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क्या हम वर्तमान प्रौद्योगिकी के साथ डार्क मैटर के साथ बातचीत करने का कोई तरीका उत्पन्न कर सकते हैं? – लियोनार्डो एस., उम्र 13, गुआनाजुआतो, मेक्सिको
यह बहुत बढ़िया सवाल है. यह खगोल विज्ञान और भौतिकी दोनों में इस समय सबसे कठिन और आकर्षक समस्याओं में से एक है, क्योंकि वैज्ञानिकों को पता है कि डार्क मैटर नामक मायावी पदार्थ ब्रह्मांड में सभी पदार्थों का बहुमत बनाता है, हमने वास्तव में इसे कभी भी प्रत्यक्ष रूप से नहीं देखा है। डार्क मैटर के साथ बातचीत करना बहुत मुश्किल है क्योंकि यह “अंधेरा” है, जिसका अर्थ है कि यह किसी भी तरह से सीधे प्रकाश के साथ बातचीत नहीं करता है।
मैं एक भौतिक विज्ञानी हूं, और मेरे जैसे वैज्ञानिक मुख्य रूप से प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य से संकेतों की तलाश में हमारे आसपास की दुनिया का निरीक्षण करते हैं। इसलिए इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि वैज्ञानिक किस प्रकार की तकनीक का उपयोग करते हैं, डार्क मैटर की खोज में उन्हें एक ही समस्या का सामना करना पड़ता है।
हालाँकि, डार्क मैटर के साथ बातचीत करना पूरी तरह से असंभव नहीं है, क्योंकि यह सामान्य पदार्थ के साथ अन्य तरीकों से बातचीत कर सकता है जिसमें प्रकाश शामिल नहीं है। लेकिन वे अंतःक्रियाएं आम तौर पर बहुत कमजोर होती हैं। जिसे हम डार्क मैटर कहते हैं वह वास्तव में कुछ भी है जिसे हम केवल इन कमजोर अंतःक्रियाओं, विशेषकर गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से ही देख सकते हैं।
हम कैसे जानते हैं कि डार्क मैटर मौजूद है
डार्क मैटर सामान्य पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करने का एक तरीका गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से है। वास्तव में, गुरुत्वाकर्षण ही वह मुख्य कारण है जिसकी वजह से वैज्ञानिक यह भी सोचते हैं कि डार्क मैटर का अस्तित्व है।
दशकों से, वैज्ञानिक यह देख रहे हैं कि आकाशगंगाएँ पूरे ब्रह्मांड में कैसे घूमती और घूमती हैं। गुरुत्वाकर्षण तारों और आकाशगंगाओं पर उसी प्रकार कार्य करता है, जिस प्रकार यह आपको अंतरिक्ष में तैरने से रोकता है। भारी वस्तुओं का गुरुत्वाकर्षण खिंचाव अधिक होता है। इन विशाल पैमानों पर, शोधकर्ताओं ने कुछ अप्रत्याशित विचित्रताएँ देखी हैं जिन्हें अकेले गुरुत्वाकर्षण समझा नहीं सकता है।
उदाहरण के लिए, लगभग 100 साल पहले, फ्रिट्ज़ ज़्विकी नाम के एक स्विस खगोलशास्त्री ने कोमा क्लस्टर नामक आकाशगंगाओं के एक समूह का अध्ययन किया था। उन्होंने देखा कि इसके अंदर आकाशगंगाएँ बहुत तेज़ी से घूम रही थीं, इतनी तेज़ी से कि उन्हें कई लाखों साल पहले ही अलग हो जाना चाहिए था।
क्लस्टर इतने लंबे समय तक एक साथ रहने का एकमात्र तरीका यह था कि दूरबीन द्वारा देखे जाने की तुलना में गुरुत्वाकर्षण के साथ इसे एक साथ रखने के लिए बहुत अधिक पदार्थ होता। आकाशगंगाओं को एक साथ रखने के लिए आवश्यक यह अतिरिक्त पदार्थ डार्क मैटर के रूप में जाना जाने लगा।
ज़्विकी के लगभग 40 साल बाद, वेरा रुबिन नामक एक अमेरिकी खगोलशास्त्री ने सर्पिल आकाशगंगाओं के केंद्रों के चारों ओर घूमते हुए अलग-अलग तारों को देखा। उसने देखा कि सर्पिल के बाहरी किनारों पर तारे आपकी अपेक्षा से कहीं अधिक तेजी से आगे बढ़ रहे थे, यदि केवल तारों का गुरुत्वाकर्षण ही उन्हें देख सकता था जो उन्हें अंतरिक्ष अंतरिक्ष में उड़ने से रोक रहा था।
जिस प्रकार आकाशगंगाएँ समूह के चारों ओर घूमती हैं, उसी प्रकार आकाशगंगाओं के किनारों के चारों ओर तारों की गति को सबसे अच्छी तरह से समझाया जा सकता है यदि आकाशगंगाओं में हम जो देख सकते हैं उससे कहीं अधिक पदार्थ हो।
NASA, ESA, और हबल हेरिटेज टीम (STScl/AURA); आभार: के. कुक (लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी)
