आकाशगंगेची गॅमा-प्रभा: संकेत, की चुकीचा क्षण?

Fermi लार्ज एरिया टेलिस्कोप आपल्या आकाशगंगेच्या मध्यवर्ती सुमारे 10 अंशांतून साधारण एक गिगाइलेक्ट्रॉनव्होल्ट (GeV, कणांसाठीचे ऊर्जेचे एकक) ऊर्जेचे इतके गॅमा किरण येताना पाहतो, की ज्ञात स्रोत आणि आकाशगंगेच्या विसरित प्रभेची मॉडेल्स त्यांचा हिशेब देऊ शकत नाहीत. MIT मधील Kavli Institute for Astrophysics and Space Research च्या Isabel Sands, आणि Caltech मधील TAPIR चे Philip Hopkins, याचा उगम जवळजवळ दोन दशकांपासून अनुत्तरित प्रश्न असल्याचे म्हणतात. काही अभ्यासांना ही “आकाशगंगीय केंद्रातील जादा प्रभा” (galactic centre excess) एकमेकांचा विनाश (annihilation) करून गॅमा किरणांत रूपांतरित होणाऱ्या गडद द्रव्याच्या कणांचा ठोस पुरावा वाटते. इतर अभ्यास याचे श्रेय वेगळे न ओळखता आलेल्या बिंदुस्रोतांना — एकेक करून दिसण्यासाठी फारच अंधुक असलेल्या समूहाला — देतात, जसे की मिलिसेकंद पल्सारांची — अतिशय वेगाने स्वतःभोवती फिरणाऱ्या मृत ताऱ्यांची — एक नवी लोकसंख्या.

दोन्ही गटांना अडचणी आल्या आहेत. काही अभ्यासांना आढळते की जादा प्रभा आकाशगंगेच्या ताऱ्यांच्या मध्यवर्ती फुगवट्याला अनुसरते, जे खगोलभौतिक उगमाकडे निर्देश करते. आणि आवश्यक पल्सारांना जन्म देणाऱ्या ताऱ्यांच्या प्रणाली केंद्रात पुरेशा प्रमाणात नसल्याचे दिसते.

काळात गोठवलेली आकाशगंगा

लेखक जवळजवळ सर्व आधीच्या अभ्यासांमध्ये सामायिक असलेल्या एका कमकुवत दुव्याकडे बोट दाखवतात. “सामान्य” गॅमा-प्रभेचे भाकीत करण्यासाठी, ते अशा कोड्सवर अवलंबून राहतात जे वैश्विक किरणांना — प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन आणि अधिक जड केंद्रके यांसारख्या वेगवान विद्युतभारित कणांना — जणू ते स्थिर अवस्थेत (steady state) आहेत, आकाशगंगेच्या अक्षाभोवती समानपणे पसरलेले आहेत, असे मानतात. असे कोड्स काळानुसार बदलणाऱ्या कोणत्याही गोष्टीचा माग काढू शकत नाहीत: आकाशगंगीय वारे, चुंबकीय क्षेत्रांशी बांधलेला वायू, अशांतता.

इथे वापरलेल्या सिम्युलेशन्समध्ये, वैश्विक किरण सुपरनोव्हांकडून प्रक्षेपित होतात. प्रवास करताना ते तीन प्रकारे गॅमा किरण निर्माण करतात, ज्यांपैकी दोन ते किती वायूला धडकतात यावर अवलंबून असतात. त्यांचे मॉडेल शांत, सरासरी काढलेले धुके म्हणून करा, आणि कोणतीही खरी असमानता अस्पष्टीकृत उर्वरित भाग (residual) म्हणून शिल्लक राहते.

दोन आभासी आकाशगंगा

Sands आणि Hopkins यांनी FIRE-2 प्रकल्पातील आपल्या आकाशगंगेसारख्या तीन सिम्युलेटेड आकाशगंगा घेतल्या, ज्या सुरुवातीच्या विश्वापासून चुंबकीय क्षेत्रे, वायू आणि अनेक प्रकारच्या वैश्विक-किरण कणांसह वाढवलेल्या होत्या. त्यांपैकी एक, m12i, वगळली गेली, कारण तिची तबकडी आपल्या तबकडीच्या उलट जोरदारपणे वाकलेली आहे. उरल्या m12f, अधिक सपाट तबकडी असलेली, आणि m12m, अधिक ठळक फुगवटा असलेली. दोन्हींपैकी कोणत्याही आकाशगंगेत गडद द्रव्याचे उत्सर्जन किंवा पल्सार नाहीत: एकमेव गॅमा-प्रभा सुपरनोव्हांनी प्रक्षेपित केलेल्या वैश्विक किरणांतून येते.

प्रत्येक आकाशगंगेसाठी, गटाने एक “शांत” संदर्भ तयार केला: ज्यांची एकूण गॅमा-तेजस्विता मध्यगापेक्षा कमी होती अशा सर्व क्षणचित्रांची (snapshots) — लागोपाठच्या क्षणी जतन केलेल्या सिम्युलेटेड आकाशगंगेची — सरासरी. त्यांनी तो 46 कोटी ते 2 कोटी वर्षांपूर्वीच्या दरम्यानच्या प्रत्येक क्षणचित्रातून वजा केला, आणि केंद्रापासून 10 आणि 20 अंशांच्या आत जे उरले — उर्वरित भाग — त्याचा अभ्यास केला.

प्रत्येक सिम्युलेटेड आकाशगंगीय केंद्र आपल्या शांत सरासरीपासून ऊर्जेनुसार किती दूर भरकटते: रंगीत पट्टे सर्व क्षणचित्रांचा मधला अर्धा भाग व्यापतात (आपल्या दृष्टिरेषेवर वेगवेगळ्या खोलीपर्यंतची प्रभा मोजणाऱ्या तीन आवृत्त्या), आणि काळे ठिपके Fermi ने मोजलेली जादा प्रभा दाखवतात, त्यांच्या चांगलीच आत. — Figure 3, Sands & Hopkins (2026), arXiv:2610.32845.

