Explainer: શું બ્રહ્માંડનો આધાર ગણાતું ‘ડાર્ક મેટર’ મળી ગયું? ભૂગર્ભમાં કરાયેલા પ્રયોગમાં દેખાઈ રહસ્યમય હાજરી

The mystery of dark matter in the universe : શું તમે ક્યારેય વિચાર્યું છે કે આકાશમાં અબજો તારા અને વિશાળ આકાશગંગા (ગેલેક્સી) કઈ રીતે ટકી રહી છે? શું કોઈ એવી અદૃશ્ય શક્તિ છે જે આખા બ્રહ્માંડને છૂટું પડી જતાં કે વેરવિખેર થતાં રોકી રહી છે? લગભગ એક સદીથી વિજ્ઞાનીઓ માને છે કે બ્રહ્માંડમાં એક એવો અદૃશ્ય પદાર્થ રહેલો છે જેણે બ્રહ્માંડને એક તાંતણે બાંધી રાખ્યું છે. આ પદાર્થને 'ડાર્ક મેટર' (કે બ્લેક મેટર) કહેવાય છે. અત્યાર સુધી આ અદૃશ્ય પદાર્થ કોઈને દેખાયો ન હતો, પરંતુ હવે પ્રથમ વખત વિજ્ઞાનીઓને તેને શોધવાની દિશામાં મોટો સંકેત મળ્યો હોય એવું લાગી રહ્યું છે. જો આ સંકેત સાચો ઠરશે, તો બ્રહ્માંડનો જન્મ કેવી રીતે થયો અને ગેલેક્સીઓ કેવી રીતે ટકી રહી છે તે અંગેની આપણી સમજ સંપૂર્ણપણે બદલાઈ જશે.

ગેલેક્સીઓ કેવી રીતે ટકી રહી છે?

સૌ પ્રથમ 1933માં સ્વિસ ખગોળશાસ્ત્રી ફ્રિટ્ઝ ઝ્વિકીએ ગેલેક્સી ક્લસ્ટરનો અભ્યાસ કરતી વખતે નોંધ્યું હતું કે ગેલેક્સીઓ એટલી ઝડપથી ગતિ કરી રહી છે કે માત્ર દૃશ્યમાન પદાર્થોના વજનથી તેની ગતિને સમજાવી શકાય નહીં. ત્યારબાદ 1970 ના દાયકામાં ખગોળશાસ્ત્રી વેરા રુબિને શોધ્યું કે ગેલેક્સીઓની કિનારીઓ પર રહેલા તારાઓ પ્રચંડ ઝડપે ફરી રહ્યા છે. આ તારાઓની ગતિ એટલી વધુ છે કે જો કોઈ અદૃશ્ય પદાર્થનું ગુરુત્વાકર્ષણ બળ તેમને પકડી ન રાખે તો આ ગેલેક્સીઓ તૂટીને વેરવિખેર થઈ જાય. ગેલેક્સીઓને વેરવિખેર થતી બચાવનાર અદૃશ્ય દળને જ 'ડાર્ક મેટર' નામ અપાયું.

ડાર્ક મેટર શું છે?

આજે આપણે જે સામાન્ય પદાર્થો જોઈએ છીએ- તારા, ગ્રહો અને આપણે પોતે- તે બ્રહ્માંડના કુલ દળના માત્ર 15% જેટલો જ ભાગ ધરાવે છે. બાકીનો 85% ભાગ ડાર્ક મેટર છે. ડાર્ક મેટર પ્રકાશને ઉત્સર્જિત કરતું નથી કે પ્રતિબિંબિત પણ કરતું નથી, તેથી તે સંપૂર્ણપણે અદૃશ્ય રહે છે. વિજ્ઞાનીઓ માને છે કે 'બિગ બેંગ' પછી બ્રહ્માંડની રચના થઈ ત્યારે આ ડાર્ક મેટરે જ એક વિશાળ અદૃશ્ય જાળી (Cosmic Web) જેવું માળખું બનાવ્યું હતું. આ જાળીના આધારે જ ગેલેક્સીઓ અને તારાઓની રચના થઈ શકી. જો ડાર્ક મેટર ન હોત તો બ્રહ્માંડ એકદમ સપાટ હોત અને ગેલેક્સીઓનું અસ્તિત્વ જ ન હોત.

