1930കളില്‍ കാള്‍ടെക്കിലെ (California Institute of Technology -CALTECH) ജ്യോതിശാസ്ത്രജ്ഞനായ ഫ്രിട്‌സ് സ്വിക്കിയാണ് ആദ്യമായി ഡാര്‍ക്ക്മാറ്ററിനെക്കുറിച്ചുള്ള ശാസ്ത്രീയ പഠനം നടത്തിയത്. നക്ഷത്ര സമൂഹങ്ങളുടെ അസാധാരണ ഭ്രമണവേഗതക്ക് കാരണം അവയിലുള്ള നക്ഷത്രങ്ങള്‍ പ്രധാനം ചെയ്യുന്ന പിണ്ഡം മാത്രമല്ലെന്നും അതിവേഗതയില്‍ കറങ്ങുന്ന ഗാലക്‌സികളുടെ സര്‍പ്പിളകരങ്ങളില്‍ നിന്ന് നക്ഷത്രങ്ങള്‍ തെറിച്ചുപോകാതിരിക്കാന്‍ തക്ക ഗുരുത്വബലം പ്രധാനം ചെയ്യാന്‍ നക്ഷത്രങ്ങള്‍ക്കവില്ലെന്നുംകണക്കുകൂട്ടിയ സ്വിക്കി ഗാലക്‌സികളില്‍ അദൃശ്യമായ മറ്റേതോ ദ്രവ്യത്തിന്റെ സാന്നിദ്ധ്യം പ്രവചിച്ചു. എന്നാല്‍ കണക്കുകൂട്ടലിലെ പിഴവാകാമെന്ന് കരുതി സ്വിക്കിയുടെ പഠനങ്ങള്‍ ശാസ്ത്രസമൂഹം അംഗീകരിച്ചില്ല. പിന്നീട് വേരാ റൂബിന്‍, ഹൊറെയ്‌സ് ബാബ്‌കോക്ക്, യാന്‍ ഊര്‍ട്ട് എന്നീ ജ്യോതിശാസ്ജ്ഞരുടെ പഠനങ്ങള്‍ കൂടി പുറത്തുവന്നതോടെ ഡാര്‍ക്ക്മാറ്ററിന്റെ അസ്തിത്വം അംഗീകരിക്കപ്പെടുകയാണുണ്ടായത്.

ശ്യാമദ്രവ്യം ശാസ്ത്രത്തിന് പിടികൊടുക്കാതെ വഴുതിമാറുകയാണ്. ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും വലതും സംവേദന ക്ഷമവുമായ ഡാര്‍ക്ക്മാറ്റര്‍ ഡിറ്റക്ടറിനുപോലും ശ്യാമദ്രവ്യത്തെ കൂട്ടിലടക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞില്ല. പ്രവര്‍ത്തനമാരംഭിച്ച് ആറു മാസത്തിന് ശേഷം ആദ്യ പരീക്ഷണ ഫലം പുറത്തുവന്നപ്പോള്‍ ലക്‌സ് (Large Underground Xenon-LUX) ഡിറ്റക്ടര്‍ പരീക്ഷണം നിരാശാജനകമാണെന്നാണ് ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ പറയുന്നത്. ഒരു ശ്യാമദ്രവ്യ കണികയെപ്പോലും കണ്ടെത്താന്‍ കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല. ഇക്കഴിഞ്ഞ മാസത്തില്‍ ക്രയോജനിക് ഡാര്‍ക്ക്മാറ്റര്‍ സെര്‍ച്ച് (CDMS) എന്ന പേരില്‍ നടത്തിയ പരീക്ഷണത്തില്‍ മൂന്ന് ശ്യാമദ്രവ്യ കണികകളെ കണ്ടെത്തിയതായി ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ അവകാശപ്പെട്ടിരുന്നു. പ്രോട്ടോണിന്റെ ഒമ്പത് മടങ്ങ് പിണ്ഡമുള്ള ശ്യാമദ്രവ്യ കണികകളെയാണ് അവര്‍ക്ക് ലഭിച്ചത്. എന്നാല്‍ ലക്‌സ് പരീക്ഷണം നിരാശാജനകമായതുകൊണ്ട് ഇഉങട പരീക്ഷണ ഫലവും തെറ്റായിരിക്കുമെന്നാണ് ഈ മേഖലയില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നവര്‍ പറയുന്നത്. കാരണം ഇഉങട പരീക്ഷണഫലം ശരിയായിരുന്നെങ്കില്‍ അതിലും ശക്തവും 20മടങ്ങ് സംവേദന ക്ഷമവുമായ ലക്‌സ് പരീക്ഷണത്തില്‍ കുറഞ്ഞത് 1600 ശ്യാമദ്രവ്യ കണികകളെയെങ്കിലും കണ്ടെത്തണമായിരുന്നു. എന്നാല്‍ ലക്‌സ് പരീക്ഷണം ആരംഭിച്ചിട്ടേയുള്ളു. അടുത്ത രണ്ട് വര്‍ഷത്തെ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ ശ്യാമദ്രവ്യ കണങ്ങളെ കണ്ടെത്താന്‍ കഴിയുമെന്നുതന്നെയാണ് ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ വിശ്വസിക്കുന്നത്.

