આખરે 'ડાર્ક મેટર' શું છે ?

બ્રહ્માંડમાં અદ્રશ્ય પદાર્થના જથ્થાને વૈજ્ઞાાનિકો ડાર્ક મેટર તરીકે ઓળખાવે છે. બ્રહ્માંડનો ૮૫% હિસ્સો ડાર્ક મેટરથી બનેલો માનવામાં આવે છે. આ પદાર્થ પ્રકાશ આધારીત ટેલિસ્કોપથી જોઇ શકાતો નથી. અદ્રશ્ય પદાર્થની દ્રશ્યમાન પદાર્થ પર થતી ગુરૃત્વાકર્ષણ બળની અસર વડે 'ડાર્ક મેટર'ની અદ્રશ્ય સાબિતી મળે છે. યુરોપિયન સ્પેસ એજન્સી કહે છે કે 'જો અંધારામાં ટોર્ચ/ બેટરીની રોશની કરવામાં આવે તો માત્ર ટોર્ચનો પ્રકાશ જ જોઇ શકાય. એનો અર્થ એ નથી કે રૃમમાં અન્ય ચીજ વસ્તુનું અસ્તિત્વ નથી. એ જ પ્રમાણે વૈજ્ઞાાનિકો જાણે છે કે બ્રહ્માંડમાં 'ડાર્ક મેટર' છે. પરંતુ તેના સીધા પુરાવાઓ મળ્યા નથી. વૈજ્ઞાાનિકો એ પણ નથી જાણતા કે ડાર્ક મેટર તરીકે ઓળખાતો રહસ્યમય અંધારીઓ પદાર્થ શેનો બનેલો છે ?

એક અંદાજ મુજબ ડાર્ક મેટર ગુરૃત્વાકર્ષણ આધારીત એવો ગુંદર છે. જે બ્રહ્માંડમાં આવેલ વિવિધ આકાશગંગાઓને એકબીજા સાથે બાંધી રાખે છે. આપણા બ્રહ્માંડમાં દશ્યમાન પદાર્થનો હિસ્સો માત્ર ૫ ટકા જેટલો જ છે. આ  વિઝિબલ મેટરના અવલોકનોના આધારે આપણું ભૌતિકશાસ્ત્ર વિકસ્યુ છે. પરમાણુ તેમની રચના કરનાર અવપરમાણ્વીક કણો અને અવપરમાણ્વીક કણોની રચના કરનાર ક્વાર્ક જેવા આદી કણોની થિયરી આપણે વિકસાવી છે. ડાર્ક મેટરની સાબિતી આપણે ગ્રેવિટેશન લેન્સીંગ અને કોસ્મીક માઇક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડ રેડિયેશન ઉપરથી પારખી છે. ડાર્ક મેટર અને ડાર્ક એનર્જી બંને અલગ અલગ વસ્તુ છે છતાં બંનેનો સરવાળો ૮૫% જેટલો થાય છે. ટૂંકમાં બ્રહ્માંડમાં દ્રશ્યમાન પદાર્થ કરતા અદ્રશ્ય પદાર્થ પર ઉર્જાનું પ્રમાણ વધારે છે.

૧૯૨૨માં ડાર્ક મેટરને લગતી પ્રથમ સંકલ્પના ડચ ખગોળશાસ્ત્રી જેકોબસ કોટેને આપી હતી. ૧૯૩૨માં ડચ ખગોળ શાસ્ત્રી અને રેડિયો એસ્ટ્રોનોમીના પ્રણેતા એવા વૈજ્ઞાાનિક  ઉર્ટ દ્વારા પણ 'ડાર્ક મેટર'ની સૈધાન્તિક અસ્તિત્વની વાદ આગળ ધરવામાં આવી હતી. બ્રહ્માંડમાં ખુટતા દ્રવ્યના જથ્થાની ગણતરી કરતા અદ્રશ્ય પદાર્થ/ ડાર્ક મેટરની સંભાવના ઉભરીને સપાટી પર આવી હતી.

બ્રહ્માંડના ખુટતા દ્રવ્યના જથ્થાનો તાળો મેળવી આપવામાં ''લીગો''ના ડિટેક્ટર સફળ થશે ?

