ડાર્ક મેટર (ભાગ-૧)
રાત્રિ દરમિયાન માનવસર્જીત પ્રકાશનું પ્રમાણ નહિવત હોય એવી અંતરિયાળ જગ્યાએથી ક્યારેય આકાશને જોયું છે? ટમટમતા તારલાઓ અને ગ્રહોની વચ્ચે અવકાશી ચંદરવાને પૂર્વથી પશ્ચિમ સુધી કવર કરતો આછા સફેદ વાદળ જેવો એક પટ્ટો ઉગે છે. આ પટ્ટાને ધ્યાનથી અવલોકો તો એનો નજારો ખરેખર અદભૂત હોય છે. એમાંય જ્યારે તમને ખબર પડે કે આ આછો સફેદ પટ્ટો બીજુ કંઇ નહીં પણ દૂધગંગા તરીકે ઓળખાતી આપણી આકાશગંગા જ છે ત્યારે આશ્ચર્યનો પાર રહેતો નથી. અંગ્રેજીમાં The Milky Way તરીકે ઓળખાતી આ આકાશગંગા આપણી જ આકાશગંગા છે. આકાશગંગા જેમાં આપણે રહીએ છીએ. પૃથ્વી, ચંદ્ર, અન્ય ગ્રહો અને સૂર્ય એમાંજ આવેલાં છે. સૂર્ય તો એમાંનાં અબજો×અબજો તારાઓમાંનો એક સામન્ય તારો છે. સૂર્ય જેવાં તો ૧૦૦ અબજથીય વધુ તારાઓ આ ભવ્યાતિભવ્ય સફેદ પટ્ટામાં સમાયેલાં છે. બે ઘડી સર્જનહારના આ વિરાટતમ સર્જનમાં આપણી જાત પણ ભુલાઇ જાય એવો ખગોળીય નજારો હોય છે. હવે એનાથી આગળ વધી માનો કે તમે ટેલિસ્કોપ વડે આકાશના ખૂણા ખાંચરા ફંફોસી રહ્યાં છો. એ ફંફોસતા ફંફોસતા તમને ખબર પડે છે કે સૂર્ય જેવા ૧૦૦ અબજ તારાઓ સમાવતી આકાશગંગા આપણી એક જ આકાશગંગા નથી, પણ અનેક છે, તો કેવું લાગશે? ટેલિસ્કોપ વડે આપણી આકાશગંગા સિવાય આપની પાડોશી આકાશગંગા દેવયાની અને એ ઉપરાંત અનેક આકાશગંગાઓ જોઇ શકાય છે. એક અંદાજા અનુસાર સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં ૧૦૦ અબજથીય વધુ આકાશગંગાઓ આવેલી છે. તે દરેકે દરેકમાં પાછા ૧૦૦ અબજ તારાઓ તો ખરા જ.. હવે માનો કે આટલી અદભુત અને અજૂબા જેવી સૃષ્ટિનું દર્શન કર્યાં પછી ખબર પડે કે આ તો સમગ્ર અસ્તિત્વની ખાલી 5% સામગ્રી જ છે અને 95% સામગ્રી તો હજી આપણી નજરે ચડી જ નથી, ત્યારે આશ્ચર્યનો કેવોક આંચકો લાગશે? આ 5% સામગ્રી એટલે આપણું દૃશ્ય બ્રહ્માંડ, જે કંઇ પણ ભૌતિક સ્વરૂપે જોઇ શકાય છે એ બધુંજ.. બાકીના 95% એટલે ડાર્ક મેટર ડાર્ક એનર્જી. અહીં મેટર (પદાર્થ) અને એનર્જી (ઉર્જા) આગળ લાગતો ડાર્ક શબ્દ સૂચવે છે કે એ પદાર્થ કે ઊર્જા કેવી છે એ જાણી શકાયું નથી. હજી એ રહસ્યના અવરણમાં લપેટાયેલું છે. શું છે આ ડાર્ક મેટર નામનો ભેદી પદાર્થ? આવો સમજીએ.
