വര്ത്തമാന കാലത്ത് ഭൌധിക ശാസ്ത്രവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടു പൊതു ജനങ്ങളുടെയിടല് കൂടുതല് പ്രശസ്തമായ ഒന്നാണ് ഡാര്ക്ക് മാറ്റര്. എന്നാല് ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് എന്താണു എന്നതില് പോതുജനങ്ങല്ക്കുള്ളത് പോലെ ഗവേഷകര്ക്കിടയിലും ഇപ്പോഴും അവെക്തത നില നില്ക്കുന്നുണ്ട്. എങ്കിലും ഡാര്ക്ക് മറ്റെരിന്റെ സ്വഭാവത്തെ കുറിച്ച് ഏകദേശ ധാരണ ഉണ്ടാക്കി എടുക്കുന്നതില് ഗവേഷകര് വിജയിച്ചിട്ടുണ്ട്. ജ്യോതി ശാസ്ത്രത്തില് പരീക്ഷണങ്ങള് നടത്തുന്നതിനുള്ള ബുദ്ധിമുട്ടുകളെ കുറിച്ച് മറ്റൊരു പോസ്റ്റില് വിവരിചിരുന്നുവല്ലോ. അത്തരം സങ്കീര്ണങ്ങളായ പരീക്ഷണങ്ങള് നടത്തുന്നതിന് പകരം ഗവേഷകര് കമ്പ്യുട്ടറുകള് ഉപയോഗിച്ചുള്ള പരീക്ഷണങ്ങള് (computer simulations ) വഴി പ്രധാനപെട്ട പല വിവരങ്ങളും നേടിയെടുക്കും. കമ്പ്യൂട്ടര് പരീക്ഷണങ്ങളെ കുറിച്ച് മറ്റൊരു പോസ്റ്റില് വ്യക്തമാക്കാം. ഡാര്ക്ക് മാറ്റെറിന്റെ സ്വഭാവങ്ങള് മനസിലാക്കുന്നതിനു കമ്പ്യൂട്ടര് സിമുലറേന്സ് സുപ്രധാന പങ്കു വഹിച്ചിട്ടുണ്ട്.
എന്താണു ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് എന്നു ചിന്തിക്കുന്നതിനു മുന്പ് എന്താണു മാറ്റര് എന്നും നോക്കാം. നമുക്ക് ചുറ്റും കാണുന്നതും നമ്മളെയും നിര്മ്മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് പ്രോടോണ്, നുട്രോന്, ഇലെക്ട്രോണ് എന്നി ചില കണങ്ങളാല് ആണു. അത്തരം പിണ്ടങ്ങളെ ബാര്യോനിക് മാറ്റര് (baryonic matter ) എന്നറിയപ്പെടുന്നു. ഈ വസ്തുക്കള് പ്രകാശത്തെ പുറപ്പെടുവിക്കുകയോ അല്ലെങ്കില് അവയില് പതിക്കുന്ന പ്രകാശത്തെ പ്രതിഭലിപ്പിക്കുകയോ ചെയ്യുന്നവയാണ്. ഇലെക്ട്രോനിന്റെ ത്വരണം മൂലം അവ പ്രകാശത്തെ പുറപ്പെടുവിക്കുന്നത് ഓര്ക്കുക. എന്നാല് പ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാ തരം ബാര്യോനിക് മറ്റെരിനെയും നമുക്ക് കാണുവാന് കഴിയില്ല. കാരണം ചില വസ്തുക്കളില് നിന്നും വരുന്ന (അവ പുറപ്പെടുവിക്കുന്നതോ അല്ലെങ്കില് പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നതോ ആയ) പ്രകാശത്തിന്റെ അളവ് വളരെ കുറവായതിനാല് അവയ്ക്ക് ഭൂമിയില് തീവ്രത കുറവായിരിക്കും. അത്തരം, പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്നതും