মহাবিশ্বের সমস্ত পদার্থের প্রায় ৮৪ শতাংশই কোনো আলো নির্গমন, শোষণ বা প্রতিফলন করে না: এটি হলো শীতল ডার্ক ম্যাটার বা অদৃশ্য বস্তু (Cold Dark Matter)। ১৯৩৩ সালে ফ্রিটজ জুইকি কোমা গ্যালাক্সি ক্লাস্টারের গতিবিধি পর্যবেক্ষণ করে প্রথম এর উপস্থিতি অনুমান করেন এবং ১৯৭০-এর দশকে ভেরা রুবিনের সর্পিলাকার গ্যালাক্সির ঘূর্ণন পর্যবেক্ষণ একে বৈজ্ঞানিকভাবে প্রতিষ্ঠিত করে। ডার্ক ম্যাটার হলো মহাবিশ্বের অদৃশ্য মহাকর্ষীয় ভারা (Scaffolding)—যা না থাকলে সৃষ্টির শুরুতে সাধারণ পদার্থ কখনো জমাট বেঁধে গ্যালাক্সি গঠন করতে পারতো না।

১. গ্যালাক্সির সমতল ঘূর্ণন বক্ররেখা

কেপলার ও নিউটনের সূত্র অনুসারে সৌরজগতের মতো গ্যালাক্সির কেন্দ্র থেকে দূরবর্তী নক্ষত্রের বেগ দূরত্বের বর্গমূলের ব্যস্তানুপাতে হ্রাস পাওয়ার কথা ছিল ($v propto r^{-1/2}$)। কিন্তু ভেরা রুবিন গ্যালাক্সির প্রান্তসীমার নিরপেক্ষ হাইড্রোজেন গ্যাসের গতিবেগ মেপে আবিষ্কার করেন যে নক্ষত্রগুলোর বেগ হ্রাস না পেয়ে সম্পূর্ণ সমতল বা স্থির ($v approx text{ধ্রুবক}$) রয়ে গেছে!

এই গতি বজায় রাখতে হলে দূরত্বের সাথে সাথে মোট ভর আনুপাতিক হারে বাড়তে হবে ($M(r) propto r$):

rho_{text{DM}}(r) propto r^{-2}

সুপারকম্পিউটার সিমুলেশন দেখায় যে ডার্ক ম্যাটার প্রতিটি গ্যালাক্সির চারপাশে একটি সুবিশাল গোলকীয় মেঘ বা হ্যালো তৈরি করে, যা নাভারো-ফ্রেঙ্ক-হোয়াইট (NFW) প্রোফাইল মেনে চলে:

rho(r) = frac{rho_0}{left(frac{r}{r_s}right) left(1 + frac{r}{r_s}right)^2}

২. মহাকর্ষীয় লেন্সিং ও বুলেট ক্লাস্টারের অকাট্য প্রমাণ

মডিফাইড নিউটনিয়ান ডায়নামিক্স (MOND)-এর মতো তত্ত্বগুলো দাবি করেছিল যে মহাবিশ্বে কোনো অদৃশ্য বস্তু নেই, বরং দুর্বল ক্ষেত্রে মহাকর্ষের সূত্র বদলে যায়। কিন্তু ২০০৬ সালে বুলেট ক্লাস্টার (Bullet Cluster 1E 0657-56) নামক দুটি বিশাল গ্যালাক্সি ক্লাস্টারের মুখোমুখি সংঘর্ষ এই দাবিকে চিরতরে নাকচ করে দেয়:

  • সাধারণ গ্যাস (এক্স-রে আলো): ক্লাস্টারের ৯০% সাধারণ পদার্থ হলো উত্তপ্ত প্লাজমা গ্যাস। সংঘর্ষের সময় গ্যাসীয় মেঘগুলো পরস্পরের সাথে ঘর্ষণে লিপ্ত হয়ে গতি হারিয়ে কেন্দ্রের কাছে থেমে যায়।
  • নক্ষত্র ও গ্যালাক্সি: নক্ষত্রগুলোর মধ্যবর্তী স্থান শূন্য হওয়ায় তারা সংঘর্ষহীনভাবে একে অপরকে অতিক্রম করে চলে যায়।
  • মহাকর্ষীয় লেন্সিং: পেছনের গ্যালাক্সিগুলোর আলোর মহাকর্ষীয় বাঁক মেপে বিজ্ঞানীরা দেখেন যে ক্লাস্টারের আসল ভর গ্যাসের সাথে নয়, বরং গ্যাসকে ফেলে সংঘর্ষহীন নক্ষত্রগুলোর সাথে আরও বহুদূরে এগিয়ে গেছে!

এই স্থানিক ব্যবধান প্রমাণ করে যে ডার্ক ম্যাটার কোনো গাণিতিক বিভ্রান্তি নয়, বরং একটি বাস্তব ও সংঘর্ষহীন ভৌত কণা।

৩. ডার্ক ম্যাটারের কণা প্রার্থী: উইম্প বনাম অ্যাক্সিয়ন

যেহেতু বিগ ব্যাং নিউক্লিওসিন্থেসিস সাধারণ ব্যারিয়নের পরিমাণ কঠোরভাবে সীমাবদ্ধ করে দেয়, তাই ডার্ক ম্যাটার অবশ্যই কোনো অ-ব্যারিয়নিক মৌলিক কণা:

  • উইম্প (WIMP): দুর্বল বলের মিথস্ক্রিয়াকারী ভারী কণা ($১০ – ১০০০text{ GeV}$)। আদি মহাবিশ্বের তাপীয় সাম্যাবস্থা থেকে উইম্পের হিসাবকৃত ঘনত্ব ঠিক বর্তমানের পর্যবেক্ষণকৃত ডার্ক ম্যাটারের পরিমাণের সমান—একে বলা হয় “উইম্প মিরাকল”।
  • অ্যাক্সিয়ন (Axion): কোয়ান্টাম ক্রোমোডাইনামিক্সের স্ট্রং সিপি সমস্যা সমাধানের জন্য প্রস্তাবিত অতি-হালকা কণা ($১০^{-৫}text{ eV}$)। অত্যন্ত হালকা হলেও ভ্যাকুয়াম মিসঅ্যালাইনমেন্টের কারণে এরা শীতল কণার মতো আচরণ করে।
  • স্টেরাইল নিউট্রিনো (Sterile Neutrino): ডানহাতি নিউট্রিনো কণা যা মহাকর্ষ ছাড়া অন্য কোনো বলেই সাড়া দেয় না।
শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।