ہماری گھریلو کہکشاں کے مرکز میں سیاہ مادہ 

فرمی دوربین نے ہماری گھریلو کہکشاں کے مرکز میں اضافی γ-رے اخراج کا صاف مشاہدہ کیا جو غیر کروی اور چپٹا دکھائی دیا۔ Galactic Center Excess (GCE) کے طور پر کہا جاتا ہے، یہ اضافی γ-ray سیاہ مادے کی ممکنہ علامت ہے جو کمزور طور پر تعامل کرنے والے بڑے ذرات (WIMPs) کے خود فنا ہونے کی پیداوار کے طور پر پیدا ہوتی ہے، جو کہ تاریک مادے کے ذرہ کے امیدوار ہیں۔ تاہم، کہکشاں مرکز میں مشاہدہ کی گئی اضافی γ-شعاع پرانے ملی سیکنڈ پلسر (MSPs) کی وجہ سے بھی ہو سکتی ہے۔ اب تک، یہ خیال کیا جاتا تھا کہ سیاہ مادے کی وجہ سے GCE مورفولوجی (DM) کروی ہوگی۔ ایک حالیہ نقلی مطالعہ سے پتہ چلتا ہے کہ ڈی ایم کی وجہ سے گاما رے مورفولوجی نمایاں طور پر غیر کروی اور چپٹی ہوسکتی ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ مشاہدہ شدہ GCE کے لیے سیاہ مادّہ (DM) فنا اور ملی سیکنڈ پلسر (MSPs) دونوں مفروضے یکساں طور پر ممکن ہیں۔ سیاہ مادّے (DM) کے خاتمے میں پیدا ہونے والی گاما شعاعوں میں تقریباً 0.1 ٹیرا الیکٹران وولٹ (TeV) کی انتہائی اعلیٰ توانائی کی سطح ہوگی۔ معیاری گاما رے دوربینیں براہ راست ان اعلی توانائی والے فوٹونز کا پتہ نہیں لگا سکتیں۔ لہٰذا، Galactic Center Excess (GCE) کے تاریک مادّہ (DM) ماڈل کی تصدیق tera γ-ray آبزرویٹری جیسے Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) اور Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) کے ذریعے مطالعے کی تکمیل پر ممکن ہوگی۔

تاریک مادے کی کہانی 1933 میں شروع ہوئی جب فرٹز زوکی نے مشاہدہ کیا کہ کوما کلسٹر میں تیزی سے حرکت کرنے والی کہکشائیں ایک ساتھ نہیں رہ سکتیں اور اضافی مادے کی موجودگی کے بغیر مستحکم نہیں رہ سکتیں جو کہ کسی نہ کسی طرح پوشیدہ ہے لیکن کہکشاؤں کو گرنے سے روکنے کے لیے کافی کشش ثقل کا اثر ڈالتی ہے۔ اس نے ایسے پوشیدہ مادے کی طرف اشارہ کرنے کے لیے "تاریک مادہ" کی اصطلاح بنائی۔ 1960 کی دہائی میں، ویرا روبن نے تاریک مادّے کے بارے میں ہماری سمجھ میں اہم کردار ادا کیا۔ اس نے نوٹ کیا کہ اینڈرومیڈا اور دیگر کہکشاؤں کے بیرونی کناروں پر موجود ستارے اس رفتار سے گھوم رہے ہیں جتنی تیزی سے ستاروں کی رفتار مرکز کی طرف ہے۔ تمام مشاہدہ شدہ مادّے کے دیے گئے مجموعے کے لیے، کہکشاں کو کچھ اضافی پوشیدہ مادّے کی موجودگی کی ضرورت کے لیے الگ ہو جانا چاہیے تھا جو کہکشاؤں کو ایک ساتھ رکھتے ہیں اور انھیں تیز رفتاری سے گھومتے ہیں۔ اینڈرومیڈا کہکشاں کے گردشی منحنی خطوط کی اس کی پیمائش نے تاریک مادے کا ابتدائی ثبوت فراہم کیا۔  