നമുക്ക് കാണുവാന് സാധിക്കതതുമായ, പിണ്ടങ്ങളെ ബാര്യോനിക് ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് എന്നറിയപ്പെടുന്നു. ഉധാഹരണത്തിന്, ഏകദേശം അഞ്ചു വര്ഷം മുന്പ് വരെ സൌരയൂദത്തിനു പുറത്തുള്ള ഗ്രഹങ്ങളേക്കുറിച്ച് നമുക്ക് അറിവുണ്ടായിരുന്നില്ല. അവയില് നിന്നും വരുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ അളവ് അവ ചുറ്റി സഞ്ചരിക്കുന്ന നക്ഷത്രങ്ങളുടെ പ്രകാശത്തിന്റെ വളെരെ ചെറിയൊരംശം ആയതു കൊണ്ട് അവയെ തിരിച്ചറിയാന് കഴിയാതെ പോകുന്നു. ഇത്തരം അഞ്ജാത ഗ്രഹങ്ങളും ഉപഗ്രഹങ്ങളും എല്ലാം ബാര്യോനിക് ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് എന്ന വിഭാഗത്തില് പെടും. അവ നിലനില്ക്കുന്നു എന്നു നമുക്കറിയാം പക്ഷെ കാണുവാന് സാധിക്കുന്നില്ല.
ബര്യോനുകളാല് നിര്മ്മിക്കപ്പെടാത്ത പിണ്ടങ്ങളെ പൊതുവില് നോണ് ബാര്യോനിക് ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് എന്നു അറിയപ്പെടുന്നു. പേര് സൂചിപ്പിക്കുന്നത് പോലെ തന്നെ ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് 'ഇരുണ്ട പിണ്ഡം' ആണു. ഭൌതിക ശാസ്ത്രത്തില് ഇരുണ്ട വസ്തുക്കള് അതില് പതിക്കുന്ന എല്ലാ പ്രകാശ കണങ്ങളെയും ആഗീകരണം ചെയ്യുകയോ അല്ലെകില് പ്രകാശത്തെ പുറപ്പെടുവിക്കതിരിക്കുകയോ ചെയ്യും. ബാര്യോനിക് ഡാര്ക്ക് മറ്റെരിന്റെ അളവ് നോണ് ബാര്യോനിക് മാറ്റരുമായി തട്ടിച്ചു നോക്കുമ്പോള് തുലോം കുറവാണു. ഇനി ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് എന്നു ഉദ്ദേശിക്കുന്നത് നോണ് ബാര്യോനിക് ഡാര്ക്ക് മറ്റെരിനെ ആണു.
പ്രധാനമായും മൂന്ന് സംശയങ്ങള് ഇതു വായിക്കുന്നവര്ക്ക് ഉണ്ടാകും. 1 . പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കാത്ത, പ്രകാശത്തെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കാത്ത ഒരു വസ്തുവ്ന്റെ നിലനില്പ്പ് എങ്ങനെ സ്ഥാപിക്കാം? 2 . ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് എന്തു തരം അടിസ്ഥാന കണങ്ങളാല് ആണു നിര്മ്മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത്? 3 . പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ഒരു വസ്തുവിന് അഭിമുഖമായി ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് വന്നാല് അവയെ കാണുവാന് സാധിക്കുമോ?