ലക്‌സ്- (Large Underground Xenon-LUX) ഡിറ്റക്ടര്‍

ലോകത്തിന്നുവരെ നിര്‍മിച്ചിട്ടുള്ളതില്‍ ഏറ്റവും വലതും ശക്തവും സംവേദനക്ഷമവുമായ ഡാര്‍ക്ക്മാറ്റര്‍ ഡിറ്റക്ടറാണ് ലക്‌സ്. 2013 ജനുവരിയില്‍ നിര്‍മാണം പൂര്‍ത്തിയാക്കിയ ഈ ഡിറ്റക്ടര്‍ അമേരിക്കയിലെ സൗത്ത് ഡെക്കോട്ട സ്വര്‍ണ ഖനിയിലാണ് സ്ഥാപിച്ചിട്ടുള്ളത്. ഭൗമോപരിതലത്തില്‍ നിന്നും 1.6 കിലോമീറ്റര്‍ ആഴമുള്ള ഖനിയില്‍ 70,000 ഗാലന്‍ (2,64,971 ലിറ്റര്‍) ജല സംഭരണിയിലാണ് ലക്‌സ് ഉറപ്പിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഗൃഹോപയോഗ്യമായതിന്റെ 17 മടങ്ങ് ശുദ്ധീകരിച്ച ജലമാണ് സംഭരണിയിലുള്ളത്. റിവേഴ്‌സ് ഓസ്‌മോസിസ് പ്രക്രിയയിലൂടെയാണ് ജലം ശുദ്ധീകരിക്കുന്നത്.

ലക്‌സിന്റെ എഴടക്കുകളുള്ള ഭിത്തിയില്‍ ഉറപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഫോട്ടോമള്‍ട്ടിപ്ലെയര്‍ ട്യൂബുകള്‍ സവിശേഷ ശ്രദ്ധ ആകര്‍ഷിക്കുന്നവയാണ്. അപൂര്‍വങ്ങളില്‍ അത്യപൂര്‍വമായി ശ്യാമദ്രവ്യ കണികകള്‍ ഡിറ്റക്ടറിനുള്ളിലെ സീനോന്‍ ആറ്റങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയസുമായി പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനത്തിലേര്‍പ്പെടുമ്പോള്‍ ഉത്സര്‍ജ്ജിക്കുന്ന ഫോട്ടോണുകളെ, അവ ഒരെണ്ണമാണെങ്കില്‍ പോലും ഫോട്ടോമള്‍ട്ടിപ്ലെയര്‍ ട്യുബുകള്‍ പിടിച്ചെടുക്കുകയും അങ്ങനെ ശ്യാമദ്രവ്യത്തിന്റെ സാന്നിദ്ധ്യം തിരിച്ചറിയുകയും ചെയ്യും.

