નાસાએ એવી રીતનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો છે કે ડાર્ક મેટરના પ્રભાવને સીધો અવલોકન કરી શકાય

આ કલાકારનું રેન્ડરીંગ આપણી પોતાની આકાશગંગા અને તેના કેન્દ્રિય પટ્ટીનું દૃશ્ય દર્શાવે છે કારણ કે તે ઉપરથી જોવામાં આવે તો દેખાઈ શકે છે. ક્રેડિટ: NASA/JPL-Caltech/R. હર્ટ (SSC)

સૂર્યમંડળમાં ડાર્ક મેટર કેવી રીતે માપી શકાય છે

ના ચિત્રો દૂધ ગંગા કેન્દ્રમાંથી બહાર નીકળતા સર્પાકાર પેટર્નમાં ગોઠવાયેલા અબજો તારાઓ બતાવો, વચ્ચે પ્રકાશિત ગેસ સાથે. પરંતુ આપણી આંખો આપણી આકાશગંગાને એકસાથે રાખેલી સપાટીની જ ઝલક જોઈ શકે છે. આપણી આકાશગંગાનો લગભગ 95 ટકા દળ અદ્રશ્ય છે અને તે પ્રકાશ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતું નથી. તે શ્યામ પદાર્થ તરીકે ઓળખાતા રહસ્યમય પદાર્થથી બનેલું છે, જે ક્યારેય સીધું માપવામાં આવ્યું નથી.

હવે, એક નવો અભ્યાસ ગણતરી કરે છે કે ડાર્ક મેટરનું ગુરુત્વાકર્ષણ આપણા સૌરમંડળમાં અવકાશયાન અને દૂરના ધૂમકેતુઓ સહિતની વસ્તુઓને કેવી રીતે અસર કરે છે. તે એવી રીતે પણ પ્રસ્તાવિત કરે છે કે ભવિષ્યના પ્રયોગ સાથે ડાર્ક મેટરનો પ્રભાવ સીધો જોઈ શકાય. લેખ માં પ્રકાશિત થયેલ છે રોયલ એસ્ટ્રોનોમિકલ સોસાયટીની માસિક સૂચનાઓ.

અભ્યાસના સહ-લેખક અને સલાહકાર જિમ ગ્રીને જણાવ્યું હતું કે, "અમે આગાહી કરી રહ્યા છીએ કે જો તમે સૌરમંડળમાં પૂરતા પ્રમાણમાં બહાર નીકળો છો, તો તમારી પાસે ખરેખર શ્યામ પદાર્થના બળને માપવાનું શરૂ કરવાની તક છે." નાસામુખ્ય વૈજ્ઞાનિકનું કાર્યાલય. "તે કેવી રીતે કરવું અને અમે તે ક્યાં કરીશું તેનો આ પ્રથમ વિચાર છે."

અમારા બેકયાર્ડમાં ડાર્ક મેટર

અહીં પૃથ્વી પર, આપણા ગ્રહનું ગુરુત્વાકર્ષણ આપણને આપણી ખુરશીઓમાંથી ઉડતા અટકાવે છે, અને સૂર્યનું ગુરુત્વાકર્ષણ આપણા ગ્રહને 365-દિવસના શેડ્યૂલ પર ફરતા રાખે છે. પરંતુ અવકાશયાન સૂર્યથી જેટલું દૂર ઉડે છે, તેટલું ઓછું તે સૂર્યના ગુરુત્વાકર્ષણનો અનુભવ કરે છે, અને વધુ તે ગુરુત્વાકર્ષણનો એક અલગ સ્ત્રોત અનુભવે છે: બાકીની ગેલેક્સીમાંથી જે પદાર્થ છે, જે મોટે ભાગે શ્યામ પદાર્થ છે. આકાશગંગાના 100 અબજ તારાઓનો સમૂહ આકાશગંગાના શ્યામ દ્રવ્યની સામગ્રીના અંદાજની તુલનામાં ઓછા છે.