हाल ही में, वैज्ञानिकों ने दृश्य प्रकाश का निरीक्षण करने वाली ऑप्टिकल दूरबीनों को एक्स-रे दूरबीनों के साथ संयोजित किया है। ऑप्टिकल टेलीस्कोप आकाशगंगाओं के घूमने और घूमने की तस्वीरें ले सकते हैं। कभी-कभी, इन छवियों में आकाशगंगाएँ अपने सामने बड़े द्रव्यमान से आने वाले गुरुत्वाकर्षण के कारण विकृत या बड़ी हो जाती हैं। इस घटना को गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग कहा जाता है, जो तब होता है जब किसी बहुत भारी वस्तु के चारों ओर गुरुत्वाकर्षण इतना मजबूत होता है कि वह लेंस की तरह काम करते हुए उसके पास से गुजरने वाले प्रकाश को मोड़ देता है।
दूसरी ओर, एक्स-रे दूरबीनें आकाशगंगाओं के चारों ओर मौजूद गर्म गैसों के समूहों को देख सकती हैं। इन दो दूरबीनों के संयोजन से, खगोलविद आकाशगंगाओं के साथ-साथ उनके आस-पास की गैसों – सभी अवलोकन योग्य पदार्थों को भी देख सकते हैं। फिर, वे इन छवियों की तुलना ऑप्टिकल परिणामों से कर सकते हैं। यदि गैस के कारण होने वाली तुलना में अधिक गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग देखी जाती है, तो कहीं अधिक द्रव्यमान छिपा होना चाहिए और लेंसिंग का कारण बनना चाहिए।
नासा, ईएसए, सीएक्ससी, एम. ब्रैडैक (कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा), और एस. एलन (स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय)
हम डार्क मैटर को कैसे देख पाएंगे?
दुर्भाग्य से, यह सब खगोलविदों को केवल यह बताता है कि डार्क मैटर वहाँ होना चाहिए, न कि यह वास्तव में क्या है। डार्क मैटर के सभी साक्ष्य इस बात पर आधारित हैं कि यह बहुत बड़े पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण के साथ कैसे संपर्क करता है। वैज्ञानिकों के लिए यह अभी भी इस अर्थ में “अंधेरा” है कि इसने किसी भी माप उपकरण के साथ सीधे संपर्क नहीं किया है।
अच्छी ख़बर यह है कि ब्रह्मांड में प्रकाश और गुरुत्वाकर्षण ही एकमात्र शक्तियाँ नहीं हैं। कमजोर बल नामक बल सीधे डार्क मैटर के साथ संपर्क करने में सक्षम हो सकता है और वैज्ञानिकों को अवलोकन के लिए सीधा संकेत दे सकता है। डार्क मैटर क्या हो सकता है, इसके बारे में अधिकांश विचारों में कमजोर बल के माध्यम से इसके संपर्क की संभावना, ऊर्जा को दृश्यमान संकेतों में परिवर्तित करना शामिल है।
दूरी के सामान्य पैमानों पर कमज़ोर बल देखने योग्य नहीं है। लेकिन परमाणु के नाभिक या उससे छोटे आकार की वस्तुओं के लिए, यह एक प्रकार के उपपरमाण्विक कण को दूसरे में बदल सकता है। कमजोर बल बहुत कम दूरी पर ऊर्जा और गति को भी स्थानांतरित कर सकता है – यह मुख्य प्रभाव है जिसे वैज्ञानिक डार्क मैटर के साथ देखने की उम्मीद करते हैं। ये प्रक्रियाएं बेहद दुर्लभ हो सकती हैं, लेकिन सिद्धांत रूप में उन्हें देखना संभव होना चाहिए।
डार्क मैटर को सीधे देखने के अधिकांश प्रयोग भूमिगत डिटेक्टर में दुर्लभ कमजोर अंतःक्रियाओं के संकेतों की खोज कर रहे हैं, या गामा किरणों की खोज कर रहे हैं जिन्हें एक विशेष गामा-किरण दूरबीन में देखा जा सकता है।
किसी भी मामले में, डार्क मैटर से एक संकेत संभवतः बहुत हल्का होगा, जो एक ऐसी बातचीत से उत्पन्न होगा जिसे किसी अन्य तरीके से समझाया नहीं जा सकता है, या एक संकेत जिसका कोई अन्य संभावित स्रोत नहीं लगता है। भले ही प्रभाव हल्का हो, फिर भी इसका निरीक्षण करना संभव हो सकता है, और ऐसा कोई भी संकेत डार्क मैटर को अधिक सीधे देखने में सक्षम होने के लिए एक रोमांचक कदम होगा।
अंत में, यह गहरे भूमिगत प्रयोगों, कण कोलाइडरों और विभिन्न प्रकार की दूरबीनों से प्राप्त संकेतों का एक संयोजन हो सकता है जो अंततः वैज्ञानिकों को डार्क मैटर को अधिक सीधे देखने की सुविधा देता है। जो भी तकनीक सफल होगी, उम्मीद है कि जल्द ही हमारे ब्रह्मांड को बनाने वाला पदार्थ थोड़ा कम अंधकारमय हो जाएगा।
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