થોડા સમય પહેલાં, ગુરૃત્વાકર્ષણના તરંગોની શોધ થઇ હતી. જેને આ સદીની સૌથી મોટી શોધ તરીકે ઓળખવામાં આવી હતી. આ તરંગો લેસર ઇન્ટરફેરોમીટર ગ્રેવિટેશનલ વેટઝ ઓબ્ઝર વેટરી (LIGO)  દ્વારા શોધી કાઢવામાં આવ્યા હતો. ૧.૩૦ અબજ વર્ષ પહેલા બ્રહ્માંડમાં એક અજબ અને અદ્ભૂત ઘટના બની હતી. જેમાં બે બ્લેકહોલ એકબીજા સાથે ટકરાઇને એક વિશાળ બ્લેક હોલ બન્યો હતો. આ ઘટનાના સાક્ષી જેવા ગુરૃત્વતરંગો બ્રહ્માંડમાં ફેલાયા હતા. આ તરંગોમાં જોવા મળતી અનિયમિતતા 'લીગો'નો અગ્નિ સંવેદનશીલ ઉપકરણોએ પકડી પાડી હતી. આ ઘટના પરથી બોધપાઠ લઇને વૈજ્ઞાાનિકોની એક ટીમ કહે છે કે આવનારાં સમયમાં બ્રહ્માંડનો રહસ્યમય પદાર્થ જેને વૈજ્ઞાાનિકો ડાર્ક મેટર તરીકે ઓળખે છે તેનો જવાબ મળશે. ડાર્ક મેટરને લગતું રહસ્ય આખરે ઉકેલાશે.

જ્હોન હોપકીન્સ યુનિવર્સિટીના ડૉ.સીમીઓન બર્ડ કહે છે કે 'લીગો' દ્વારા જે બે બ્લેક હોલના ગુરૃત્વાકર્ષણના તરંગો પકડી પાડવામાં આવ્યા હતા. તે આદીકાળના બ્લેક હોલ હોવા જોઇએ. આપણે જેને પરંપરાગત બ્લેક હોલ કહીએ છીએ તે શ્રેણીમાં તે આવતા ન પણ હોય. સામાન્ય સંજોગોમાં જ્યારે તારાનું મૃત્યુ થઇને દ્રવ્ય તુટી પડે છે. ત્યારે બ્લેક હોલનું સર્જન થાય છે. જ્યારે 'લીગો' દ્વારા શોધવામાં આવેલ બ્લેક હોલ 'મહાવિસ્ફોટ' લીગબેંગની ઘટના બાદ, હાજર અતિશય ઘનતાવાળા પદાર્થમાંથી સર્જાયા હોવા જોઇએ. જો આવા બ્લેક હોલ્સ ખરેખર અસ્તિત્વમાં હોય તો તેઓ ડાર્ક મેટરનો એકભાગ સ્વરૃપે હોવા જોઇએ. એક અંદાજ મુજબ બ્રહ્માંડમાં રહેતા દ્રવ્યનો ૮૫ ટકા જથ્થો, બ્રહ્માંડમાં ન ઓળખાયેલા અદ્રશ્ય 'ડાર્ક મેટર' સ્વરૃપે છે. લીગો દ્વારા શોધાયેલા બ્લેક હોલ્સ, આદીકાળમાં બ્લેક હોલ વડે બનેલ ''ડાર્ક મેટર''ની થિયરીને સાચી પાડે તેટલો પરફેક્ટ માસ / પૂર્ણ દ્રવ્ય જથ્થો ધરાવે છે. જો કે ડાર્ક મેટરના અસ્તિત્વનાં સબળ પુરાવાઓ મળ્યા નથી.

ગુરૃત્વાકર્ષણને લગતી થિયરી બદલવાનો સમય પાકી ગયો છે?


