

एक मोटी गिनती, एक कमज़ोर तनाव

एक जाँच जो सिग्नल के लिए कोई आकार नहीं मानती — बस 13.3 और 31.3 MeV के बीच एक टैग किए गए न्यूट्रॉन वाले उम्मीदवारों को अपेक्षित पृष्ठभूमि के सामने गिनती है — केवल 1.8 सिग्मा का तनाव (tension) देती है। और 17.3 MeV से ऊपर नया फ्लक्स, 1.8 (+0.8/−0.7) प्रति वर्ग सेंटीमीटर प्रति सेकंड, अपनी अनिश्चितताओं के भीतर उस 1.4 (+1.5/−1.2) से मेल खाता है जो सहयोग-समूह (collaboration) की पिछली खोज ने केवल गैडोलिनियम डेटा पर पाया था।