आकाशगंगा के केंद्र पर 511 keV पॉज़िट्रॉन विनाश (Positron Annihilation)

मिल्की वे (Milky Way) के हृदय की ओर कहीं, प्रतिपदार्थ (antimatter) पदार्थ से मिल रहा है और चुपचाप अस्तित्व से मिटता जा रहा है। हर सेकंड, लगभग दस हज़ार खरब-खरब-खरब पॉज़िट्रॉन — इलेक्ट्रॉन के प्रतिपदार्थ जुड़वाँ — किसी इलेक्ट्रॉन को ढूँढते हैं, उससे लिपटते हैं, और गामा किरणों की एक झिलमिलाहट में गायब हो जाते हैं। ये सभी झिलमिलाहटें बिल्कुल एक ही स्वर पर सजी होती हैं: 511 किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट (kiloelectronvolts), वही सटीक ऊर्जा जो एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन के परस्पर विनाश पर मुक्त होती है। इस धुंधली, स्थिर चमक को पूरी आकाशगंगा में जोड़ दें तो यह प्रतिपदार्थ की उस सबसे बड़ी सक्रियता का प्रतिनिधित्व करती है जिसे हम जानते हैं। और आधी सदी से भी अधिक के अध्ययन के बाद भी कोई निश्चित रूप से नहीं बता सकता कि इन पॉज़िट्रॉन को बना क्या रहा है।

यह कोई हाशिये का विज्ञान या षड्यंत्र-सिद्धांत नहीं है। यह उच्च-ऊर्जा खगोल-भौतिकी (high-energy astrophysics) की एक मुख्यधारा की, भली-भाँति प्रलेखित समस्या है, जिसे अक्सर बस "पॉज़िट्रॉन पहेली" (the positron puzzle) कह दिया जाता है। यहाँ वह सब है जो हम वास्तव में जानते हैं, असली रहस्य कहाँ छिपा है, और कौन-से स्पष्टीकरण अब भी विचाराधीन हैं।

प्रलेखित तथ्य

कहानी 1970 में शुरू होती है, जब राइस यूनिवर्सिटी (Rice University) के एक समूह द्वारा उड़ाए गए गुब्बारे-जनित संसूचकों (detectors) ने आकाशगंगा के केंद्र की दिशा से आती एक गामा-किरण रेखा को पकड़ा। शुरुआती परिणाम, जो जॉनसन, हार्नडेन और हेम्स (1972) तथा जॉनसन और हेम्स (1973) ने प्रकाशित किए, ने ऊर्जा को एक धुंधले 473 से 485 keV पर आँका — इतना कम कि शोधकर्ता शुरू में इसे पॉज़िट्रॉन विनाश कहने में हिचकिचाए। यह अस्पष्टता 1978 में मिट गई, जब बेल-सैंडिया (Bell-Sandia) समूह ने एक उच्च-विभेदन वाला जर्मेनियम (germanium) संसूचक उड़ाया और रेखा को 511 keV पर निश्चित रूप से बैठा दिया — इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन विनाश का अचूक हस्ताक्षर (प्रांट्ज़ोस आदि की समीक्षा, Reviews of Modern Physics, 2011)।

जो चीज़ एक वर्णक्रमीय रेखा (spectral line) को एक सच्चे रहस्य में बदल देती है, वह है उसका आकाश-मानचित्र। 1990 के दशक में, कॉम्प्टन गामा रे ऑब्ज़र्वेटरी (Compton Gamma Ray Observatory) पर सवार NASA के OSSE उपकरण ने दिखाया कि यह उत्सर्जन प्रबल रूप से गैलैक्टिक बल्ज (galactic bulge) — केंद्र के चारों ओर पुराने तारों के सघन झुंड — की ओर केंद्रित था। फिर आया यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (European Space Agency) का INTEGRAL उपग्रह। इसके SPI वर्णमापी (spectrometer) ने पूरी आकाशगंगा का मानचित्र बनाया और एक ऐसी संरचना उजागर की जो खगोलविदों को अन्य तरंगदैर्ध्यों पर दिखने वाली किसी भी चीज़ से अलग थी: 511 keV प्रकाश का एक चमकीला, लगभग गोलाकार बल्ज, जो पतली गैलैक्टिक डिस्क की तुलना में किसी भी सामान्य तारकीय जनसंख्या की भविष्यवाणी से कहीं अधिक चमकीला था (प्रांट्ज़ोस आदि, 2011)। 2011 की समीक्षा सहमति-दर को लगभग दो गुना दस-की-घात-तैंतालीस पॉज़िट्रॉन प्रति सेकंड विनाश के रूप में सारांशित करती है।