બ્રહ્માંડના સંદર્ભમાં ડાર્ક મેટરને અલગ સ્વરૃપે વર્ણવવામાં આવે છે. જ્યારે સૌર મંડળમાં આપણો અનુભવ કંઇક અલગ વાત કહે છે. બ્રહ્માંડમાં જોવા મળતા પદાર્થને વૈજ્ઞાાનિકો 'બેરીયોનીક મેટર' કહે છે. જે પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેકટ્રોનના સમન્વયથી બનેલ છે. ૧૯૫૦ના દાયકામાં ખગોળશાસ્ત્રના અવલોકનો એક વાત, બુમ બરાડા પાડીને જણાવતા હતા કે બ્રહ્માંડમાં આપણે જોઇએ છીએ તેના કરતાં વધારે 'મેટર'નુ અસ્તિત્વ છે. તો પછી તેમનું અસ્તિત્વ પકડાતું કેમ નથી ? આ અદ્રશ્ય પદાર્થના સંભવિત ઉમેદવારોના  લિસ્ટમાં, ઝાંખા બ્રાઉન ડવાર્ફ, વ્હાઇટ ડ્વાર્ફ, ન્યુટોન સ્ટાર અને સુપર મેસીવ બ્લેક હોલ્સની ગણના કરવામાં આવે છે.

આપણું સૌરમંડળ, સામાન્ય બેરીયોનીક મેટરનું બનેલું છે. જેમાં ગ્રહ, તેનો ચંદ્ર, ડસ્ટ, પ્લાઝમાં અને અન્ય આંતરતારાકીય વધેલો કચરાનો સમાવેશ થાય છે. પરંતુ ડાર્ક મેટર આમાંની કોઇ એક ચીજનો બનેલો નથી. પાર્ટીકલ ફીજીક્સના સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં 'ડાર્ક મેટર'નો સમાવેશ થતો નથી. ભૌતિકશાસ્ત્રનું સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ આપણા પ્રયોગોના પરિણામ અને દૂરંદેશી વડે વિકસ્યુ છે. બ્રહ્માંડમાં જોવા મળતી ગુરૃત્વાકર્ષણની અસર અને સૌર મંડળમાં વરતાતી ગુરૃત્વાકર્ષણની અસરમાં અતિ સુક્ષ્મ સ્તરે તફાવત જોવા મળે છે. જે નેનોમીટર પ્રતિ સેકન્ડના વર્ગ જેટલો છે. જેમ જેમ નાના ખગોળીય પીંડથી માંડીને, અતિશય વિશાળકાય આકાશગંગા તરફ આગળ વધતાં જઇએ ત્યારે બે શક્યતાઓ સામે આવે છે. (૧) આપણે હાલમાં રહેલ પ્રવર્તમાન ગુરૃત્વાકર્ષણ વિશેનાં ખ્યાલોમાં બદલાવ લાવવાની જરૃર છે અથવા બ્રહ્માંડમાં અદ્રશ્ય પદાર્થનું અસ્તિત્વ છે.

એક શક્યતા એ પણ છે કે સૌરમંડળ બહાર વર્તાતા ગુરૃત્વાકર્ષણ અને સૌરમંડળના ગુરૃત્વાકર્ષણ વચ્ચે જે સુક્ષ્મ તફાવત નજરે પડે છે. તેના કારણે ન્યુટને આપેલ બળનું ડાયનેમિક્સ બદલવાની જરૃર છે. જે ફિનોમીનાં 'મોન્ડ' તરીકે ઓળખાય છે. (મોડીફાઇડ ન્યુટોનીઅન ડાયનેમિક્સ) જો આપણે ન્યુટને આપેલ ગુરૃત્વાકર્ષણના નિયમોને બદલી નાખીએ તો, સમજાશે કે ''બ્રહ્માંડમાં ડાર્ક મેટરનું અસ્તિત્વ જ નથી ?'' MOND ફીનોમીના ૧૯૮૧માં પ્રથમ વાર મિલ્ગ્રોમ નામના સંશોધકે નિહાળ્યો હતો.