LZ પ્રયોગમાં મળ્યો ડાર્ક મેટરનો પ્રથમ સંકેત

અત્યાર સુધી ડાર્ક મેટરની હાજરી માત્ર તેના ગુરુત્વાકર્ષણ પ્રભાવ (જેમ કે 'ગુરુત્વાકર્ષણ લેન્સિંગ' દ્વારા પ્રકાશનું વાંકુ વળવું અને પ્રારંભિક બ્રહ્માંડના તાપમાનની વધઘટ) પરથી જ જાણી શકાતી હતી. તેને ક્યારેય સીધું શોધી શકાયું ન હતું.
પરંતુ હવે, અમેરિકાના દક્ષિણ ડાકોટામાં યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જીની 'સેનફોર્ડ અંડરગ્રાઉન્ડ રિસર્ચ ફેસિલિટી'માં ચાલી રહેલા એક અતિ-સંવેદનશીલ પ્રયોગમાં વિજ્ઞાનીઓને મોટી આશા મળી છે. આ પ્રયોગશાળા જમીનની નીચે એક માઇલ ઊંડે આવેલી છે. ડાર્ક મેટર શોધવા માટેના આ પ્રયોગનું નામ LUX-ZEPLIN (LZ) છે. પ્રયોગના ડેટાની તપાસ કરવા માટે ચાલેલા 2 વર્ષના અભ્યાસમાં 6 દેશોની 39 સંસ્થાઓના 250 વિજ્ઞાનીઓ અને એન્જિનિયરો જોડાયેલા છે. તેમાં બ્રિસ્ટોલ યુનિવર્સિટી સહિત UK ની 2 યુનિવર્સિટીઓનો પણ સમાવેશ થાય છે.

કેવી રીતે મળ્યો સંકેત?

ડાર્ક મેટર અને સામાન્ય પદાર્થો વચ્ચેની અથડામણ અત્યંત દુર્લભ છે. આ અથડામણ પકડવા માટે LZ ડિટેક્ટરમાં 10 ટન પ્રવાહી ઝેનોન (Xenon) ભરેલું એક મોટું નળાકાર પાત્ર રાખવામાં આવ્યું છે. ઝેનોન અત્યંત ઘટ્ટ (Dense) હોવાથી ડાર્ક મેટરના કણો તેની સાથે અથડાવાની સંભાવના વધી જાય છે.

વિજ્ઞાનીઓ માને છે કે ડાર્ક મેટર 'WIMP' (Weakly Interacting Massive Particle) નામના કણોનું બનેલું હોઈ શકે છે. આ ડિટેક્ટરમાં વિજ્ઞાનીઓએ એક એવી ઘટના નોંધી છે જેમાં ઝેનોનનો 1 અણુ અને 1 રહસ્યમય કણ (સંભવિત WIMP) વચ્ચે અથડામણ થઈ હોય. જ્યારે આવું થાય છે, ત્યારે પ્રકાશના 2 ઝબકારા (ફ્લેશ) જોવા મળે છે.

1… પહેલો ઝબકારો અથડામણ થતાં જ ઉત્પન્ન થતા ફોટોનને કારણે થાય છે.

2… બીજો મોટો ઝબકારો અથડામણમાંથી મુક્ત થતા ઇલેક્ટ્રોનને કારણે થાય છે.

