ડાર્ક મેટર: રહસ્યમય અંધકાર ક્યારે દૂર થશે ?

Pub. Date: 14.08.2016

૨૧ જુલાઈ, ૨૦૧૬. સ્થળ: શેફીલ્ડ, યુનાઇટેડ કિંગ્ડમનો એક કોન્ફરન્સરૃમ. કોન્ફરન્સમાં આવેલ વૈજ્ઞાનિકોમાં સન્નાટો છવાયેલો હતો. બ્રહ્માંડના રહસ્ય સમા ડાર્કમેટરના મહત્ત્વકાંક્ષી પ્રોજેક્ટ લક્ષના રિઝલ્ટ કાર્ડમાં વૈજ્ઞાનિકોને માત્ર જીરો જોવા મળ્યો હતો. ૨૦૧૩માં ડાર્કમેટર પર વિજય મેળવવા માટે લક્ષ અન્ડરગ્રાઉન્ડ ઝેનોને ડાર્કમેટર એક્સપરીમેન્ટ શરૃ કરવામાં આવ્યો હતો. જે ટુકમાં 'લક્સ' તરીકે ઓળખાતો હતો. ૨૦ મહિનાની એકધારી મહેનત કરતા 'ડાર્કમેટર'ના કણોનું અસ્તિત્વ વૈજ્ઞાનિકો પકડી શક્યા નથી. ટૂંકમાં બ્રહ્માંડમાં 'ડાર્કમેટર' હોવા છતાં પૃથ્વીવાસીઓને હાથતાળી આપીને, 'ડાર્ક મેટર' વૈજ્ઞાનિકોની પકડમાં આવ્યા વગર અદ્રશ્ય થઈ ગયું છે. લક્સના અંતિમ તબક્કામાં પ્રયોગશાળાના સાધનોની સંવેદનશીલતા તેની અંતિમ મર્યાદા સુધી લઈ જવામાં આવી હતી. છતાં, ડાર્ક મેટર વિશે વૈજ્ઞાનિકોનું અંધારુ હજી દૂર થયું નથી. બ્રહ્માંડનો ચાર પંચમાશ એટલે કે 8૦% હિસ્સો ડાર્કમેટરનો બનેલો હોવા છતાં વૈજ્ઞાનિકો હજી સુધી તેના સીધા પુરાવા મેળવી શક્યા નથી. ભૌતિકશાસ્ત્રીઓની ધીરજ ખૂટી નથી. છતાં પરિણામોએ થોડીક નિરાશા પૂરી છે. ડાર્ક મેટરને 'ડાયરેક્ટ' સાબિતિ વડે ક્યારે પકડી શકાશે ? જયાં સુધી ડાર્કમેટરમાં સીધા પુરાવા મળશે નહી ત્યાં સુધી શ્યામ પદાર્થ પર છવાયેલ ડાર્કનેસ દૂર થવાની નથી.

 ''પ્રોજેક્ટ લક્સ'' - ડાર્કમેટર શોધવાની કવાયત:

સાઉથ ડાકોટા ખાતે આવેલી જૂની ગોલ્ડમાઇન એટલે કે સોનાની ખાણ વૈજ્ઞાનિકો માટે સોનાની ખાણ પુરવાર થઈ નથી. સોનાની ખાણ પર ૨૦૧૩માં નવું બોર્ડ લગાવવામાં આવ્યું હતું. જેમાં લખ્યું હતું સ્ટેનફોર્ડ અન્ડરગ્રાઉન્ડ રિસર્ચ ફેસીલીટી જમીન સપાટીથી ૧.૬૦ કિ.મી. નીચે ખાણમાં શુદ્ધ પાણીની એક ટાંકીમાં ૬ ફૂટ ઊંચી (૧.૮૦ મીટર)ની ઉંચાઈ ધરાવતી ટીટાનીયમની બનેલી એક ટેન્ક લટકાવવામાં આવી હતી. ટેન્કની આજુબાજુ બે લાખ બોંતેર હજાર લીટર શુદ્ધ પાણી ભરેલું છે. ટીટાનીયમની ટેન્કમાં પ્રવાહી સ્વરૃપમાં આને ઠંડો ઓઝોન વાયુ ભરેલો છે. ઝેનોનના પરમાણુઓને ખાસ પ્રક્રિયા માટે ગોઠવવામાં આવ્યા હતા. જ્યારે વીજભાર ધરાવતા કણોનો ધક્કો તેમને લાગે ત્યારે ઝેનોનના કણ પ્રકાશિત થઈ ઉઠવાના હતા. આ પ્રકાશના ચમકારાને પકડી શકાય તેવા સંવેદકો ગોઠવવામાં આવ્યા હતા.