મોડીફાઇડ ન્યુટોનીઅન ડાયનેમિક્સ :


આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રના પાયારૃપ સિધ્ધાતો આઇઝેક ન્યુટને તેના ગતિના નિયમો વડે આપ્યા હતા. તેના ગતિના નિયમો અને ગુરૃત્વાકર્ષણના નિયમોએ બ્રહ્માંડને સમજવાની ચાવી આપી હતી. આલ્બર્ટ આઇનસ્ટાઇને ન્યુટનના કાર્યને વિશાળ ફલક પર મુકવાનું હોય તેમ સાપેક્ષતાવાદ નો સિદ્ધાંત આપ્યો હતો. જેમાં સ્પેસ- ટાઇમની કલ્પના અને ગ્રેવિટીને ખુલવામાં આવી ન હતી. સાદીભાષામાં કહીએ તો બ્રહ્માંડને ન્યુટન અને આઇનસ્ટાઇના સંશોધન વડે સંપૂર્ણ રીવ્યુ સમજી શકાય. છતાં ખગોળશાસ્ત્રીઓ એ જોયું કે આકાશગંગામાં રહેલા તારાઓની ગતિ, ન્યુટનના મિકેનિક્સ પ્રમાણે હોવું જોઇએ. ખરેખર એવું જોવા મળ્યું નહી. તારાઓની ગતિ ન્યુટને આપેલા નિયમો કરતા વધારે હતી.

૧૯૮૩માં ઇઝરાયેલના ભૌતિકશાસ્ત્રી મોરડાઇ મિલગ્રોમને લાગ્યું કે ન્યુટનના ગતિશાસ્ત્રના નિયમોને થોડાક બદલવામાં આવે તો, આકાશગંગામાં રહે. વિવિધ તારાઓની ઝડપનો અવલોકીત અવલોકનો સાથે મેળ બેસી જાય છે. ન્યુટનની ગતિનો બીજો નિયમ, કેન્દ્રવર્તી પ્રવેગ અને ન્યુટનના ગુરૃત્વાકર્ષણના નિયમોને સાંકળે છે. નવી મોડીફાઇડ થિયરીને વિજ્ઞાાન મોડીફાઇડ ન્યુટોનીથન ડાયનેમિક્સ કહે છે. (MOND)  જે મોડીફાઇડ ગ્રેવીટી થિયરી તરીકે પણ ઓળખાય છે. આમ સુધારા કર્યા છતાં પણ બ્રહ્માંડના લાર્જ સ્કેલ મોડેલમાં આકાશગંગાઓના સમૂહ / ગેલેક્સી કલસ્ટર અને મોર્ડન કોસ્મોલોજીકલ મોડેલને સંપૂર્ણ રીતે સમજાવવામાં નિષ્ફળ જાય છે. આજની તારીખે પરમાણુથી નાની  કક્ષાએ ક્વોન્ટમ મિકેનીઝસ અને બ્રહ્માંડની વિશાળ રચનાઓ માટે આઇનસ્ટાઇનનો સાપેક્ષવાદ લાગુ પાડવો પડે છે.

બ્રહ્માંડમાં લાગતા બધા જ બળોને સાથે રાખીને સમજાવી શકાય તેવી ગ્રાઉન્ડ યુનિફાઇડ થિયરી, સૈધ્ધાન્તિક રીતે વિકસાવવામાં, ભૌતિકશાસ્ત્રનું સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ નિષ્ફળ જતું લાગે છે. 'મોન્ડ' થિયરી પણ બ્રહ્માંડમાં રહેલ 'ડાર્ક મેટર'ની સંભાવનાને સંપૂર્ણ નકારી શકતી નથી. ફરક એટલો પડે છે કે ન્યુટનના નિયમો પ્રમાણ બ્રહ્માંડમાં ખુટતા પદાર્થ/ મેટરનો જથ્થો ખુબ જ વિશાળ આવે છે જ્યારે મોડીફાઇડ ન્યુટોનીયન ડાયનેનીઝક્સના સમીકરણોથી ખુટતા પદાર્થનો જથ્થો પાંચ ગણો ઓછો આવે છે. ''મોન્ડમાં'' પણ એ અન્ય ત્રુટીઓ નજરે પડવા લાગી છે. કદાચ હવે ડાર્ક મેટર અને મોન્ડ સંબંધી વધારે પુરાવા 'લીગો'ના ઉપકરણો વડે જ મળે તેમ છે.