اب ہم جانتے ہیں کہ تاریک مادہ روشنی یا برقی مقناطیسی قوت کے ساتھ تعامل نہیں کرتا ہے۔ یہ روشنی یا کسی اور برقی مقناطیسی شعاعوں کو جذب، منعکس یا خارج نہیں کرتا اور پوشیدہ ہے اس لیے اسے تاریک کہا جاتا ہے۔ لیکن یہ کشش ثقل کے لحاظ سے جھرمٹ میں ہے اور عام مادے پر کشش ثقل کا اثر رکھتا ہے، اور اس طرح خلا میں اس کی موجودگی کا عام طور پر اندازہ لگایا جاتا ہے۔ کہکشائیں تاریک مادے کے کشش ثقل کے اثر سے توازن میں رکھی جاتی ہیں جو کائنات کے ماس انرجی کے مواد کا 26.8 فیصد بنتا ہے جبکہ پوری قابل مشاہدہ کائنات بشمول تمام بیریونک عام مادّہ جو ہم سب کائنات کے صرف 4.9 فیصد پر مشتمل ہیں۔ کائنات کی ماس انرجی کا باقی 68.3 فیصد حصہ ڈارک انرجی ہے۔  

یہ معلوم نہیں ہے کہ تاریک مادہ دراصل کیا ہے۔ میں کوئی بنیادی ذرات نہیں۔ معیاری ماڈل تاریک مادہ ہونے کے لیے ضروری خصوصیات ہیں. شاید، فرضی "سپر سمی میٹرک پارٹیکلز" جو معیاری ماڈل کے ذرات کے پارٹنر ہیں تاریک مادہ بناتے ہیں۔ شاید تاریک مادے کی ایک متوازی دنیا ہے۔ WIMPs (کمزور طور پر تعامل کرنے والے بڑے پیمانے پر ذرات)، محور، یا جراثیم سے پاک نیوٹرینو معیاری ماڈل سے آگے قیاس کردہ ذرات ہیں جو امیدوار ہیں۔ تاہم ایسے ذرات کی کھوج میں ابھی تک کوئی کامیابی حاصل نہیں ہو سکی ہے۔  

کئی منصوبے ہیں (جیسے XENON تجربہ، DarkSide-20k پروجیکٹ, EURECA Rxperiment، اور RES-NOVA) فی الحال تاریک مادے کے ذرات کا براہ راست پتہ لگانے کے لئے جاری ہے۔ یہ زیادہ تر مائع نوبل گیس ڈٹیکٹر یا کرائیوجینک ڈٹیکٹر ہیں جو تاریک مادے کے ذرات کے تعامل سے بیہوش سگنلوں کا پتہ لگانے کے لیے بنائے گئے ہیں۔ تاہم، بہت سے نئے طریقوں کے باوجود، کوئی پروجیکٹ ابھی تک کسی بھی تاریک مادے کے ذرے کا براہ راست پتہ لگانے میں کامیاب نہیں ہو سکا ہے۔ 

تاریک مادے کے بالواسطہ ثبوت کے لیے، کوئی تاریک مادے کے کشش ثقل کے اثرات تلاش کرسکتا ہے، جیسا کہ Fritz Zwicky اور Vera Rubin نے اس بات کا مطالعہ کرکے تاریک مادے کو دریافت کیا کہ کہکشائیں کس طرح ایک ساتھ رکھی جاتی ہیں حالانکہ مشاہدہ شدہ عام مادے کی رفتار غیر متناسب حد تک زیادہ ہے۔ لینسنگ کے کشش ثقل کے اثرات (روشنی کا موڑنا) اور خلا میں ستاروں کی حرکت پر اثرات بھی تاریک مادے کی موجودگی کا بالواسطہ ثبوت فراہم کر سکتے ہیں۔ اس کے علاوہ، فنا کرنے والی مصنوعات (جیسے گاما شعاعیں، نیوٹرینو، اور کائناتی شعاعیں) جب خلا میں تاریک مادے کے ذرات ایک دوسرے سے ٹکراتے ہیں تو وہ بھی تاریک مادے کی موجودگی کی نشاندہی کر سکتے ہیں۔ ایسا ہی ایک مقام جہاں تاریک مادے کے ذرات کے فنا ہونے کی مصنوعات کی بنیاد پر تاریک مادے کی پیش گوئی کی گئی تھی وہ ہماری گھریلو کہکشاں آکاشگنگا کا مرکز ہے۔  