૧૯૩૩ નું વર્ષ ચાલી રહ્યું હતું. સ્વીસ ભૌતિકવિજ્ઞાની ફ્રિટ્ઝ ઝ્વીકી અમેરિકાના કેલિફોર્નિયા ઇન્સ્ટીટ્યુટ ઓફ ટેકનોલોજી ના સંશોધન ટેલિસ્કોપ પરથી રોજીંદા ક્રમ પ્રમાણે આકાશદર્શન કરી રહ્યાં હતાં. છેલ્લાં ઘણા સમયથી એમણે કોમા ક્લસ્ટર નામના અવકાશી ઝૂમખાના અભ્યાસનો પ્રોજેક્ટ હાથ પર લીધો હતો. અમાસની એ અંધારી રાત્રે પણ ઝ્વીકી એકલે હાથે પ્રોજેક્ટને આગળ ધપાવી રહ્યો હતો. ક્લસ્ટર એટલે એવા અવકાશી ઝૂમખાઓ જેમાં ઘણીબધી આકાશગંગાઓ કોઇ એક કેન્દ્રબિંદુની આસપાસ પરિક્રમા કરતી હોય છે. બિલકુલ એજ રીતે જે રીતે ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે. ઘણીબધી આકાશગંગાઓનું બનેલું આવુંજ એક ઝૂમખું છે કોમા ક્લસ્ટર, જેનો અભ્યાસ ઝ્વીકી કરી રહ્યાં હતાં. એ ક્લસ્ટરમાંની બધી ગેલેક્સીઓ ક્લસ્ટરના કેન્દ્રની ફરતે પૂરઝડપે ફરી રહી હતી. ઝ્વીકી એનો બારીકાઇથી અભ્યાસ કરી રહ્યાં હતાં. અચાનક જ ઝ્વીકીની આંખો પહોળી થઇ ગઇ. કેન્દ્રની આસપાસ ફરવાની આકાશગંગાઓની ઝડપ જરા વધારે હતી. જરા વધારે નહી પણ ઘણી વધારે હતી. એની સામે આકાશગંગાઓને એકસાથે જકડી રાખતા ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ પેદા કરનાર પદાર્થ ખાસ્સો ઓછો હતો. માનો કે પૂરઝડપે ફરતી ચગડોળમાં તમે બેઠા છો અને ભૂલેચુકે તમારો સીટબેલ્ટ ખુલી જાય છે તો કેન્દ્રત્યાગી બળ તમને ઉછાળીને ફેંકી દેશે. અહીં ક્લસ્ટર વાળા ઉદાહરણમાં ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ સીટ બેલ્ટનો કિરદાર નિભાવે છે, જે બધું જકડી રાખે છે. મતલબ કે પૂરઝડપે ફેંકાઇ જવાની સામે કાઉન્ટર બળ પેદા કરી એ આકાશગંગાઓને ફેંકાઇ જતી અટકાવે છે. પણ જો ફેકાતું અટકાવનાર એ ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ પૂરતું ન હોય તો? તો તો બધું ત્વરિત ફેંકાઇ જવું જોઇએ અને ક્લસ્ટર વિખેરાઇ જવું જોઇએ!! પરંતુ ઝ્વીકીની નજર સામે એ આખુંય માળખું પૂરઝડપે ફરી રહ્યું હતું. પણ એ કેમનું ફરી રહ્યું હતું એ એની સમજ બહાર હતું.