સૌરમંડળમાં શ્યામ પદાર્થના પ્રભાવને સમજવા માટે, અભ્યાસના મુખ્ય લેખક એડવર્ડ બેલબ્રુનોએ "ગેલેક્ટીક ફોર્સ" ની ગણતરી કરી, જે સમગ્ર આકાશગંગામાંથી શ્યામ પદાર્થ સાથે જોડાયેલી સામાન્ય દ્રવ્યનું એકંદર ગુરુત્વાકર્ષણ બળ છે. તેમણે જોયું કે સૌરમંડળમાં, આ બળનો લગભગ 45 ટકા શ્યામ પદાર્થ છે અને 55 ટકા સામાન્ય, કહેવાતા "બેરિયોનિક દ્રવ્ય"માંથી છે. આ સૂર્યમંડળમાં શ્યામ દ્રવ્યના સમૂહ અને સામાન્ય દ્રવ્ય વચ્ચે આશરે અડધો ભાગનું વિભાજન સૂચવે છે.

"સામાન્ય દ્રવ્યના કારણે બળની સરખામણીમાં આપણા સૌરમંડળમાં શ્યામ દ્રવ્યને કારણે ગેલેક્ટીક બળના પ્રમાણમાં ઓછા યોગદાનથી હું થોડો આશ્ચર્ય પામ્યો," બેલ્બ્રુનો, ગણિતશાસ્ત્રી અને ખગોળ ભૌતિકશાસ્ત્રી જણાવ્યું હતું. પ્રિન્સટન યુનિવર્સિટી અને યેશિવા યુનિવર્સિટી. "આ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવ્યું છે કે મોટાભાગના શ્યામ પદાર્થ આપણા સૂર્યમંડળથી દૂર, આપણી આકાશગંગાના બાહ્ય ભાગોમાં છે."

શ્યામ દ્રવ્યનો "પ્રભામંડળ" તરીકે ઓળખાતો મોટો પ્રદેશ આકાશગંગાને ઘેરી લે છે અને આકાશગંગાના શ્યામ પદાર્થની સૌથી મોટી સાંદ્રતા દર્શાવે છે. પ્રભામંડળમાં કોઈ સામાન્ય બાબત નથી. જો સૂર્યમંડળ આકાશગંગાના કેન્દ્રથી વધુ અંતરે સ્થિત હોત, તો તે આકાશગંગાના બળમાં શ્યામ દ્રવ્યના મોટા પ્રમાણની અસરો અનુભવશે કારણ કે તે ડાર્ક મેટર પ્રભામંડળની નજીક હશે, લેખકોએ જણાવ્યું હતું.

આ કલાકારની કલ્પનામાં, નાસાના વોયેજર 1 અવકાશયાનમાં સૌરમંડળનું પક્ષી-આંખનું દૃશ્ય છે. વર્તુળો મુખ્ય બાહ્ય ગ્રહોની ભ્રમણકક્ષાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે: ગુરુ, શનિ, યુરેનસ અને નેપ્ચ્યુન. 1977 માં લોન્ચ કરાયેલ, વોયેજર 1 એ ગુરુ અને શનિ ગ્રહોની મુલાકાત લીધી હતી. અવકાશયાન હવે પૃથ્વીથી 14 અબજ માઇલથી વધુ દૂર છે, જે તેને અત્યાર સુધીની સૌથી દૂરની માનવ નિર્મિત વસ્તુ બનાવે છે. વાસ્તવમાં, વોયેજર 1 હવે ઇન્ટરસ્ટેલર સ્પેસ દ્વારા ઝૂમ કરી રહ્યું છે, તારાઓ વચ્ચેનો વિસ્તાર કે જે ગેસ, ધૂળ અને મૃત્યુ પામતા તારાઓમાંથી રિસાયકલ કરાયેલ સામગ્રીથી ભરેલો છે. ક્રેડિટ: NASA, ESA, અને G. Bacon (STScI)

શ્યામ પદાર્થ અવકાશયાનને કેવી રીતે પ્રભાવિત કરી શકે છે

ગ્રીન અને બેલ્બ્રુનો આગાહી કરે છે કે ડાર્ક મેટરનું ગુરુત્વાકર્ષણ એ બધા અવકાશયાન સાથે સહેજ સંપર્ક કરે છે કે જે નાસાએ સૌરમંડળમાંથી બહાર નીકળતા માર્ગો પર મોકલ્યા છે, નવા અભ્યાસ મુજબ.

"જો અવકાશયાન શ્યામ દ્રવ્યમાંથી લાંબા સમય સુધી આગળ વધે છે, તો તેમની ગતિ બદલાય છે, અને ભવિષ્યના ચોક્કસ મિશન માટે મિશન આયોજન માટે આ ધ્યાનમાં લેવું મહત્વપૂર્ણ છે," બેલ્બ્રુનોએ કહ્યું.