ജലസംഭരണിയുടെ മധ്യത്തിലാണ് ഡിറ്റക്ടര്‍ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്നത്. 20 അടി ഉയരവും 25 അടി വ്യാസവുമുള്ള ഡിറ്റക്ടറിന് ഒരു ടെലഫോണ്‍ ബൂത്തിന്റെ ആകൃതിയാണ്. പൂര്‍ണമായും വായു ശൂന്യമാക്കപ്പെട്ട ഡിറ്റക്ടറിനുള്ളില്‍ ബഹിരാകാശത്തെ അവസ്ഥയാണ് നിലനിര്‍ത്തിയിരിക്കുന്നത്. ലക്‌സിന്റെ ഫില്‍ട്രേഷന്‍ സംവിധാനത്തിലൂടെ നിരന്തരം പ്രവഹിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന ദ്രാവക സീനോണ്‍ (Liquid Xenon) ഡിറ്റക്ടറില്‍ എത്തിച്ചേരാനിടയുള്ള മറ്റെല്ലാ സൂക്ഷ്മ കണങ്ങളെയും അരിച്ചുമാറ്റിക്കൊണ്ടിരിക്കും.

കോസ്മിക് കിരണങ്ങളോടൊപ്പം സഞ്ചരിക്കുന്ന ശ്യാമദ്രവ്യ കണികകളെ കണ്ടെത്തുന്നതിനാണ് ഈ നിരീക്ഷണ കേന്ദ്രം സ്ഥാപിച്ചിട്ടുള്ളത്. ഭൗമോപരിതലത്തില്‍ ഇത്തരം നിരീക്ഷണ കേന്ദ്രങ്ങള്‍ പ്രായോഗികമല്ല. ഭൗമോപരിതലത്തിലെത്തുന്ന നിരവധി സൂക്ഷ്മകണികകളില്‍ നിന്ന് ശ്യാമദ്രവ്യ കണങ്ങളെ (Weakly Interacting Massive Particles-WIMPs) വേര്‍തിരിച്ചെടുക്കാന്‍ കഴിയാത്തതുകൊണ്ടാണ് ഇത്തരം നിരീക്ഷണകേന്ദ്രങ്ങള്‍ ഭൗമോപരിതലത്തിന് കീഴെ സ്ഥാപിക്കുന്നത്. ന്യൂട്രിനോകളെപ്പോലെതന്നെ സാധാരണ ദ്രവ്യവുമായി പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനമില്ലാത്ത കണികകള്‍ കൊണ്ടാണ് ശ്യാമദ്രവ്യവും നിര്‍മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത്. അതുകൊണ്ടുതന്നെ ന്യൂട്രീനോകളെപ്പോലെതന്നെ അനായാസമായി തടസങ്ങള്‍ തുളച്ചുകടക്കാന്‍ ഇവക്കും സാധിക്കും. ഹിഗസ്‌ബോസോണിന്റെ കണ്ടെത്തല്‍ പോലെതന്നെ പ്രാധാന്യമുള്ള പരീക്ഷണങ്ങളാണ് ലക്‌സിലും നടക്കുന്നത്. കാരണം ശ്യാമദ്രവ്യത്തെ കുറിച്ചുള്ള പഠനം കോസ്‌മോളജിയിലെ ഏറ്റവും ചൂടുപിടിച്ച വിഷയങ്ങളിലൊന്നാണ്.

എന്താണ് ഡാര്‍ക്ക്മാറ്റര്‍ ?

1930കളില്‍ കാള്‍ടെക്കിലെ (California Institute of Technology -CALTECH) ജ്യോതിശാസ്ത്രജ്ഞനായ ഫ്രിട്‌സ് സ്വിക്കിയാണ് ആദ്യമായി ഡാര്‍ക്ക്മാറ്ററിനെക്കുറിച്ചുള്ള ശാസ്ത്രീയ പഠനം നടത്തിയത്. നക്ഷത്ര സമൂഹങ്ങളുടെ അസാധാരണ ഭ്രമണവേഗതക്ക് കാരണം അവയിലുള്ള നക്ഷത്രങ്ങള്‍ പ്രധാനം ചെയ്യുന്ന പിണ്ഡം മാത്രമല്ലെന്നും അതിവേഗതയില്‍ കറങ്ങുന്ന ഗാലക്‌സികളുടെ സര്‍പ്പിളകരങ്ങളില്‍ നിന്ന് നക്ഷത്രങ്ങള്‍ തെറിച്ചുപോകാതിരിക്കാന്‍ തക്ക ഗുരുത്വബലം പ്രധാനം ചെയ്യാന്‍ നക്ഷത്രങ്ങള്‍ക്കവില്ലെന്നുംകണക്കുകൂട്ടിയ സ്വിക്കി ഗാലക്‌സികളില്‍ അദൃശ്യമായ മറ്റേതോ ദ്രവ്യത്തിന്റെ സാന്നിദ്ധ്യം പ്രവചിച്ചു. എന്നാല്‍ കണക്കുകൂട്ടലിലെ പിഴവാകാമെന്ന് കരുതി സ്വിക്കിയുടെ പഠനങ്ങള്‍ ശാസ്ത്രസമൂഹം അംഗീകരിച്ചില്ല. പിന്നീട് വേരാ റൂബിന്‍, ഹൊറെയ്‌സ് ബാബ്‌കോക്ക്, യാന്‍ ഊര്‍ട്ട് എന്നീ ജ്യോതിശാസ്ജ്ഞരുടെ പഠനങ്ങള്‍ കൂടി പുറത്തുവന്നതോടെ ഡാര്‍ക്ക്മാറ്ററിന്റെ അസ്തിത്വം അംഗീകരിക്കപ്പെടുകയാണുണ്ടായത്.