येणारे-जाणारे उंचवटे

उर्वरित भाग कधीच स्थिर राहत नाहीत. जिथे जिथे अलीकडे एखादा सुपरनोव्हा किंवा त्यांचा समूह फुटला आहे, तिथे 1 अंशापासून 10 अंशांहून अधिक रुंदीच्या जादा प्रभा उमटतात, अनेकदा Fermi ने मोजलेल्या प्रभेपेक्षा कितीतरी मोठ्या. तपासलेल्या प्रत्येक संरचनेत, खरी जादा प्रभा सिम्युलेटेड उर्वरित भागांच्या मधल्या अर्ध्या भागात — त्यांच्या 25 व्या आणि 75 व्या शततमकांच्या (percentiles) दरम्यान — आरामात बसते. प्रत्येक तेजस्वी पट्ट्याशेजारी सहसा एक अंधुक पट्टा असतो: स्फोट आजूबाजूचा वायू दूर ढकलतात.

मग येते ते उदाहरण जे शोधनिबंधाला त्याचा मुद्दा देते. m12f च्या एका क्षणचित्रात, उर्वरित भाग आयाम आणि आकार दोन्हींत Fermi च्या जादा प्रभेशी तुलनीय आहे, आणि मध्यवर्ती 10 अंशांच्या आत साधारण गोलाकार आहे. तो सुपरनोव्हांच्या किमान तीन वेगवेगळ्या समूहांतून येतो.

10 कोटी वर्षांतील m12f आकाशगंगेची दहा क्षणचित्रे, ती किती काळापूर्वी घडली त्यानुसार रंगवलेली: जाड वक्र Fermi ने मोजलेल्या जादा प्रभेला (काळे ठिपके) जवळून अनुसरतो; इतर प्रत्येक ऊर्जेवर चढतात आणि उतरतात. — Figure 5, Sands & Hopkins (2026), arXiv:2610.32845.

याचे कारण वेळेचे गणित आहे. मध्यवर्ती किलोपार्सेकमध्ये (सुमारे 3,260 प्रकाशवर्षे), वैश्विक किरणांना पसरायला सुमारे दहा लाख वर्षे लागतात — साधारण तितकाच काळ जितका आजूबाजूचा वायू, आणि गॅमा-किरण वर्णपट, बदलायला लागतो. पुढचा अडथळा येण्याआधी समानपणे पसरायला त्यांना सहसा वेळच मिळत नाही.

दुर्दैवी क्षणी पकडलेली?

आपल्या आकाशगंगेचे केंद्र हे Fermi तपशीलवार निरीक्षण करू शकेल असे एकमेव आकाशगंगीय केंद्र आहे. त्याच्या वर्णपटात नेमकी आत्ता 1–10 GeV ची जादा प्रभा दिसणे हा निव्वळ योगायोग असू शकतो, असे लेखक लिहितात. ते याला look-elsewhere परिणाम (look-elsewhere effect) म्हणतात: आपण आपल्या आकाशगंगेला एका गैरसोयीच्या क्षणी पकडले असू शकते.

ते दोन अर्थ मांडतात. सावध अर्थ: स्थिर अवस्था गृहीत धरून, आधीच्या विश्लेषणांनी पूर्णपणे सामान्य स्रोतांतून येणाऱ्या अनिश्चिततांचा लक्षणीयरीत्या कमी अंदाज केला. मूलगामी अर्थ: विसरित प्रभेतील एक तात्पुरती वाढ गडद द्रव्याशिवाय किंवा नव्या पल्सारांशिवाय जादा प्रभेचे स्पष्टीकरण देऊ शकते. कोणत्याही परिस्थितीत, त्यांचा युक्तिवाद आहे की Fermi च्या माहितीचे विश्लेषण करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या मॉडेल्सचा फेरविचार व्हायलाच हवा.

दोन आकाशगंगा जे सांगू शकत नाहीत

शोधनिबंध कोणतीही संभाव्यता देत नाही. फक्त दोन सिम्युलेटेड आकाशगंगांवरून, सामान्य वैश्विक-किरण भौतिकी किती वेळा अशी हुबेहूब दिसणारी प्रभा निर्माण करते हे लेखक मोजू शकत नाहीत — आणि काटेकोर सांख्यिकीय दाव्यासाठी ते आवश्यक असेल. त्यांच्या आकाशगंगा मध्यवर्ती किलोपार्सेकमध्ये आपल्या आकाशगंगेच्या मध्यवर्ती क्षेत्रापेक्षा 10 ते 100 पट वेगाने तारे निर्माण करतात, त्यामुळे त्या अधिक उग्र असू शकतात. त्यांत कोणतेही मध्यवर्ती कृष्णविवर नाही आणि त्या वैश्विक-किरण वहनाच्या अनेक मॉडेल्सपैकी एकच वापरतात; इतर मॉडेल्स बहुधा लहान प्रमाणातील आणखी बदल जोडतील.

ते या कामाला संकल्पनेचा पुरावा (proof of concept) म्हणतात, आणि एक चाचणी सुचवतात. इतर आकाशगंगीय केंद्रांमध्ये इतर ऊर्जांवर जादा प्रभा असत्या, तर ते बदलत्या खगोलभौतिक स्रोताच्या बाजूने जोरदार कौल ठरेल. ती सर्व त्याच 1–10 GeV चा उंचवटा दाखवत असती, तर गडद द्रव्याच्या बाजूने तो एक प्रभावी युक्तिवाद ठरेल.