સામાન્ય રીતે બ્રહ્માંડમાંથી આવતા વિવિધ કણો લગભગ ૧.૬૦ કિ.મી. ખડકોમાંથી પસાર થતા પહેલાં જ 'સ્ટોપ' અટકી જવાના હતા. જે વધારે અંદર જવાના હતા તેને પાણીના અણુ વધારે ઉંડાઈ સુધી જતા અટકાવતા હતા. વૈજ્ઞાનિકોને ખાતરી હતી કે, માત્ર ડાર્ક મેટરના પરમાણુ ટકરાઈને પ્રકાશનો ચમકારો બતાવવાના હતા. વૈજ્ઞાનિકોએ ૨૦ મહિના સુધી દિવસ રાત પ્રયોગ ઉપર નજર રાખવા છતાં ડાર્ક મેટર દ્વારા થયેલો એક પણ ચમકારો સંવેદક યંત્રો પકડી શક્યા નથી હવે શું ? વૈજ્ઞાનિકો કહે છે કે, 'લક્સ' માટે ડિઝાઇન કરેલ 'સેન્સરો' સંવેદકોની સંવેદનશીલતા ખૂબ જ વધારવી પડશે જેથી અતિ સૂક્ષ્મ ચમકારાને અતિ સૂક્ષ્મ નેનો- સેકન્ડમાં 'સેન્સરો' ડાર્ક મેટરને પકડી પાડવા જોઈએ. ડાર્ક મેટરોની ડાર્કનેસ દૂર કરવા માટે વૈજ્ઞાનિકો શા માટે આટલા અધીરા અને ઉતાવળીયા થઈ રહ્યા છે. ટ્રાફિક સિગ્નલ પર ગ્રીનલાઇટ નથી, યલો લાઇટ છે મતલબ ગો સ્લો.

 બ્રહ્માંડ દર્શન

આપણું દ્રશ્યમાન બ્રહ્માંડ, જેમાં પૃથ્વી, સૂર્ય તારાઓ અને આકાશગંગાઓ છેવટે તો પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન વડે બનેલા પરમાણુઓની બનેલી છે. ૨૦મી સદીની સૌથી આશ્ચર્યજનક થિયરી એટલે 'ડાર્ક મેટર'.  સૌથી વધારે આશ્ચર્યજનક બાબત એ છે કે, આપણે જે બ્રહ્માંડને જોઈ શકીએ છીએ તે ઓરડીનરી એટલે કે સામાન્ય મેટર કે પદાર્થ તરીકે ઓળખાય છે જેને ઘણાં વ્હાઇટ મેટર પણ કહે છે. આ મેટર/ પદાર્થ, બેરીઓનીક મેટર છે જેનો જથ્થો પુરા બ્રહ્માંડમાં ૫ ટકા કરતા વધારે નથી. બાકીનું ૯૫% બ્રહ્માંડ અદ્રશ્ય પદાર્થ ડાર્ક મેટર (૨૫%) અને ડાર્ક એનર્જી (૭૦%)નું બનેલું છે. ગુરૃત્વાકર્ષણ બળને પ્રતિરોધ- પ્રતિકાર આપે તેવું બળ એટલે કે ડાર્ક એનર્જી.

વૈજ્ઞાનિકોને ડાર્ક મેટરને સીધી જ અવલોકન કરવાની તક મળી નથી. મહત્ત્વની વાત એ છે કે, ડાર્ક મેટર આપણા બ્રહ્માંડના બેરીઓનીક મેટર સાથે કોઈ પ્રકારનો પ્રતિકાર કે પ્રક્રિયા કે સંવેદના બતાવતું નથી. પ્રકાશ અને વીજ ચુંબકીય વિકીરણ સામે પણ તે કોઈ પ્રતિક્રિયા બતાવતું નથી. આ કારણે આજના આધુનિક ઉપકરણો વડે ડાર્ક મેટરને ઓળખી કાઢવું કે શોધી કાઢવું શક્ય નથી.  છતાં ડાર્ક મેટરનું અસ્તિત્વ છે એ બાબતે વૈજ્ઞાનિકો ખૂબ જ ચોક્કસ છે. આકાશગંગા કે આકાશગંગાના ઝુમખાઓ પર 'ડાર્કમેટર'ની પરોક્ષ અસરો જોઈ શકાય છે.