ઝ્વીકીએ ફરી એકડે એક થી પ્રયોગ શરૂ કર્યો. એમણે કોમા ક્લસ્ટર નામના એ ઝૂમખામાં રહેલી તમામે તમામ આકાશગંગાઓની સંખ્યા ગણી. દરેક આકાશગંગામાંથી આવતાં પ્રકાશનું બારીકાઇથી નિરિક્ષણ કર્યું. સ્પેક્ટ્રોગ્રાફ નામના સાધન વડે ઝાંખામાં ઝાંખા પ્રકાશનું પણ અવલોકન કરી ઝુમખામાંના તમામે તમામ પદાર્થનું દળ માપ્યું. એ દળના આધારે એ બધાં પદાર્થનું કૂલ ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ માપ્યું. આકાશગંગાઓને કેન્દ્ર તરફ ખેંચીને જકડી રાખનારૂં આ કેન્દ્રગામી બળ હતું. ત્યારબાદ તમામે તમામ આકાશગંગાઓની ફરવાની ઝડપ માપી. પણ અહો આશ્ચર્યમ!! એ બધાંના ટોટલ ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ કરતાં એમની ફરવાની ઝડપ અનેકગણી વધારે હતી. લગભગ દસેક ગણી વધારે!! એટલી વધારે કે એકદમ આસાનીથી એનાં તીનકા તીનકા વિખેરાઇ જવા જોઇએ. પણ વિખેરાતા ન હતાં. એ ચાકડો હજી પૂરઝડપે ચાલી રહ્યો હતો, પછી ભલે એને ચાલુ રહેવા દસેક ગણા વધુ પદાર્થની જરૂર હોય!! એ પદાર્થ ક્યાંય દેખાતો ન હતો, છતાં ચાકડો ચાલી રહ્યો હતો. ઝ્વીકીનું મન ચકરાવે ચડ્યું. શું ખરેખર જે દેખાઇ રહ્યું હતું એ હિમશીલાનું માત્ર ટોપકું હતું અને ૯૦% હિમશીલા પાણીની નીચે ડુબેલી અદૃશ્ય હતી? આ દસેક ગણો પદાર્થ ક્યાંક ને ક્યાંક છુપાયેલો તો હતો જ, કારણ કે હોવો જ જોઇએ, તોજ આટલું ગુરૂત્વાકર્ષણ લાગી શકે. આ અદૃશ્ય પદાર્થને ઝ્વીકીએ સ્વીસ ભાષામાં "dunkle materie" એટલે કે "ડાર્ક મેટર" એવું નામ આપ્યું. હવે જો ઝ્વીકીનું અનુમાન સાચું હોય તો તો ક્રાંતિ આવી જાય! આપણી દૃષ્ટિમર્યાદાનું વિશાળ બ્રહ્માંડ માત્ર 5% પૂરતું સીમિત થઇ જાય અને આપણી અજ્ઞાનતાના સિમાડાઓ 95% સુધી વિસ્તરી જાય એમ હતું.
મનમાં નોબેલ પ્રાઇઝનું ખ્વાબ જોતાંજોતાં ઝ્વીકીએ એનાં અવલોકનો પર રિસર્ચ પેપર બનાવી નાંખ્યું. થોડા સમયમાં પેપર પ્રકાશિત પણ થઇ ગયું. પરંતુ ધાર્યો રિસ્પોન્સ ના મળ્યો. તારાઓ, ગ્રહો, નક્ષત્રો, બ્લેક હોલ, ક્વેસાર, ગામા તરંગો વગેરેના અવનવા રહસ્યોનાં અભ્યાસમાં રત ખગોળભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ એ સ્વીકારવા તૈયાર જ ન હતાં કે એ લોકો જે કંઇ જોઇ રહ્યાં છે એ માત્ર 5% જ હતું. એનાં બદલે ઝ્વીકીએ જ અવલોકનો લેવામાં ક્યાંક ભૂલ કરી હશે એ વિકલ્પ સ્વીકારી લેવો એમને વધુ સરળ લાગ્યો. ઝ્વીકીની ભૂલ અવલોકનો લેવામાં નહોતી થઇ પણ ઝ્વીકીની ભૂલ એ હતી કે એ એના સમયથી જરા વહેલો પેદા થઇ ગયો હતો. ક્રાંતિકારી સંશોધન છતાં એની જોઇએ એવી નોંધ લેવાઇ નહીં. ત્યારે તો નોંધ ન લેવાઇ પણ બીજા ત્રીસ વર્ષ સુધી ન લેવાઇ.