ഇലക്‌ട്രോണുകള്‍, ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ എന്നിവകൊണ്ട് സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ള സാധാരണ ദ്രവ്യവുമായി (Baryonic Matter) വളരെ ദുര്‍ബലമായി മാത്രം പ്രതിപ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നതും (Weakly Interacting Massive Particles-WIMPs) വൈദ്യുത പരമായി നിര്‍വീര്യവുമായ കണികകള്‍ കൊണ്ടാണ് ശ്യാമദ്രവ്യം നിര്‍മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത്. ഒരു ഇലക്‌ട്രോണിന്റെ പിണ്ഡത്തിന്റെ പത്ത് ലക്ഷത്തില്‍ ഒരു ഭാഗം മാത്രമാണ് ഈ കണങ്ങളുടെ ഭാരം. ഇവയുടെ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തന ശേഷിയാവട്ടെ ഇലക്‌ട്രോണിന്റെ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനശേഷിയുടെ ആയിരംകോടിയില്‍ ഒരു ഭാഗം മാത്രവും! ശ്യാമദ്രവ്യത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന കണികകളെ പൊതുവെ ആക്‌സിയോണുകള്‍ (Axions) എന്നാണ് വിളിക്കുന്നത്. ഇവയുടെ പിണ്ഡം 0.00001 ലഢ ആണെന്നുംകണക്കാക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. പ്രകാശ ക്വാണ്ടമായ ഫോട്ടോണ്‍, ഗുരുത്വ ക്വാണ്ടമായ ഗ്രാവിറ്റോണ്‍ എന്നീ ബോസോണുകളുടെ കൗണ്ടര്‍പാര്‍ട്ടായ ഫോട്ടിനോ, ഗ്രാവിറ്റിനോ, അതുമല്ലെങ്കില്‍ ഇവ കൂടിചേര്‍ന്ന മറ്റൊരു കണമോ ശ്യാമദ്രവ്യത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന കണമാകാന്‍ സാധ്യതയുണ്ടെന്ന് വാദിക്കുന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞരുമുണ്ട്. പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനശേഷിയനുസരിച്ച് ഡാര്‍ക്ക്മാറ്ററിനെ കോള്‍ഡ്, വാം, ഹോട്ട് എന്നിങ്ങനെ മൂന്നായി വര്‍ഗീകരിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഇവയില്‍ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനശേഷി കുറഞ്ഞ കോള്‍ഡ് ഡാര്‍ക്ക്മാറ്ററാണ് (CDM) ആധിപത്യം പുലര്‍ത്തുന്നത്.