ہماری گھریلو کہکشاں آکاشگنگا کے مرکز میں تاریک مادے کی کھوج  

آکاشگنگا (MW) کے مرکز میں ایک اضافی پھیلی ہوئی مائکروویو مرکزی چمک کے اشارے تھے۔ اضافی چمک WIMP تاریک مادے کی فنا میں پیدا ہونے والے relativistic الیکٹرانوں اور پوزیٹرون سے synchrotron کے اخراج کی وجہ سے تجویز کی گئی تھی، اس لیے توانائی کی حد میں چند سو GeV تک پھیلے ہوئے γ-ray سگنل کی پیش گوئی کی گئی تھی۔ اس کے بعد، فرمی-لارج ایریا ٹیلی سکوپ (LAT) نے γ-ray سگنل کا پتہ لگایا جس کی شناخت Galactic Center Excess (GCE) کے طور پر کی گئی۔ جلد ہی، یہ محسوس ہوا کہ Galactic Center Excess (GCE) بھی پرانے نیوٹران ستاروں (ملی سیکنڈ پلسر) کی وجہ سے ہو سکتا ہے۔ یہ سوچا گیا تھا کہ GCE کی مورفولوجی اہم ہوگی - ایک متوازی کروی کی شکل کا GCE سیاہ مادے (DM) کے ذرات کے خاتمے سے γ-ray کے اخراج کا اشارہ کرے گا جبکہ GCE کی چپٹی شکل ملی سیکنڈ پلسر (MSP) سے γ-رے اخراج کی تجویز کرے گی۔  

Fermi-Large Area Telescope (LAT) کے ذریعے آکاشگنگا کے کہکشاں مرکز کے وسیع مشاہدے سے ایک چپٹی اسفیریسیٹی کا انکشاف ہوا۔ عام طور پر، کوئی بھی مشاہدہ شدہ اسفریسیٹی کو پرانے ستاروں (MSP) سے جوڑتا ہے تاہم 16 اکتوبر 2025 کو شائع ہونے والی ایک حالیہ تحقیق میں یہ نتیجہ اخذ کیا گیا ہے کہ پرانے ستاروں (MSP) اور تاریک مادّہ (DM) فنا ماڈل دونوں کے ذریعہ پیش گوئی کی گئی GCE مورفولوجیز الگ الگ نہیں ہیں۔   

تاریک مادے کی تقسیم کا مطالعہ کرنے کے لیے، محققین نے میگاواٹ (آکاشگنگا) جیسی کہکشاؤں کی مورفولوجی کا تخروپن کیا۔ انہوں نے پایا کہ کہکشاؤں کے ارد گرد اور کہکشاؤں کے وسطی علاقوں کے ارد گرد تاریک مادّے کے ہالز شاذ و نادر ہی کروی تھے جیسا کہ انیسوٹروپک ماڈل میں فرض کیا گیا ہے۔ اس کے بجائے، تجزیے نے تمام کہکشاؤں کے لیے ایک چپٹی تاریک مادے کی کثافت کا تخمینہ دکھایا۔ یہ غیر محوری تاریک مادّہ (DM) کی تقسیم کائنات کی تاریخ میں پہلے تین ارب سالوں میں آکاشگنگا کہکشاں کے ضم ہونے کی تاریخ سے بھی دکھائی گئی تھی۔ GCE کی مشاہدہ شدہ شکل وسطی خطے پر چپٹی ہے، جسے عام طور پر پرانے ستارے (MSP) کی تقسیم کی خصوصیت سمجھا جاتا ہے۔ نئی تحقیق نے یہ ظاہر کیا ہے کہ تاریک مادّہ (DM) اسی طرح کی باکسی تقسیم پیدا کرتا ہے۔ اس طرح، مشاہدہ شدہ GCE کے لیے سیاہ مادّہ (DM) فنا اور ملی سیکنڈ پلسر (MSPs) دونوں مفروضے یکساں طور پر ممکن ہیں۔   