ഡാര്ക്ക് മാറ്റെറിന്റെ തെളിവ് ലഭിച്ചത് അവയുടെ സ്വാധീനം മൂലം മറ്റു വസ്തുക്കളുടെ ചലനത്തില് ഉണ്ടാകുന്ന വ്യതിയാനങ്ങളില് നിന്നുമാണ്. പിണ്ഡം അതിന്റെ ഏതാവസ്ഥയില് ആയിരുന്നാലും അവ മറ്റുള്ള വസ്തുക്കളെ ഗുരുത്വകര്ഷണ ബലത്താല് ആകര്ഷിക്കുന്നു. ഒരു ഉദാഹരണമെടുക്കം. ഭൂമി സൂര്യനെ ചുറ്റി കറങ്ങുന്നത് അവ തമ്മിലുള്ള ഗുരുത്വകര്ഷണ ബലത്താല് ആണെന്ന് നമുക്കറിയാം. അതായത് ഭൂമിയുടെ സഞ്ചാര പദം നിര്ണ്ണയിക്കുന്നത് സൂര്യന്റെയും ഭൂമിയുടെയും പിണ്ടങ്ങള് ആണു (മറ്റു ഗ്രഹങ്ങളുടെ സ്വാധീനം ഇപ്പോള് വിവരിക്കുന്നില്ല). ഇനി സൂര്യന് പ്രകാശം തീരെ പുറപ്പെടുവിക്കുന്നില്ല (ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് ആണെന്ന്) എന്നു കരുതുക. അപ്പോഴും ഭൂമിയുടെ സഞ്ചാര പദത്തില് വ്യതിയാനം സംഭവിക്കില്ല. അതായത് ഭൂയുടെ ഗതിയെ നിര്ണ്ണയിക്കുന്നതില് ജ്യോലിക്കുന്ന സൂര്യനും ജ്യോലിക്കാത്ത സൂര്യനും ചെലുത്തുന്ന സ്വാധീനം ഒരു പോലെ ആയിരിക്കും.
ക്ലുസ്റെര്സ് ഓഫ് ഗാലക്സികളെ കുറിച്ച് മറ്റൊരു പോസ്റ്റില് പറഞ്ഞിരുന്നുവല്ലോ. അവയുടെ പ്രകാശം അളന്നതില് നിന്നും അവയില് ഏകദേശം പത്തു ലക്ഷം കോടി സൂര്യന്മാര് അടങ്ങിയിരിക്കും എന്നും സൂചിപിച്ചു. അതായത് അവയുടെ പിണ്ഡം സൂര്യന്റെ പത്തു ലക്ഷം കോടി മടങ്ങായി നമുക്ക് നിശ്ചയിക്കാം. ഗുരുത്വകര്ഷനത്താല് കൂടി ചേര്ന്നിരിക്കുന്ന (gravitationally bound ) ക്ലുസ്റെര്സിന്റെ പിണ്ഡം കണ്ടു പിടിക്കുവാന് അതില് അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന ഗാലക്സികളുടെ പ്രവേഗങ്ങള് അളക്കുന്നതിലൂടെ സാധ്യമാകും. ഇതിനെ വിരിയല് സിദ്ധാന്തം (virial theorem ) എന്നറിയപ്പെടുന്നു. വിരിയല് സിദ്ധാന്തം ഉപയോഗിച്ചു ക്ലുസ്റെരിന്റെ പിണ്ഡം കണ്ടുപിടിക്കാന് ആദ്യമായി ശ്രേമിച്ചത് സ്വിക്കി (Swicky , 1930 ) എന്ന ശാസ്ത്രഞ്ജന് ആണു. അദ്ധേഹത്തിന്റെ കണക്കുകൂട്ടല് പ്രകാരം പത്ത് ലക്ഷം സൂര്യ പിണ്ഡം ക്ലുസ്റെരിന്റെ മൊത്തം പിണ്ഡത്തിന്റെ വെറും പത്ത് ശതമാനം മാത്രമേ ഉള്ളൂ എന്നു മനസിലാക്കി. അതായത് ക്ലുസ്റെരിന്റെ തൊണ്ണൂറു ശതമാനം പിണ്ഡവും നക്ഷത്രങ്ങളില് അല്ല കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്. ആദ്യ കാലത്ത് ഈ പ്രശ്നത്തെ 'നഷ്ട പിണ്ട പ്രശ്നം' (മിസ്സിംഗ് മാസ്സ് പ്രോബ്ലം) എന്നു വിളിച്ചു.