આ સિગ્નલની મદદથી વિજ્ઞાનીઓ જાણી શકે છે કે કણની ઊર્જા કેટલી હતી. બ્રિસ્ટોલ યુનિવર્સિટીના મુખ્ય સંશોધક અને ભૌતિકશાસ્ત્રી ડૉ. સેમ એરિક્સનના જણાવ્યા અનુસાર, ડાર્ક મેટરને એક કણ તરીકે સમજવાની દિશામાં આ પ્રથમ પગલું હોઈ શકે છે. આ સંશોધનનો અહેવાલ વિજ્ઞાન જગતના પ્રતિષ્ઠિત જર્નલ 'ફિઝિકલ રિવ્યુ લેટર્સ' (Physical Review Letters) માં પ્રકાશિત કરવા માટે સબમિટ કરવામાં આવ્યો છે.

જે મળ્યું છે એ ‘ડાર્ક મેટર’ જ હોવાની શક્યતા કેટલી?

મંગળવારે જાપાનમાં યોજાયેલી એક વૈજ્ઞાનિક કોન્ફરન્સમાં આ તારણો જાહેર કરાયા હતા, પરંતુ સંશોધકો આ બાબતે ખૂબ જ સાવચેતી રાખી રહ્યા છે.
આ તારણને 2.6 સિગ્મા (Sigma) નું રેટિંગ અપાયું છે. વિજ્ઞાનની દુનિયામાં કોઈ પણ શોધના આંકડાકીય મહત્ત્વને સ્વીકારવા માટે સામાન્ય થ્રેશોલ્ડ 5 સિગ્મા હોય છે. એનો અર્થ એ છે કે વિજ્ઞાનીઓને ડાર્ક મેટરનો જે સંકેત મળ્યો છે, તે માત્ર કોઈ આકસ્મિક સંયોગ (fluke) હોય કે મશીનની કોઈ ખામીને કારણે નોંધાયો હોય તેની શક્યતા 215 માં માત્ર 1 જ વાર છે. ટૂંકમાં, જે શોધાયું એ ડાર્ક મેટર હોવાની શક્યતા ઘણી છે.

કંઈક રસપ્રદ જોયાનો દાવો

હાલમાં વિજ્ઞાનીઓ પાસે માત્ર એક જ ઘટનાનો ડેટા છે, જેને હજુ અન્ય સ્વતંત્ર વિજ્ઞાનીઓ દ્વારા ચકાસવાનો બાકી છે.

બ્રાઉન યુનિવર્સિટીના પ્રોફેસર રિક ગેટ્સકેલે સ્પષ્ટ કર્યું છે કે, ‘ફક્ત એક જ ઘટના હોવાથી, અમે ડાર્ક મેટર જોયાનો દાવો નથી કરી રહ્યા. પરંતુ અમે કંઈક રસપ્રદ જોયું છે, જે અમે વૈજ્ઞાનિક સમુદાય સાથે તેમના ઇનપુટ માટે શેર કરવા માંગીએ છીએ.’

બ્રિસ્ટોલ યુનિવર્સિટીના પ્રોફેસર હેનિંગ ફ્લેચરે પણ ઉમેર્યું કે આ અસામાન્ય પ્રતિક્રિયા પાછળના અન્ય તમામ જાણીતા કારણો (જેમ કે ન્યુટ્રિનો, ન્યુટ્રોન કે ગામા-કિરણોની ક્રિયા-પ્રતિક્રિયા) તપાસવામાં અનેક કલાકો ગાળ્યા પછી પણ કોઈ બીજું સચોટ કારણ મળ્યું નથી.

બ્રહ્માંડના કોયડાને ઉકેલવાની દિશામાં પહેલું પગલું

ભલે આ પ્રયોગમાં જોવા મળેલો ‘સંકેત’ ડાર્ક મેટરની સત્તાવાર સાબિતી ન હોય, પરંતુ આ ઘટનાએ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓમાં રોમાંચ જગાડ્યો છે. જો ભવિષ્યમાં આવા વધુ ડેટા મળશે, તો તે બ્રહ્માંડના અસ્તિત્વના સૌથી મોટા કોયડાને કાયમ માટે ઉકેલી નાખશે.