আজকের জ্যোতির্বিজ্ঞানী এবং মহাবিশ্ববিজ্ঞানীদের মুখোমুখি হওয়া কঠিন রহস্যগুলির মধ্যে একটি হল ডার্ক ম্যাটার। এই তাত্ত্বিক ভরটি ১৯৬০-এর দশকে ছায়াপথগুলির ঘূর্ণন বক্ররেখা ব্যাখ্যা করার জন্য প্রস্তাব করা হয়েছিল, যা ইঙ্গিত দেয় যে তাদের ভর তাদের নক্ষত্রপুঞ্জের চেয়ে বেশি। কয়েক দশক ধরে গবেষণা এবং পর্যবেক্ষণ সত্ত্বেও, বিজ্ঞানীরা এখনও এই রহস্যময়, অদৃশ্য ভর বা এটি কী দিয়ে গঠিত তার কোনও সরাসরি প্রমাণ খুঁজে পাননি। দুর্বলভাবে মিথস্ক্রিয়াকারী বিশাল কণা (WIMP) থেকে শুরু করে অত্যন্ত কম ভরের কণা (অক্ষ) পর্যন্ত অনেক তত্ত্ব রয়েছে। সৌভাগ্যবশত, আমরা এমন এক যুগে বাস করছি যখন জ্যোতির্বিদ্যার সীমানা ক্রমাগত ঠেলে দেওয়া হচ্ছে এবং নতুন নতুন আবিষ্কার হচ্ছে। সাম্প্রতিক এক গবেষণায়, লিবনিজ ইনস্টিটিউট ফর অ্যাস্ট্রোফিজিক্স পটসডাম (AIP) এর নেতৃত্বে গবেষকদের একটি আন্তর্জাতিক দল মহাবিশ্বের সবচেয়ে ক্ষুদ্রতম এবং ক্ষীণতম ১২টি ছায়াপথের নক্ষত্রীয় বেগ বিশ্লেষণ করে কয়েক দশক ধরে চলা এই বিতর্কের উপর আলোকপাত করেছে। দলটি আবিষ্কার করেছে যে এই ছায়াপথগুলির অভ্যন্তরীণ মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রগুলি কেবল দৃশ্যমান পদার্থ দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায় না, যা ডার্ক ম্যাটারের পক্ষে যুক্তি আরও জোরদার করে।

এই দলটির নেতৃত্বে ছিলেন AIP-এর গবেষকরা, এবং পটসডাম বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিদ্যা ও জ্যোতির্বিদ্যা ইনস্টিটিউট, সারে বিশ্ববিদ্যালয়, বাথ বিশ্ববিদ্যালয়ের জ্যোতির্বিদ্যা ও মহাকাশ বিজ্ঞান স্কুল, পোর্তো বিশ্ববিদ্যালয়ের জ্যোতির্বিদ্যা ও মহাকাশ বিজ্ঞান ইনস্টিটিউট, লেইডেন বিশ্ববিদ্যালয়ের লেইডেন অবজারভেটরি এবং লুন্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের লুন্ড অবজারভেটরি থেকে সদস্যরা ছিলেন। তাদের অনুসন্ধানের বর্ণনামূলক গবেষণাপত্রটি সম্প্রতি অ্যাস্ট্রোনমি অ্যান্ড অ্যাস্ট্রোফিজিক্স জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে ।

কয়েক দশক ধরে, বিজ্ঞানীরা ডার্ক ম্যাটার (DM) এর অস্তিত্ব নিয়ে বিতর্ক করে আসছেন। একদিকে, পর্যবেক্ষণ এবং মাধ্যাকর্ষণ সম্পর্কে আমাদের ধারণা থেকে এর অস্তিত্ব অনুমান করা হয় (যেমন আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতার তত্ত্ব দ্বারা বর্ণিত )। অন্যদিকে, সরাসরি প্রমাণের অভাব রয়েছে, যার ফলে বিকল্প তত্ত্বের উদ্ভব হয়েছে, যেমন পরিবর্তিত নিউটোনিয়ান ডায়নামিক্স (MOND)। এই তত্ত্বটি 1980-এর দশকে আবির্ভূত হয়েছিল এবং দাবি করে যে মাধ্যাকর্ষণ সূত্রগুলি খুব কম ত্বরণে (অর্থাৎ, খুব বড় দূরত্বের স্কেলে) পরিবর্তিত হয়।

এছাড়াও, জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরে ধরে আসছেন যে একটি ছায়াপথে দৃশ্যমান (ব্যারিওনিক) পদার্থের পরিমাণ এবং এটি যে মহাকর্ষ বল প্রয়োগ করে - যা রেডিয়াল অ্যাক্সিলারেশন রিলেশন (RAR) নামে পরিচিত, তার মধ্যে একটি সরল সম্পর্ক রয়েছে। যদিও এই তত্ত্বটি অবশ্যই বৃহত্তর সিস্টেমের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য, নতুন গবেষণায় দেখা গেছে যে এটি ক্ষুদ্রতম ছায়াপথগুলিতে ভেঙে যায়। ১২টি বামন ছায়াপথ পরীক্ষা করে এবং তাদের ভর বন্টন অনুমান করে, তারা দেখতে পান যে MOND ভবিষ্যদ্বাণীগুলি পর্যবেক্ষণ করা আচরণ পুনরুত্পাদন করতে ব্যর্থ হয়েছে, প্রমাণ করে যে তাদের মহাকর্ষ ক্ষেত্রগুলি কেবল দৃশ্যমান পদার্থ দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায় না।