સામાન્ય રીતે આકાશગંગાના કેન્દ્રમાં દ્રશ્યમાન પદાર્થનો જમાવડો થયેલો હોય છે. ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમો મુજબ આકાશગંગાના કેન્દ્ર નજીક આવેલા તારાઓ ઓછી ઝડપે કેન્દ્રની પ્રદક્ષિણા કરવા જોઈએ આ નિયમોનો ખરેખર અમલ થતો નથી. આકાશ ગંગામાં ગમે તે સ્થાને તારાઓ આવેલા હોય તેમની પ્રદક્ષિણાનો વેગ લગભગ એકસરખો વહે છે. આ અવલોકનો પરથી 'ડાર્કમેટર'ના અસ્તિત્વ વિશે થિયરી અસ્તિત્વમાં આવી છે આકાશગંગાની ભાગોળે આવેલા તારાઓને 'ડાર્કમેટર'ના ગુરૃત્વાકર્ષણની અસર વરતાતી હોવી જોઈએ.

 વિમ્પ અને માચોસ - ક્યારે પકડાશે ?

૧૯૯૮માં હબલ ટેલિસ્કોપ દ્વારા ત્રણ વિચિત્ર અને કુતૂહલપ્રેરક 'સુપરનોવા' જોવા મળ્યા હતા. બ્રહ્માંડ રચનાની બિગબેન મોમેન્ટ બાદ, ૭.૭૦ અબજ વર્ષ એટલે કે લગભગ સમયના મધ્યબિંદુની આસપાસ 'સુપર નોવા' વિસ્ફોટ થયા હતા. જેનો ડેટા બતાવે છે કે બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ (એક્સપાન્સન) ખરેખર ઘટવું જોઈએ. પરંતુ ઘટવાની જગ્યાએ વિસ્તરણનો પ્રવેગ વધી રહ્યો છે. ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમો પ્રમાણે સમય જેમ જેમ વિતતો જાય છે તેમ તેમ ગુરૃત્વાકર્ષણના કારણે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણનો વેગ ઘટવો જોઈએ ખરેખર તેવું થયું નથી. વિસ્તરણનો વેગ વધતો રહ્યો છે.

૨૦૦૧માં નાસાએ બ્રહ્માંડને સમજવા માટે વિલ્કીન્સન માઇક્રોવેવ એનીસ્ટ્રોફી પ્રોબ (WMAP)ને અંતરિક્ષમાં મોકલવામાં આવ્યો તે પહેલાં જ વૈજ્ઞાનિકો ડાર્ક એનર્જીની સમસ્યા શોધી કાઢવામાં આવી હતી. WMAP દ્વારા બ્રહ્માંડની ઉંમર અંતરીક્ષનો 'સ્પેસ કર્વ' અને 'કોસ્મિક માઇક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડ રેડિયેશન' શોધી કાઢ્યું હતું. WMAPની મહત્ત્વપૂર્ણ શોધ એટલે કે , બ્રહ્માંડનો સમગ્ર પદાર્થ ૪.૬૦ ટકા જેટલો જ છે. આખરે ડાર્ક મેટરના દાવેદાર કોણ છે ?

વૈજ્ઞાનિકો અતિ રાક્ષસી કદના 'શ્યામ વિવર' બ્લેકહોલ્સને ડાર્ક મેટરનો સૌથી મોટો દાવેદાર ગણવામાં આવ્યો છે. કેટલાક વૈજ્ઞાનિકો મેસિવ કોમ્પેક્ટ હેલો ઓબ્જેક્ટ (માચો) અને વિકલી ઇન્ટેક્ટીંગ મેસિવ પાર્ટિકલ (વિમ્પ)ને ડાર્ક મેટરના બીજા દાવેદાર ગણવામાં આવે છે. બ્રાઉન ક્વાર્કસ અને વિક સ્ટાર્સમાં 'માચો'નું અસ્તિત્વ માનવામાં આવે છે. જ્યારે બિગબેગ બાદ, સામાન્ય પદાર્થ / મેટર સિવાય સર્જન પામેલા અન્ય પદાર્થ બંધારણમાં 'વિમ્પ'નું અસ્તિત્વ હોવાની સંભાવના દર્શાવવામાં આવી છે.