આવા અવકાશયાનમાં અનુક્રમે 10 અને 11 માં લોન્ચ કરાયેલા નિવૃત્ત પાયોનિયર 1972 અને 1973 પ્રોબ્સનો સમાવેશ થઈ શકે છે; વોયેજર 1 અને 2 પ્રોબ્સ જે 40 વર્ષથી વધુ સમયથી અન્વેષણ કરી રહ્યાં છે અને ઇન્ટરસ્ટેલર અવકાશમાં પ્રવેશ્યા છે; અને ન્યુ હોરાઇઝન્સ અવકાશયાન જે ઉડાન ભરી છે પ્લુટો અને ક્યુપર બેલ્ટમાં અરોકોથ.

પરંતુ તે એક નાની અસર છે. અબજો માઇલની મુસાફરી કર્યા પછી, પાયોનિયર 10 જેવા અવકાશયાનનો માર્ગ શ્યામ પદાર્થના પ્રભાવને કારણે માત્ર 5 ફૂટ (1.6 મીટર) જેટલો વિચલિત થશે. "તેઓ શ્યામ પદાર્થની અસર અનુભવે છે, પરંતુ તે એટલું નાનું છે, અમે તેને માપી શકતા નથી," ગ્રીને કહ્યું.

ગેલેક્ટીક ફોર્સ ક્યાં કબજે કરે છે?

સૂર્યથી ચોક્કસ અંતરે, ગેલેક્ટીક બળ સૂર્યના ખેંચાણ કરતાં વધુ શક્તિશાળી બને છે, જે સામાન્ય પદાર્થથી બનેલું છે. બેલ્બ્રુનો અને ગ્રીને ગણતરી કરી કે આ સંક્રમણ લગભગ 30,000 ખગોળીય એકમો અથવા પૃથ્વીથી સૂર્યના અંતરના 30,000 ગણા અંતરે થાય છે. તે પ્લુટોના અંતરથી આગળ છે, પરંતુ હજુ પણ ઉર્ટ ક્લાઉડની અંદર છે, લાખો ધૂમકેતુઓનો સમૂહ જે સૌરમંડળની આસપાસ છે અને 100,000 ખગોળીય એકમો સુધી વિસ્તરે છે.

આનો અર્થ એ થયો કે શ્યામ પદાર્થનું ગુરુત્વાકર્ષણ 'ઓમુઆમુઆ, સિગાર-આકારના ધૂમકેતુ અથવા એસ્ટરોઇડ જેવા પદાર્થોના માર્ગમાં ભૂમિકા ભજવી શકે છે જે અન્ય તારામંડળમાંથી આવ્યા હતા અને 2017 માં આંતરિક સૌરમંડળમાંથી પસાર થયા હતા. તેની અસામાન્ય રીતે ઝડપી ગતિ સમજાવી શકાય છે. શ્યામ પદાર્થનું ગુરુત્વાકર્ષણ તેના પર લાખો વર્ષોથી દબાણ કરે છે, લેખકો કહે છે.

જો સૂર્યમંડળની બહારના ભાગમાં કોઈ વિશાળ ગ્રહ હોય, તો એક કાલ્પનિક પદાર્થ કહેવાય છે. પ્લેનેટ 9 અથવા પ્લેનેટ X તાજેતરના વર્ષોમાં વૈજ્ઞાનિકો શોધી રહ્યા છે કે ડાર્ક મેટર તેની ભ્રમણકક્ષાને પણ પ્રભાવિત કરશે. ગ્રીન અને બેલ્બ્રુનો લખે છે કે જો આ ગ્રહ અસ્તિત્વમાં છે, તો ડાર્ક મેટર કદાચ તેને તે વિસ્તારથી દૂર પણ ધકેલશે જ્યાં વૈજ્ઞાનિકો હાલમાં તેને શોધી રહ્યા છે. શ્યામ દ્રવ્યને કારણે પણ ઉર્ટ ક્લાઉડના કેટલાક ધૂમકેતુઓ સૂર્યની ભ્રમણકક્ષામાંથી એકસાથે છટકી ગયા હોઈ શકે છે.

શું શ્યામ પદાર્થનું ગુરુત્વાકર્ષણ માપી શકાય?