এরপর তারা তাদের ফলাফলগুলি DiRAC জাতীয় সুপারকম্পিউটার সুবিধা ব্যবহার করে ছায়াপথের চারপাশে অন্ধকার পদার্থের হ্যালোর উপস্থিতি অনুমান করে এমন তাত্ত্বিক মডেলগুলির সাথে তুলনা করেন । এই সিমুলেশনগুলির ফলাফলগুলি এই বামন ছায়াপথগুলির পর্যবেক্ষণকৃত আচরণের জন্য আরও ভাল মিল সরবরাহ করেছে। AIP-এর পিএইচডি ছাত্রী এবং গবেষণার প্রধান লেখক মারিয়ানা জুলিওর মতে:

ক্ষুদ্রতম বামন ছায়াপথগুলি দীর্ঘদিন ধরে MOND ভবিষ্যদ্বাণীগুলির সাথে উত্তেজনার মধ্যে রয়েছে, তবে পরিমাপের অনিশ্চয়তা দ্বারা অথবা MOND তত্ত্বকে অভিযোজিত করে এই অসঙ্গতিটি সম্ভবত ব্যাখ্যা করা যেতে পারে। প্রথমবারের মতো, আমরা বিভিন্ন ব্যাসার্ধে সবচেয়ে ক্ষীণ ছায়াপথগুলিতে নক্ষত্রগুলির মহাকর্ষীয় ত্বরণ সমাধান করতে সক্ষম হয়েছি, তাদের অভ্যন্তরীণ গতিশীলতা বিস্তারিতভাবে প্রকাশ করেছি। পর্যবেক্ষণ এবং আমাদের EDGE সিমুলেশন উভয়ই দেখায় যে তাদের মহাকর্ষীয় ক্ষেত্র কেবল তাদের দৃশ্যমান পদার্থ দ্বারা নির্ধারণ করা যায় না, পরিবর্তিত মাধ্যাকর্ষণ ভবিষ্যদ্বাণীগুলির বিরোধিতা করে। এই আবিষ্কারটি অন্ধকার পদার্থের প্রয়োজনীয়তাকে আরও জোরদার করে এবং এর প্রকৃতি বোঝার আমাদের আরও কাছাকাছি নিয়ে আসে।

এই গবেষণাটি RAR দৃষ্টান্তকে আরও ভালো এবং আরও গভীর বিশ্লেষণ প্রদানের মাধ্যমে চ্যালেঞ্জ করে, যা জ্যোতির্বিদদের বামন ছায়াপথের রেডিয়ালি সমাধানকৃত প্রোফাইলগুলি সঠিকভাবে অনুমান করার সুযোগ করে দেয়। এটি আরও নিশ্চিত করে যে জ্যোতির্বিদরা বামন ছায়াপথ সম্পর্কে কী সন্দেহ করেছিলেন এবং কীভাবে তারা তাদের আরও বৃহৎ প্রতিরূপের প্রত্যাশা পূরণ করে না। সারে বিশ্ববিদ্যালয়ের সহ-লেখক অধ্যাপক জাস্টিন রিড বলেছেন:

নতুন তথ্য এবং মডেলিং কৌশলগুলি আমাদের আগের চেয়েও ছোট স্কেলে মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রকে মানচিত্র করার সুযোগ করে দিচ্ছে, এবং এটি আমাদের মহাবিশ্বের ভরের বেশিরভাগ অংশ তৈরি করে এমন অদ্ভুত, আপাতদৃষ্টিতে অদৃশ্য পদার্থ সম্পর্কে নতুন অন্তর্দৃষ্টি দিচ্ছে। আমাদের ফলাফলগুলি দেখায় যে ক্ষুদ্রতম ছায়াপথগুলিতে মহাকর্ষীয় ক্ষেত্র শক্তি নির্ধারণের জন্য কেবল আমরা যা দেখতে পাই তার উপর ভিত্তি করে পর্যাপ্ত তথ্য নেই। এই ফলাফলটি ব্যাখ্যা করা যেতে পারে যদি এই ছায়াপথগুলি অন্ধকার পদার্থের একটি অদৃশ্য বলয় দ্বারা বেষ্টিত থাকে, কারণ অন্ধকার পদার্থ 'অনুপস্থিত তথ্য' এনকোড করে। কিন্তু MOND তত্ত্বগুলি - অন্তত এখনও পর্যন্ত প্রস্তাবিত - কেবলমাত্র আমরা যা দেখি তার দ্বারা মহাকর্ষীয় ক্ষেত্র নির্ধারণ করতে হবে। এটি কাজ করে বলে মনে হচ্ছে না।

যদিও এই অনুসন্ধানগুলি DM সম্পর্কে (যেমন, এটি কী দিয়ে গঠিত) বহির্মুখী প্রশ্নগুলির সমাধান করে না বা এর অস্তিত্ব নিশ্চিত করে না, তবুও বিকল্প ব্যাখ্যা বাতিল করতে সাহায্য করে অনুসন্ধানকে সংকুচিত করে। ভবিষ্যতের পর্যবেক্ষণগুলি যা আরও ক্ষীণ এবং আরও দূরবর্তী ছায়াপথগুলিকে লক্ষ্য করে তা অনুসন্ধানকে আরও সংকুচিত করবে এবং বিজ্ঞানীরা আত্মবিশ্বাসের সাথে এটি করবেন যে DM এখনও আমরা যা দেখতে পাচ্ছি তার সবচেয়ে সম্ভাব্য ব্যাখ্যা।