INTEGRAL/SPI के बीस वर्षों के आँकड़ों — फरवरी 2003 से अगस्त 2023 तक — को संचित करने वाले एक 2025 के विश्लेषण ने इस तस्वीर को तीन हिस्सों में तीक्ष्ण कर दिया: केंद्र के लगभग तीन डिग्री के भीतर एक चमकीला क्रोड (core), एक विस्तृत मोटे तौर पर गोलाकार बल्ज, और गैलैक्टिक तल के साथ एक अधिक धुंधली डिस्क। रिपोर्ट किए गए अभिवाह (fluxes) बल्ज क्षेत्र से लगभग 1.36 गुना दस-की-घात-ऋण-तीन फोटॉन प्रति वर्ग सेंटीमीटर प्रति सेकंड और व्यापक तल के आर-पार लगभग 2.09 गुना दस-की-घात-ऋण-तीन थे (Y. आदि, Astronomy & Astrophysics, 2025)। टीम ने नई संरचना के धुंधले, सीमांत संकेत — लगभग दो-सिग्मा (two-sigma) — का भी उल्लेख किया, पर इस बात पर ज़ोर दिया कि ये अभी पक्के अवलोकन नहीं हैं।

दो और सुराग किसी भी स्पष्टीकरण को सीमित करते हैं। पहला, पॉज़िट्रॉन धीमे हैं। बीकम और युकसेल (2006) के विस्तृत सततक (continuum) मॉडलिंग ने दिखाया कि यदि ये पॉज़िट्रॉन बहुत अधिक ऊर्जा के साथ जन्मे होते, तो धीमे पड़ते समय वे 1-से-100 MeV बैंड में चमकते — एक अधिकता जो गामा-किरण आँकड़े नहीं दिखाते; अंतःक्षेपण ऊर्जा (injection energy) मोटे तौर पर कुछ MeV से नीचे होनी चाहिए। दूसरा, विनाश एक ठंडे, साधारण अंतरतारकीय माध्यम (interstellar medium) में होता है: अधिकांश पॉज़िट्रॉन विनाश से पहले पहले पॉज़िट्रोनियम (positronium) नामक नाज़ुक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन परमाणु बनाते हैं — एक अंश जिसे COSI उपकरण द्वारा स्वतंत्र रूप से 0.76 के निकट (कीरांस आदि, 2020) और पहले की समीक्षाओं में 0.97 के निकट मापा गया।

असली खुला प्रश्न

पहेली यह नहीं है कि क्या आकाशगंगा के केंद्र के पास प्रतिपदार्थ विनाश हो रहा है; वह तो प्रेक्षित तथ्य है। खुला प्रश्न यह है: पॉज़िट्रॉन आते कहाँ से हैं, और वे उस चमकीले केंद्रीय बल्ज में केंद्रित क्यों हैं?

साधारण गैलैक्टिक पॉज़िट्रॉन कारखाने तारों से जुड़े होते हैं, और तारे डिस्क तथा सर्पिल भुजाओं (spiral arms) का अनुसरण करते हैं, न कि एक चिकनी केंद्रीय गेंद का। 511 keV का बल्ज-से-डिस्क चमक अनुपात, साहित्य के शब्दों में, किसी भी अन्य तरंगदैर्ध्य की तुलना में बड़ा है (प्रांट्ज़ोस आदि, 2011)। कोई भी परिचित स्रोत-जनसंख्या उस दर पर वह आकार स्वाभाविक रूप से उत्पन्न नहीं करती, और साथ ही पॉज़िट्रॉन को इतना ठंडा भी नहीं रख पाती कि वह उड़ान-में (in-flight) वाली बाधा को संतुष्ट कर सके। जैसा कि 2025 की INTEGRAL टीम ने साफ़-साफ़ कहा, "कोई एकल परिदृश्य प्रेक्षित अभिवाह और स्थानिक वितरणों की पूरी तरह व्याख्या नहीं करता।" सबसे अच्छे आँकड़ों वाले लोगों की ओर से यह ईमानदार स्वीकारोक्ति ही असली सुर्खी है।

सिद्धांत और व्याख्याएँ

कई स्पष्टीकरणों पर सक्रिय रूप से बहस चल रही है। सभी अलग-अलग हद तक अटकलबाज़ी हैं; कोई भी पुष्ट नहीं है।