એક વૈજ્ઞાનિક સંકલ્પના પ્રમાણે આપણે જેને ખાલી અવકાશ કે 'એમ્ટી સ્પેસ' માનીએ છીએ તે ખરેખર ખાલી નથી. અહીં 'વર્ચ્યુઅલ' પાર્ટીકલનું સર્જન અને વિસર્જન થતું જ રહે છે. આ ખાલી અવકાશમાં કેટલી ઊર્જા છે ? તેની ગણતરી કરતા વૈજ્ઞાનિકોએ જે આંકડો મેળવ્યો છે તે ખોટો છે. જેથી રહસ્ય હજી અકબંધ છે. ઘણાં વૈજ્ઞાનિકો માને છે કે આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇને તેની જનરલ થિયરી ઓફ રિલેટિવીટી/ સાપેક્ષતાવાદ દ્વારા સ્ટેટીક / સ્થિર બ્રહ્માંડને સમજાવવા જે સૂત્ર આપવામાં આવ્યું હતું તેમાં એક ખાસ કોસ્મોલોજીકલ કોન્સ્ટન્ટ જેવો અચળાંક આપ્યો હતો. બ્રહ્માંડના વિસ્તરણનો પુરાવા મળતા જ આઇન્સ્ટાઇને કોસ્મોલોજીકલ કોન્ટેસ્ટને તેની જિંદગીની સૌથી મોટી ભૂલ બતાવી હતી. ડાર્ક એનર્જી અને આઇન્સ્ટાઇના કોસ્મોલોજીકલ કોન્સ્ટન્ટ વચ્ચે સમાનતા જોવા મળી છે.

 પ્રયોગની નિષ્ફળતા પછીના... પગલl.

ડાર્ક મેટરને શોધવી હોય તો તેના બંધારણીય ઘટક જેવાં (WIMPS) (વિમ્પ)ને શોધવા પડે. આકાશગંગાઓ જે રીતે પ્રદક્ષિણા કરી રહી છે અને, ત્યાંથી પસાર થતો પ્રકાશ વાંકી દિશામાં વળીને આવે છે. જે રહસ્યમય ડાર્ક મેટરનું અસ્તિત્વ બતાવે છે. બ્રહ્માંડમાંથી આવતા કોસ્મિક કિરણોમાં વિવિધ પ્રકારના પદાર્થ, પ્રતિ-પદાર્થ રચનારા આદિ કણો હોય છે જે પૃથ્વીની સપાટી સાથે ટકરાય છે ત્યારે તેની ગતિ ધીમી પડે છે. ખડકોની અંદર ઉતરતા જતા ચોક્કસ ઉંડાઈએ પહોંચીને કોસ્મિક રેના કણો અટકી જાય છે.

ડાર્ક મેટરના કણ 'વિમ્પ' પ્રોટોન કરતાં ૧૦થી ૧૦૦ ગણા વધારે દળદાર છે. જે પૃથ્વીમાંથી આસાનીથી પસાર થઈ જાય છે. જો વૈજ્ઞાનિકો નસીબદાર હોય તો 'જેનોન' જેવા પરમાણુ સાથે 'વિમ્પ'ની ટક્કર/ મથડામણ થતાં જ 'પ્રકાશ'ના સિગ્નલ મળી શકે છે. જો કે પ્રવાહી 'ઝેનોન' પ્રકાશ માટે પારદર્શક હોવા છતાં પ્રકાશના ક્ષણિક ચમકારાને શોધી શકે તેવા અતિ-સંવેદનશીલ ઉપકરણોની જરૃર પડે તેમ છે.

'લક્સ'ના પ્રયોગોમાં 'વિમ્પ'ની સાબિતી મળી નથી એનો અર્થ એવો નથી થતો કે ડાર્ક મેટર વિમ્પનું બનેલું નથી. પ્રયોગની નિષ્ફળતા બતાવે છે કે સામાન્ય પદાર્થની કેટલીક નિશ્ચિત મર્યાદા/ રેન્જમાં, પદાર્થ પર 'વિમ્પ'ની અસર જોવા મળતી નથી. 'લક્સ' સિવાય ઇટાલીમાં જેનોન ડાર્ક મેટર પ્રોજેક્ટ ચાલે છે. આ ઉપરાંત 'સુપર ક્રાયોજેનિક ડાર્ક મેટર સર્ચ' જેવો બીજો પ્રયોગ પણ ચાલુ જ છે. આ ઉપરાંત જીનીવાના સર્નના લાર્જ હેડ્રોન કોલાઈડરમાં 'ડાર્ક મેટર' સર્જન કરવાના પ્રયાસો ચાલુ જ છે. આવનારા સમયમાં 'લક્સ' કરતા ૭૦ ગણા વધારે સંવેદનશીલ ઉપકરણો સાથે 'લક્સ-ઝેપલીન' નામનું ડિરેક્ટર ડાર્ક મેટર શોધવા માટે કાર્યરત કરવામાં આવશે. લક્સના સ્થાને લક્સ ઝેપલીન ભવિષ્યમાંમાં કાર્યરત બનશે.