સૂર્યમંડળમાં શ્યામ પદાર્થની અસરોને માપવા માટે, અવકાશયાનને તેટલી દૂર મુસાફરી કરવી જરૂરી નથી. 100 ખગોળશાસ્ત્રીય એકમોના અંતરે, યોગ્ય પ્રયોગ સાથેનું અવકાશયાન ખગોળશાસ્ત્રીઓને શ્યામ પદાર્થના પ્રભાવને સીધું માપવામાં મદદ કરી શકે છે, ગ્રીન અને બેલ્બ્રુનોએ જણાવ્યું હતું.

ખાસ કરીને, રેડિયોઆઇસોટોપ પાવરથી સજ્જ અવકાશયાન, એક તકનીક જેણે પાયોનિયર 10 અને 11, વોયેજર્સ અને ન્યૂ હોરાઇઝનને સૂર્યથી ખૂબ દૂર ઉડવાની મંજૂરી આપી છે, તે આ માપન કરી શકે છે. આવા અવકાશયાન પ્રતિબિંબીત બોલ લઈ જઈ શકે છે અને તેને યોગ્ય અંતરે છોડી શકે છે. બોલ માત્ર આકાશગંગાના દળોનો અનુભવ કરશે, જ્યારે અવકાશયાન તેના પાવર સિસ્ટમમાં ક્ષીણ થતા કિરણોત્સર્ગી તત્વના થર્મલ બળનો અનુભવ કરશે, ગેલેક્ટીક દળો ઉપરાંત. થર્મલ ફોર્સને બાદ કરીને, સંશોધકો પછી જોઈ શકે છે કે ગેલેક્ટીક ફોર્સ કેવી રીતે બોલ અને અવકાશયાનના સંબંધિત માર્ગમાં વિચલનો સાથે સંબંધિત છે. તે વિચલનોને લેસર વડે માપવામાં આવશે કારણ કે બે વસ્તુઓ એક બીજાની સમાંતર ઉડે છે.

ઈન્ટરસ્ટેલર પ્રોબ નામનો પ્રસ્તાવિત મિશન કોન્સેપ્ટ, જેનો ઉદ્દેશ્ય સૂર્યથી લગભગ 500 ખગોળશાસ્ત્રીય એકમોમાં પ્રવાસ કરવાનો છે અને તે અજાણ્યા વાતાવરણનું અન્વેષણ કરે છે, તે આવા પ્રયોગની એક શક્યતા છે.

વિશાળ ગેલેક્સી ક્લસ્ટર Cl 0024+17 (ZwCl 0024+1652)ના હબલમાંથી બે દૃશ્યો બતાવવામાં આવ્યા છે. ડાબી બાજુએ દૃશ્યમાન-પ્રકાશમાં દૃશ્ય છે, જેમાં પીળાશ પડતા તારાવિશ્વો વચ્ચે વિષમ દેખાતા વાદળી ચાપ દેખાય છે. આ ક્લસ્ટરની ખૂબ પાછળ સ્થિત તારાવિશ્વોની વિસ્તૃત અને વિકૃત છબીઓ છે. ગુરુત્વાકર્ષણ લેન્સિંગ તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયામાં ક્લસ્ટરની અપાર ગુરુત્વાકર્ષણ દ્વારા તેમનો પ્રકાશ વળેલો અને વિસ્તૃત થાય છે. જમણી બાજુએ, શ્યામ પદાર્થ તરીકે ઓળખાતી અદ્રશ્ય સામગ્રીના સ્થાનને દર્શાવવા માટે વાદળી છાંયો ઉમેરવામાં આવ્યો છે જે જોવામાં આવતા ગુરુત્વાકર્ષણના લેન્સવાળી તારાવિશ્વોની પ્રકૃતિ અને સ્થાન માટે ગણિતીય રીતે જરૂરી છે. ક્રેડિટ: NASA, ESA, MJ Jee અને H. Ford (Johns Hopkins University)

ડાર્ક મેટર વિશે વધુ

તારાવિશ્વોમાં છુપાયેલા સમૂહ તરીકે ડાર્ક મેટર સૌપ્રથમ 1930 ના દાયકામાં ફ્રિટ્ઝ ઝ્વીકી દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું. પરંતુ આ વિચાર 1960 અને 1970 ના દાયકા સુધી વિવાદાસ્પદ રહ્યો, જ્યારે વેરા સી. રુબિન અને સહકર્મીઓએ પુષ્ટિ કરી કે તેમના આકાશ ગંગા કેન્દ્રોની આસપાસના તારાઓની ગતિ ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમોનું પાલન કરશે નહીં જો માત્ર સામાન્ય બાબત સામેલ હોય. આપણા જેવા સર્પાકાર તારાવિશ્વોની બહારના ભાગમાં આવેલા તારાઓ જેટલા ઝડપથી ફરે છે તેટલા જ ઝડપથી કેમ ચાલે છે તે માત્ર દળનો એક વિશાળ છુપાયેલ સ્ત્રોત જ સમજાવી શકે છે.