रेडियोधर्मी तारकीय धूल (सुप्रेरित, आंशिक)। विशाल तारे और सुपरनोवा अस्थिर समस्थानिक (isotopes) — एल्युमिनियम-26, टाइटेनियम-44, निकेल-56 — गढ़ते हैं, जो क्षय (decay) होते समय पॉज़िट्रॉन उत्सर्जित करते हैं। एल्युमिनियम-26 का अपनी ही 1809 keV गामा-किरण रेखा के माध्यम से स्वतंत्र रूप से मानचित्र बनाया गया है और यह डिस्क का अनुसरण करता है, यह ज्ञात है (वांग आदि, COSI, 2022)। यह डिस्क संकेत का अधिकांश भाग प्रशंसनीय रूप से आपूर्ति कर सकता है, पर प्रमुख बल्ज की व्याख्या करने में संघर्ष करता है।

संहत पिंड (प्रशंसनीय)। कम-द्रव्यमान वाले एक्स-रे युग्म (X-ray binaries) और सूक्ष्म-क्वासार (microquasar) जेट पॉज़िट्रॉन छोड़ सकते हैं। दिलचस्प बात यह है कि 2008 के एक Nature अध्ययन ने बताया कि डिस्क उत्सर्जन असमतल है, एक ओर अधिक चमकीला — जो कुछ कठोर एक्स-रे युग्मों के वितरण की प्रतिध्वनि करता है (वाइडेनस्पॉइंटनर आदि, 2008)। यह असममिति वास्तविक है पर इसकी व्याख्या विवादित बनी हुई है।

हल्का डार्क मैटर (अटकलपूर्ण)। चूँकि बल्ज मोटे तौर पर गोलाकार है, एक डार्क-मैटर प्रभामंडल (halo) की तरह, कुछ भौतिकविदों ने प्रस्ताव रखा कि लगभग एक MeV के विनाशकारी या क्षयशील डार्क-मैटर कण इन पॉज़िट्रॉन को बीज की तरह जन्म दे सकते हैं। यह एक अल्पमत परिकल्पना बनी हुई है, जो अन्य आँकड़ों से कसकर सीमित है और स्थापित होने से कोसों दूर है।

एक ताज़ा बाधा (हालिया, बहस-योग्य)। 2025 में, एक टीम ने पुरालेखी COMPTEL आँकड़ों में पॉज़िट्रॉन के उड़ान-में विनाश का पहला प्रत्यक्ष संसूचन रिपोर्ट किया, जो लगभग 2 MeV के निकट एक संकीर्ण अंतःक्षेपण ऊर्जा का सुझाव देता है और तर्क देता है कि यह पल्सर (pulsars) तथा साधारण रेडियोधर्मी क्षय जैसे विस्तृत-वर्णक्रम स्रोतों के विरुद्ध जाता है (बर्टो आदि, A&A, 2025)। एक नए परिणाम के रूप में यह स्वतंत्र पुष्टि की प्रतीक्षा में है।

अच्छी खबर यह है कि बेहतर आँखें आ रही हैं। NASA का COSI मिशन, एक विस्तृत-क्षेत्र जर्मेनियम गामा-किरण दूरबीन, लगभग 2027 में प्रक्षेपित होने वाला है, जिसका एक प्राथमिक लक्ष्य 511 keV आकाश का मानचित्र बनाना है (टॉमसिक आदि, 2023)। फ़िलहाल, आकाशगंगा का प्रतिपदार्थ-फव्वारा खूबसूरती से चमकता रहता है, और अपने स्रोत का नाम बताने से इनकार करता रहता है।

स्रोत और आगे पढ़ने के लिए

• प्रांट्ज़ोस आदि, "The 511 keV emission from positron annihilation in the Galaxy," Reviews of Modern Physics 83, 1001 (2011): https://arxiv.org/abs/1009.4620
• "Imaging the positron annihilation line with 20 years of INTEGRAL/SPI observations," Astronomy & Astrophysics (2025): https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/10/aa55895-25/aa55895-25.html
• वाइडेनस्पॉइंटनर आदि, "An asymmetric distribution of positrons in the Galactic disk revealed by gamma-rays," Nature (2008): https://www.nature.com/articles/nature06490
• बर्टो आदि, "Detection of positron in-flight annihilation from the Galaxy," Astronomy & Astrophysics (2025): https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/08/aa56046-25/aa56046-25.html
• कीरांस आदि, "Detection of the 511 keV Galactic Positron Annihilation Line with COSI," ApJ (2020): https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab89a9
• वांग आदि, "Measurement of Galactic 26Al with the Compton Spectrometer and Imager," ApJ (2022): https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac56dc
• टॉमसिक आदि, "The Compton Spectrometer and Imager (COSI)," (2023): https://arxiv.org/abs/2308.12362