૧૯૬૦ નું વર્ષ ચાલી રહ્યું હતું. એ સમયે ભૌતિકવિજ્ઞાન અને એમાંય ખગોળભૌતિકવિજ્ઞાન ક્ષેત્રે સ્ત્રીઓ ભાગ્યેજ કંઇક નોંધપાત્ર પ્રદાન આપતી. એવામાં એક મહિલા ખગોળભૌતિકવિજ્ઞાની વેરા રૂબીન આપણી પાડોશી આકાશગંગા દેવયાની (Andromeda) નો અભ્યાસ કરી રહ્યાં હતાં. વેરા રૂબીનનો અભ્યાસ ફ્રિટ્ઝ ઝ્વીકીની માફક ઘણીબધી આકાશગંગાઓવાળા ઝુમખા (ક્લસ્ટર) પર કેન્દ્રિત ન હતો, પરંતુ માત્ર એક આકાશગંગાની અંદર રહેલાં તારાઓનાં પરિભ્રમણ ઉપર કેન્દ્રિત હતો. દરેક આકાશગંગાની અંદર અબજો તારાઓ આવેલા હોય છે. એ તમામે તમામ તારાઓ આકાશગંગાના કેન્દ્રની આસપાસ ફરતાં હોય છે. બિલકુલ એજ રીતે આપણો સૂર્ય (અને એની સાથે આખું સૂર્યમંડળ પણ) આપણી આકાશગંગાના કેન્દ્રની આસપાસ ફરે છે.. .. અહીં સૂર્યમંડળનું જ ઉદાહરણ લઇએ. અહીં બધાં ગ્રહો સૂર્યની આસપાસ ફરે છે. સૂર્યની સૌથી નજીકનો ગ્રહ બુધ પૂરપાટ વેગે ફરીને ૮૮ દિવસમાં સૂર્યની પ્રદક્ષિણા પૂરી કરી દે છે. કારણ કે તે સૂર્યની સૌથી વધુ નજીક છે એટલે તેને ગુરૂત્વાકર્ષણ વધુ લાગે છે. ઉપરાંત નજીક હોવાના લીધે એણે સૂર્યની ફરતે અંતર ઓછું કાપવું પડે છે. એજ રીતે સૂર્યથી સૌથી દૂરનો ગ્રહ નેપ્ચ્યુન (કે લઘુગ્રહ પ્લુટો) સૂર્યની પ્રદક્ષિણા કરવામાં બસોથી અઢીસો વર્ષ લગાડી દે છે. કારણ કે તે સૂર્યની અત્યંત દૂર છે અને દૂર હોવાના લીધે એણે એક તો એને ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ ઓછું લાગે છે અને સૂર્યની ફરતે એણે અંતર ખાસ્સું વધુ કાપવું પડે છે. આમ, સ્વાભાવિક રીતે જ કેન્દ્રથી અંતર જેમ ઓછું તેમ ઝડપ વધારે અને કેન્દ્રથી અંતર જેમ વધારે તેમ ઝડપ અત્યંત ઓછી. ન્યુટનના નિયમોનું આ સીધુંસાધું પરિણામ છે. બિલકુલ સૂર્યમંડળની જેમજ આકાશગંગાના કેસમાં પણ એના કેન્દ્રની નજીકના તારાઓની ઝડપ વધારે તો છેક છેવાડા પરનાં તારાઓની ઝડપ ઓછી હોવી જોઇએ. હોવી જ જોઇએ કેમકે જો એમ ન હોય તો ન્યુટનના ગુરુત્વાકર્ષણના સમીકરણોમાં સુધારા કરવાની જરૂરિયાત ઉભી થાય.