આજે, શ્યામ પદાર્થની પ્રકૃતિ એ તમામ ખગોળ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં સૌથી મોટું રહસ્ય છે. જેવી શક્તિશાળી વેધશાળાઓ હબલ સ્પેસ ટેલિસ્કોપ અને ચંદ્ર એક્સ-રે ઓબ્ઝર્વેટરીએ વૈજ્ઞાનિકોને બ્રહ્માંડમાં મોટા પ્રમાણમાં શ્યામ પદાર્થના પ્રભાવ અને વિતરણને સમજવામાં મદદ કરી છે. હબલે ઘણી તારાવિશ્વોનું અન્વેષણ કર્યું છે જેનું શ્યામ દ્રવ્ય "" નામની અસરમાં ફાળો આપે છે.લેન્સિંગ,” જ્યાં ગુરુત્વાકર્ષણ અવકાશને જ વાળે છે અને વધુ દૂરની તારાવિશ્વોની છબીઓને વિસ્તૃત કરે છે.

ખગોળશાસ્ત્રીઓ અત્યાધુનિક ટેલિસ્કોપ્સના નવા સેટ સાથે કોસમોસમાં ડાર્ક મેટર વિશે વધુ શીખશે. નાસાના જેમ્સ વેબ વેબ સ્પેસ ટેલિસ્કોપ, જે 25 ડિસેમ્બર, 2021 ના ​​રોજ લોન્ચ કરવામાં આવ્યું હતું, તે આકાશગંગાની છબીઓ અને અન્ય ડેટા લઈને અને તેમની લેન્સિંગ અસરોનું અવલોકન કરીને ડાર્ક મેટર વિશેની અમારી સમજણમાં ફાળો આપશે. NASA નું નેન્સી ગ્રેસ રોમન સ્પેસ ટેલિસ્કોપ, જે 2020 ના દાયકાના મધ્યમાં લોન્ચ થવાનું છે, તેના આકાર અને વિતરણ પર શ્યામ પદાર્થના પ્રભાવને જોવા માટે એક અબજ કરતાં વધુ તારાવિશ્વોનું સર્વેક્ષણ કરશે.

યુરોપિયન સ્પેસ એજન્સીનું આગામી યુક્લિડ મિશન, જેમાં NASAનું યોગદાન છે, તે શ્યામ પદાર્થ અને શ્યામ ઊર્જાને પણ લક્ષ્ય બનાવશે, લગભગ 10 અબજ વર્ષોના સમયગાળામાં જ્યારે શ્યામ ઊર્જાએ બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને ઝડપી બનાવવાનું શરૂ કર્યું હતું. અને વેરા સી. રુબિન ઓબ્ઝર્વેટરી, નેશનલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશન, ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી, અને અન્યના સહયોગથી, જે ચિલીમાં નિર્માણાધીન છે, તે શ્યામ પદાર્થના સાચા સારનાં આ પઝલમાં મૂલ્યવાન ડેટા ઉમેરશે.

પરંતુ આ શક્તિશાળી સાધનો આપણા સૌરમંડળની તુલનામાં મોટા અંતર પર શ્યામ દ્રવ્યની મજબૂત અસરોને જોવા માટે રચાયેલ છે, અને ખૂબ દૂર છે, જ્યાં શ્યામ પદાર્થનો પ્રભાવ ખૂબ જ નબળો છે.

"જો તમે તેને શોધવા માટે ત્યાં અવકાશયાન મોકલી શકો, તો તે એક મોટી શોધ હશે," બેલ્બ્રુનોએ કહ્યું.

સંદર્ભ: એડવર્ડ બેલબ્રુનો અને જેમ્સ ગ્રીન દ્વારા, 4 જાન્યુઆરી 2022, "સૌરમંડળમાંથી બહાર નીકળતી વખતે: ડાર્ક મેટર મેઝ એ ડિફરન્સ" રોયલ એસ્ટ્રોનોમિકલ સોસાયટીની માસિક સૂચનાઓ.
DOI: 10.1093/mnras/stab3781