डार्क मॅटरच्या सापळ्यातील एक विचित्र धडक

विश्वातील बहुतेक पदार्थ डार्क मॅटरचा (कृष्णद्रव्य) बनलेला आहे, तरीही कुणीही त्याचा एकही कण पकडलेला नाही. अनेक दशके WIMP नावाचे मंद, जड कण हे आवडते उमेदवार होते. जमिनीखाली खोल पुरलेल्या द्रव झेनॉनच्या प्रचंड टाक्या, त्यांपैकी एखादा कण झेनॉन केंद्रकाला धडकून त्याला मागे ढकलेल याची वाट पाहत असतात.

न बसणारी एक घटना

LUX-ZEPLIN प्रयोगाने (LZ) नुकताच आपला शोध अधिक जोरदार टकरींपर्यंत वाढवला. 5.4 ते 50 किलोइलेक्ट्रॉनव्होल्ट या मुख्य ऊर्जा-खिडकीत त्याला काहीही असामान्य दिसले नाही. पण त्याहून वर, जिथे जवळजवळ कोणताही पार्श्वभूमी-गोंगाट अपेक्षित नाही अशा भागात, त्याने 248 किलोइलेक्ट्रॉनव्होल्टवर एकच घटना नोंदवली. तिची स्थानिक महत्ता 3.4 सिग्मा आहे: उत्सुकता वाढवणारी, पण शोध नव्हे.

समस्या गतिकीची आहे. झेनॉन केंद्रकाला इतक्या जोरात धडकण्यासाठी कणाकडे मोठा संवेग असायला हवा — सुमारे 246 MeV/c. आपल्या आकाशगंगेतून हळू वाहणारे डार्क मॅटर हे करू शकत नाही, जोपर्यंत ते खूप जड — प्रोटॉनच्या वस्तुमानाच्या सुमारे 74 पटींहून अधिक — नसते. पण तशी जड प्रतिरूपे कमी ऊर्जेवरील शांततेमुळे बहुतांशी नाकारली गेली आहेत.

मरणाऱ्या कृष्णविवरांतून वेगवान, हलके कण

अशी धडक देण्याचा आणखी एक मार्ग म्हणजे हलका पण अत्यंत वेगवान कण. त्याचा नैसर्गिक स्रोत: आदिम कृष्णविवरे, जी काही सिद्धांतांनुसार अगदी सुरुवातीच्या विश्वात तयार झाली. लघुग्रहाइतके वस्तुमान असलेली — 10¹¹ ते 10¹³ ग्रॅम — कृष्णविवरे आज हॉकिंग प्रारणामुळे बाष्पीभवन पावत असतील, आणि आपल्या तापमानापेक्षा हलके असलेले सर्व प्रकारचे कण उधळत असतील, कदाचित डार्क मॅटरसुद्धा.

इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी गुवाहाटीचे जितुमणी कलिता (Jitumani Kalita) यांनी असा प्रवाह LZ च्या आत काय करेल याची गणना केली. 248-keV ची धडक निर्माण करण्यासाठी येणाऱ्या कणाला सुमारे 123 MeV ऊर्जा लागते.

हे का शक्य नाही

हॉकिंग प्रारण औष्णिक आहे: ते उच्च ऊर्जेच्या कणांपेक्षा कमी ऊर्जेचे कण कितीतरी जास्त निर्माण करते. 20 ते 50 MeV चे कण 123 MeV च्या कणांपेक्षा घातांकी पटीने अधिक सामान्य आहेत. म्हणजे प्रत्येक जोरदार धडकेमागे सौम्य धडकांचा पूर येईल — नेमका तिथेच, जिथे LZ ला काहीही दिसले नाही.

झेनॉनमधील अंदाजित प्रत्यावर्तन वर्णपट: दोन्ही प्रतिरूपे 248 keV (ठिपक्यांची रेषा) पेक्षा कमी ऊर्जेवर (डावीकडे) कितीतरी जास्त घटना निर्माण करतात. — आकृती 1, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.

लेखकांनी दोन प्रमाणित पळवाटा तपासल्या:

• हस्तांतरित संवेगासोबत अधिक जोरदार होणाऱ्या टकरी. अगदी टोकाची आवृत्तीसुद्धा 20–30 keV भोवती घटनांचा उंचवटा सोडते, जो 248 keV वरील दरापेक्षा सुमारे 100 पट जास्त आहे.
• धडकताना किंचित जड अवस्थेत बदलणारे कण. ही युक्ती मंद डार्क मॅटरसाठी चालते. पण इतक्या वेगवान कणांसाठी ऊर्जेची ही छोटी किंमत नगण्य आहे: कमी ऊर्जेवरील अतिरेक संकेतापेक्षा 1,000 पटींहून अधिक मोठाच राहतो.

त्यांचा निष्कर्ष काटेकोर “नो-गो” आहे: LZ ची घटना बाष्पीभवन होणाऱ्या आदिम कृष्णविवरांनी उत्सर्जित केलेल्या डार्क मॅटरपासून येऊ शकत नाही.

तरीही शिकवणारे अपयश

उलटा केला तर हा युक्तिवाद एक मापन बनतो. LZ ला कमी ऊर्जेच्या घटनांचा पूर दिसला नसल्याने, अशी कृष्णविवरे सामान्य असू शकत नाहीत. सुमारे 2 × 10¹¹ ग्रॅमच्या कृष्णविवरांसाठी, ती एकूण डार्क मॅटरचा जास्तीत जास्त सुमारे दहा लाखांश भाग असू शकतात (90% विश्वास-पातळी). 10¹³ ग्रॅमच्या वर ही मर्यादा झपाट्याने सैल होते, कारण तिथे कृष्णविवरे परिणाम करण्याइतकी उष्ण नसतात.

आदिम कृष्णविवरांनी बनलेल्या डार्क मॅटरच्या वाट्यावरील वरच्या मर्यादा, त्यांच्या वस्तुमानानुसार: छायांकित भाग वगळलेला आहे. — आकृती 2, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.

लेखकांच्या मते, मंद डार्क मॅटर पकडण्यासाठी बनवलेले शोधक अशा प्रकारे बाष्पीभवन होणारी कृष्णविवरे उत्सर्जित करतील अशा वेगवान कणांचाही वेध घेऊ शकतात.

जे अजून खुले आहे

हा एका लेखकाचा सैद्धांतिक अभ्यास आहे, आणि तो एका घटनेविषयी आहे. LZ धडकेचा खरा उगम अजून अज्ञात आहे: शोधनिबंध एक स्पष्टीकरण नाकारतो, दुसरे सुचवत नाही.