વેરા રૂબીન દેવયાની આકાશગંગાના ઘણાબધાં તારાઓના એક પછી એક અવલોકનો લેતાં રહ્યાં. પરંતુ એમને કંઇક અણધાર્યા આંકડા મળી રહ્યાં હતાં. ગણતરીમાં ભૂલ હોવાનું અનુમાન લગાવી વેરાએ એકડે એકથી ફરી ગણતરી કરી જોઇ. સત્તાવીસ વર્ષ પહેલાં ફ્રિટ્ઝ ઝ્વીકીએ અનુભવેલા આશ્ચર્યના આંચકા હવે વેરા રૂબીન અનુભવી રહ્યાં હતાં. એનાં અવલોકનો જે ગ્રાફ બતાવી રહ્યાં હતાં એ ગ્રાફ અનુસાર આકાશગંગાના કેન્દ્રની નજીકના અને દૂરના તમામે તમામ તારાઓની ઝડપ સામાન્ય ફેરફારો બાદ કરતાં લગભગ સમાન હતી. જી હા.. કેન્દ્રની નજીકના અને દૂરના તારાઓની ઝડપ એકસરખી હતી. ફરીથી સૂર્યમંડળના ઉદાહરણના સંદર્ભમાં જોઇએ તો અત્યંત દૂરની ભ્રમણકક્ષામાંના નેપ્ચ્યુન (કે પ્લુટો) એમની ઝડપ વધારી બુધ ની ઝડપ જેટલી કરી નાંખે તો!! તો કાયદેસર એ દેમાર ઝડપે ગોફણની જેમ પોતાની ભ્રમણકક્ષામાંથી બહાર ફેંકાઇ જાય. એજ રીતે દેવયાનીના નજીકના અને છેવાડાના તારાઓ એકસરખી ઝડપે ફરતાં હોય એ માનવાલાયક લાગતું ન હતું, છતાં વેરાના અવલોકનો તો એવું જ બતાવતાં હતાં. બે ઘડી માની પણ લઇએ કે છેવાડાના તારઓ પણ પૂરપાટ ઝડપે ફરી રહ્યાં છે. પણ તો પછી એને ભ્રમણકક્ષામાંથી છુટી જતાં કોણ અટકાવશે? કયાં બળે અધધ... ઝડપ હોવા છતાં એને ભ્રમણકક્ષામાં બાંધી રાખ્યાં છે? અને આ બળ પેદા કરતો પદાર્થ ક્યાં? હવે વખત હતો ફ્રિટ્ઝ ઝ્વીકી અને એનાં ડાર્ક મેટરને યાદ કરવાનો.. વેરાના અવલોકનો પણ એ વાતની ચાડી ખાતા હતાં કે ખરેખર આવો કોઇ અદૃશ્ય પદાર્થ ત્યાં હાજર હતો જે અશક્ય કરામાતોને શક્ય બનાવતો હતો. વેરાએ પણ એનું રિસર્ચ પેપર પ્રકાશિત કર્યું. રિસર્ચ પેપર લખતી વેળા પણ આ આખીય સમસ્યાના ઉકેલ સ્વરૂપે વેરા સામે બે વિકલ્પ ખુલ્લા હતાં. એક તો વધારાનું દસેક ગણું ગુરૂત્વાકર્ષણ લગાડતો કોઇ અદૃશ્ય પદાર્થ ત્યાં મોજૂદ હતો અને એને શોધવાનો હજી બાકી છે. અથવા તો પછી બીજો વિકલ્પ એ હતો કે ન્યુટનના ગુરૂત્વાકર્ષણના નિયમોમાં સુધારાની જરૂર હતી. સૂર્યમંડળના સ્કેલ સુધી ગુરૂત્વાકર્ષણ ન્યુટનનાં સમીકરણમાં જણાવ્યાનુસાર રાબેતા મુજબ કામ કરતું હતું પણ એનાથી ઘણા મોટા, વિરાટ સ્કેલ પર એટલે કે આકાશગંગાના સ્કેલ પર ગુરૂત્વાકર્ષણ કંઇક અલગ રીતે કામ કરતું હોય એમ પણ બની શકે!! કદાચ મોટા સ્કેલ પર જૂના અને જાણીતા સમીકરણોમાં કોઇક નવું પદ ઉમેરાતુ હોય! કદાચ એ પદ વિકલ સમીકરણના સ્વરૂપનું હોય! પણ ના, ભૌતિકવિજ્ઞાન જગતના ઉચ્ચતમ સિંહાસન પર બિરાજેલા શહેનશાહ સર આઇઝેક ન્યુટનનાં નિયમોને પડકારવાની હિંમત વેરાએ કરી નહીં. એના બદલે ત્યાં ફ્રિટ્ઝ ઝ્વીકી છાપ અદૃશ્ય પદાર્થ હોવાનું એણે સ્વીકારી લીધું. આમ, વેરાના રિસર્ચ પેપર પછી ડાર્ક મેટરના સંશોધનની શુભ શરૂઆત થઇ.