ബാക്കി ഉള്ള പിണ്ഡം നക്ഷത്രങ്ങളില് അല്ല എങ്കില് അവ നക്ഷത്രാന്തരീയ സ്ഥലങ്ങളിലോ അല്ലെങ്കില് ഗലക്സികല്ക്കിടയിലുള്ള സ്ഥലങ്ങളിലോ ആയിരിക്കാം എന്നും അവ ദൃശ്യ പ്രകാശത്തെകാള് കൂടുതല് മറ്റു തരംഗ ദൈര്ക്യങ്ങളില് പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുവാന് ഉള്ള സാധ്യതയും മനസിലാക്കി റേഡിയോ, എക്സ് റേ തുടങ്ങിയ വര്ണ്ണ വീചികളില് ക്ലുസ്റെര്സിനെ നിരീക്ഷിക്കുവാന് ആരംഭിച്ചു. അവയുടെ ഫലമായി ക്ലുസ്റെരില് നിന്നും വലിയ തോതില് എക്സ് റെ ഉണ്ടാകുന്നെന്നും അവയുടെ ഉത്ഭവം ഗാലക്സികളുടെ ഇടയിലുള്ള ചൂടുള്ള വായുവാണ് എന്നും കണ്ടെത്തി. എന്നാല് ഇതിനു വലിയ തോതില് 'നഷ്ട പിണ്ട പ്രശ്നത്തിന്' ഉത്തരം നല്കുവാന് കഴിഞ്ഞിരുന്നില്ല. വൈദ്യുത കാന്തിക തരംഗങ്ങളിലെ മനുഷ്യന് സാങ്കേതികമായി എത്തിപെടാന് കഴിയുന്ന എല്ലാ തരംഗ ദൈര്ഖ്യങ്ങളിലൂടെയും അന്വേഷിച്ചിട്ടും ബാക്കി ഉള്ള പിണ്ടത്തിനെ കുറിച്ച് ഒരു വിവരവും ലഭിച്ചില്ല. അക്കാരണത്താല് മനുഷ്യ നിര്മ്മിതമായ യന്ത്രങ്ങള്ക്കു അളക്കുവാന് കഴിയുന്നതില് കൂടുതല് ഊര്ജ്യം ഉള്ള (വേഗത്തില് സഞ്ചരിക്കുന്ന) കണങ്ങള് ആയോ ആല്ലെങ്കില് പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുവാന് കഴിയാത്ത കണങ്ങള് ആയോ (സാവതാനം സഞ്ചരിക്കുന്നവ) പിണ്ഡം നിലനില്ക്കുന്നു എന്നു അനുമാനിച്ചു. മറ്റു പല കാരണങ്ങളാലും (മറ്റൊരു പോസ്റ്റില് കൊസ്മോലോജിയെ (cosmology ) കുറിച്ച് വിവരിക്കുമ്പോള് ഇതിനെ കുറിച്ച് വിശദമാക്കാം) രണ്ടാമത്തെ തരം കണങ്ങളാണ് ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് എന്നു ഇപ്പോള് അനുമാനിക്കപ്പെടുന്നത്.
ഡാര്ക്ക് മറ്റെരിന്റെ സാന്നിധ്യത്തെ കുറിച്ച് ഗാലക്സി ക്ലുസ്റെര്സില് ഗാലക്സികളുടെ ചലനങ്ങളില് നിന്നും മനസിലാക്കാം എന്നു വിവരിച്ചു. നമ്മുടെ ഗാലക്സിയായ ക്ഷീര പദത്തിന്റെ മധ്യ ഭാഗത്തുള്ള നക്ഷത്രങ്ങളുടെ ചലനങ്ങളില് നിന്നുമാണ് ക്ഷീര പദത്തില് ഒരു തമോ ഗര്ത്തം (ബ്ലാക്ക് ഹോള്) ഉണ്ടെന്നു മനസിലാക്കാന് കഴിഞ്ഞത്. തമോഗര്ത്തങ്ങളെ കുറിച്ച് മറ്റൊരു പോസ്റ്റില് വിശദമാക്കാം. തമോ ഗര്ത്തങ്ങളും ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് എന്ന ഗണത്തില് വരുന്നവയാണ്.