آیا مشاہدہ کیا گیا GCE تاریک مادے (DM) کی وجہ سے ہے یا ملی سیکنڈ پلسر (MSPs) کی وجہ سے ہے جب γ-ray آبزرویٹری جیسے Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) اور Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) مستقبل میں اپنے ٹیرا گاما رے مطالعہ مکمل کریں گے۔ کہکشاں کے مرکز میں تاریک مادے (DM) کی فنا ہونے والی پیداوار کے طور پر پیدا ہونے والی گاما شعاعیں انتہائی اعلیٰ توانائی والے فوٹون ہوں گی جن کی توانائی کی سطح تقریباً 0.1 ٹیرا الیکٹران وولٹ (TeV) ہوگی۔ معیاری گاما رے دوربینیں براہ راست ان اعلی توانائی والے فوٹونز کا پتہ نہیں لگا سکتیں۔ ٹیرا گاما شعاعیں مستقبل کی γ-رے رصد گاہوں جیسے CTAO اور SWGO کے لیے ایک اہم ہدف بننے جا رہی ہیں۔  

یہ مطالعہ اپنی فنا کی مصنوعات کے ذریعے خلا میں تاریک مادے کی کھوج میں ایک قدم آگے ہے تاہم کہکشاں کے مرکز میں تاریک مادے کی موجودگی کے لیے مستقبل میں CTAO یا SWGO جیسی انتہائی اعلی توانائی γ-ray آبزرویٹریوں سے تصدیق کی ضرورت ہوگی۔ تاریک مادے کی سائنس میں بہت زیادہ اہم پیش رفت کسی بھی ڈی ایم ذرہ کا براہ راست پتہ لگانا ہوگی۔  

*** 

حوالہ جات:  

1. Hochberg, Y., Kahn, YF, Leane, RK et al. تاریک مادے کا پتہ لگانے کے نئے طریقے۔ Nat Rev Phys 4, 637–641 (2022)۔ https://doi.org/10.1038/s42254-022-00509-4 

2. Misiaszeka M. and Rossib N. 2024. سیاہ مادے کی براہ راست کھوج: ایک تنقیدی جائزہ۔ ہم آہنگی 2024، 16(2)، 201؛ DOI: https://doi.org/10.3390/sym16020201  

3. Instituto de Física Corpuscular. تاریک مادے کی تلاش میں: پوشیدہ کا پتہ لگانے کا ایک نیا طریقہ۔ 22 اگست 2025۔ پر دستیاب ہے۔ https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible 

4. Muru MM, et al 2025. Fermi-LAT Galactic Center Excess Morphology of Dark Matter of the Simulations of Milky Way Galaxy. جسمانی جائزہ کے خطوط۔ 135، 161005۔ شائع شدہ 16 اکتوبر 2025۔ DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd . arXiv پر پری پرنٹ ورژن۔ 8 اگست 2025 کو جمع کرایا گیا۔ DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314  

5. جان ہاپکنز یونیورسٹی۔ خبریں - آدھی راہ میں پراسرار چمک تاریک مادے کا ثبوت ہوسکتی ہے۔ 16 اکتوبر 2025 کو پوسٹ کیا گیا۔ پر دستیاب ہے۔ https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/  

6. لائبنز انسٹی ٹیوٹ برائے فلکی طبیعیات۔ خبریں - آکاشگنگا تاریک مادے کے فنا ہونے کی وجہ سے گاما رے کی زیادتی کو ظاہر کرتی ہے۔ 17 اکتوبر 2025 کو پوسٹ کیا گیا۔ پر دستیاب ہے۔ https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/  

7. فرمی گاما رے خلائی دوربین۔ پر دستیاب ہے۔ https://science.nasa.gov/mission/fermi/  

8. چیرینکوف ٹیلی سکوپ اری آبزرویٹری (CTAO)۔ پر دستیاب ہے۔ https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/  

9. سدرن وائڈ فیلڈ گاما رے آبزرویٹری (SWGO)۔ پر دستیاب ہے۔ https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub  

10. ترتو آبزرویٹری۔ کائنات کا تاریک پہلو۔ پر دستیاب ہے۔ https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe 

***