പ്രപഞ്ചോല്‍പ്പത്തിയുടെ ആദ്യ നിമിഷങ്ങളിലെ ഉന്നത താപനിലയിലും മര്‍ദത്തിലും നിറഞ്ഞുനിന്ന അതാര്യമായ പ്ലാസ്മയിലെ തീവ്ര വികിരണങ്ങള്‍ സാധാരണ ദ്രവ്യരൂപീകരണത്തിന് തടസമായിനിന്നു. എന്നാല്‍ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തന ശേഷിയില്ലാത്ത ശ്യാമദ്രവ്യത്തിന്റെ രൂപീകരണം അനായാസമായി നടക്കുകയും പ്രപഞ്ചോല്‍പ്പത്തിയെ തുടര്‍ന്ന് 3,80,000 വര്‍ഷങ്ങള്‍ ഈ അവസ്ഥ തുടരുകയുംചെയ്തു. പിന്നീട് പ്ലാസ്മ തണുക്കാനാരംഭിച്ചതോടെയാണ് സാധാരണ ദ്രവ്യം സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നത്. അപ്പോഴേക്കും ശ്യാമദ്രവ്യം പ്രപഞ്ചമാകെ വ്യാപിക്കുകയും പ്രപഞ്ചവികാസത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന മുഖ്യ ഗുരുത്വബലമായി മാറുകയും ചെയ്തു. ശ്യാമദ്രവ്യത്തിന്റെ ഗുരുത്വബലം ശൈശവ പ്രപഞ്ചത്തിലെ നക്ഷത്രസമൂഹങ്ങളെ ബന്ധിപ്പിച്ചുനിര്‍ത്തിയിരുന്നില്ലെങ്കില്‍ ഗ്രഹരൂപീകരണമോ അവയില്‍ ജീവനോ ഉണ്ടാകുമായിരുന്നില്ല.

വിദൂരഗാലക്‌സികളില്‍ നിന്നും വരുന്ന പ്രകാശ കിരണങ്ങള്‍ സ്‌പേസിലുള്ള ഡാര്‍ക്ക്മാറ്ററിന്റെ ഗുരുത്വബലം കാരണം വക്രീകരിക്കപ്പെടുകയും അതുവഴി ഗാലക്‌സികളുടെ ഒന്നിലധികം അയഥാര്‍ഥ പ്രതിബിംബങ്ങള്‍ സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യും. 'ഗ്രാവിറ്റേഷണല്‍ ലെന്‍സിംഗ്' എന്നാണി പ്രതിഭാസം അറിയപ്പെടുന്നത്. ഒരു ഫിഷ്ടാങ്കിലേക്ക് നോക്കുന്ന നിരീക്ഷകന് അതിനുള്ളിലെ വസ്തുക്കള്‍ ദൃശ്യമാകുമെങ്കിലും അവയുടെ സ്ഥാനത്തെ കുറിച്ച് അവ്യക്തതയുണാകുന്നതിന് തുല്യമാണിത്. ഗാലക്‌സികളുടെ പ്രതിബിംബങ്ങളുടെ ലൈറ്റ് പാറ്റേണുകള്‍ അപഗ്രഥിച്ചാണ് ജ്യോതിശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ അവയുടെ സ്ഥാനവും രൂപവും അകലവുമെല്ലാം കണക്കുകൂട്ടുന്നത്. കൂടാതെ പ്രകാശ വക്രീകരണത്തിന്റെ തോത് കണക്കുകൂട്ടി ഡാര്‍ക്ക് മാറ്റര്‍ വിന്യാസത്തിന്റെ സാന്ദ്രതയും കണ്ടെത്താന്‍ കഴിയും. ലഭ്യമായ ഏറ്റവും പുതിയ വിവരത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തില്‍ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ 26.8 ശതമാനവും ശ്യാമദ്രവ്യമാണ്. ഗാലക്‌സികളും നക്ഷത്രാന്തര ധൂളിയും വാതക പടലങ്ങളുമെല്ലാമടങ്ങുന്ന സാധാരണ ദ്രവ്യം കേവലം 4.9 ശതമാനം മാത്രമെയുള്ളു!

ഒരു കോടി ഡോളറാണ് ലക്‌സ് ഡിറ്റക്ടറിന്റെ നിര്‍മാണത്തിനായി ചെലവായത്. നിരീക്ഷണ കേന്ദ്രത്തിന്റെ പ്രവര്‍ത്തനം തുടരുന്നതോടെ ചെലവ് ഇനിയുമേറെ വര്‍ധിക്കും. എന്നാല്‍ ലക്‌സ് നല്‍കാനൊരുങ്ങുന്നത് ഈ പ്രപഞ്ചത്തോളം പ്രായമായ ചോദ്യങ്ങള്‍ക്കുള്ള ഉത്തരമാകുമ്പോള്‍ ആ ചെലവുകള്‍ നിസ്സാരമാണ്.