ഇനി ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് നിര്മ്മിച്ചിരിക്കുന്നത് എന്തു തരം കണങ്ങളാല് ആണെന്ന് നോക്കാം. ബാര്യോനിക് ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് നിര്മ്മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് പ്രോടോണ് നുട്രോന് എന്നി ഘടകങ്ങള് കൊണ്ടാണ്. എന്നാല് നോണ് ബാര്യോനിക് ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് നിര്മ്മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ഘടകങ്ങളെ കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങള് അപൂര്ണ്ണമാണ്. ന്യുട്രിനോകള് ഒരു നോണ് ബാര്യോനിക് മാറ്റര് ആണു. നമ്മുടെ ശരീരത്തുകൂടി ഓരോ നിമിഷവും കോടിക്കണക്കിനു ന്യുട്രിനോകള് ആണു കടന്നു പോകുന്നത്. എങ്കിലും ന്യുട്രിനോകളെ കൂടാതെ മറ്റു കണങ്ങളുടെ നിലനില്പ്പ് ആവശ്യമാണെന്ന് പല പഠനങ്ങളിലൂടെയും തെളിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. ഫോട്ടിനോ (photino ), ഗ്രവിടിനോ (gravitino ), ആക്സിനോ (axino ), ഗ്ലുഇനൊ (gluino ), എസ്-ന്യുട്രിനോ (s - neutrino ) തുടങ്ങിയ കണങ്ങള് നോണ്-ബാര്യോനിക് ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് വിഭാഗത്തില് പെടുന്നതാണ്. എങ്കിലും ലാര്ജ് ഹാട്രോണ് കൊലൈടര് (Large Hadron Collider ) പോലുള്ള ആധുനിക പരീക്ഷണങ്ങള് വിവിധ കണങ്ങളുടെ നിലനില്പ്പിനെ സാധൂകരിക്കുവാന് ആവശ്യമാണ്.
അവസാനമായി, പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ഒരു വസ്തുവിന് അഭിമുഖമായി ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് വന്നാല് അവയെ കാണുവാന് സാധിക്കുമോ എന്നു നോക്കാം. തീര്ച്ചയായും ബാര്യോനിക് ഡാര്ക്ക് മാറ്റര് പ്രകാശത്തിനു അഭിമുഖമായി വന്നാല് അവയെ കാണുവാന് സാധിക്കും. കാരണം അവ പ്രകാശത്തെ ആഗീകരണം ചെയ്യുകയും, പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന വസ്തുവിനെ നമ്മുടെ കാഴ്ചയില് നിന്നും മറക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നാല് നോണ്-ബാര്യോനിക് ഡാര്ക്ക് മറ്റെരിന്റെ സാന്നിധ്യം അവ മറ്റു വസ്തുക്കളില് ഉണ്ടാക്കുക്കന്ന ഗുരുത്വകര്ഷനതിലൂടെ മാത്രമേ സാധിക്കുകയുള്ളൂ. കാരണം അവയ്ക്ക് പ്രകാശത്തെ ആഗീകരണം ചെയ്യുകയോ, പ്രകാശത്തെ പുറപ്പെടുവിക്കുകയോ ചെയ്യില്ല. അവയ്ക്ക് സാധാരണ മറ്റെരുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുവാനും കഴിയുകയില്ല. അങ്ങനെ സംഭവിച്ചിരുന്നെങ്കില് ഓരോ നിമിഷവും കോടിക്കണക്കിനു ന്യുട്രിനോകള് കടന്നു പോകുന്ന നമ്മുടെ ശരീരത്തെ കുറിച്ച് ഒന്ന് ആലോചിച്ചു നോക്കുക.
(ലളിതവല്ക്കരിക്കുന്നത് മൂലം ചില സ്ഥലങ്ങളില് ആശയങ്ങള്ക്ക് ചെറിയ വ്യത്യാസം ഉണ്ടായേക്കാം)
