ডার্ক ম্যাটার কি অন্য মহাবিশ্ব থেকে আসা ব্ল্যাকহোল

নতুন এক গবেষণায় দারুণ একটা সম্ভাবনার কথা বলা হয়েছে। বিগ ব্যাং বা মহাবিস্ফোরণের আগের কোনো পুরোনো ব্ল্যাকহোল হয়তো এখনো আমাদের গ্যালাক্সিগুলোকে একটা নির্দিষ্ট আকার দিচ্ছে। এই ব্ল্যাকহোলগুলোই হতে পারে ডার্ক ম্যাটার। আর বর্তমানে ডার্ক ম্যাটারই হলো মহাকাশবিজ্ঞানের সবচেয়ে বড় অমীমাংসিত রহস্যগুলোর একটি।

সাধারণভাবে বলতে গেলে, কৃষ্ণগহ্বর মহাকাশের এমন একটি জায়গা, যেখানে অনেক বস্তু খুব ছোট্ট একটা জায়গায় প্রচণ্ড চাপে আটকে থাকে। অন্যদিকে, ডার্ক ম্যাটার হলো এমন একধরনের বস্তু, যা কোনো আলো প্রতিফলিত করে না বা শুষেও নেয় না। আমরা শুধু এর মহাকর্ষীয় প্রভাব দেখেই বুঝতে পারি, এটি আছে। গ্যালাক্সি বা অন্যান্য মহাজাগতিক কাঠামোর ওপর এর প্রভাব স্পষ্ট দেখা যায়।

ডার্ক ম্যাটারকে অনেকটা আঠার মতো ভাবা যায়। এগুলো গ্যালাক্সিগুলোকে একসঙ্গে ধরে রাখে। কিন্তু আমরা এখনো জানি না, এই জিনিসটা আসলে কী দিয়ে তৈরি! বেশির ভাগ পদার্থবিদ মনে করেন, ডার্ক ম্যাটার হয়তো এখনো আবিষ্কার না হওয়া কোনো ছোট ছোট সাব-অ্যাটমিক কণা বা অতিপারমাণবিক কণা দিয়ে তৈরি।

কিন্তু মজার ব্যাপার হলো, বিগ ব্যাংয়ের আগের প্রাচীন কৃষ্ণগহ্বরগুলোও কিন্তু এই বর্ণনার সঙ্গে একদম মিলে যায়। এরা অন্ধকার, আবার এদের ভরও আছে। ঠিক যে বৈশিষ্ট্যগুলো ডার্ক ম্যাটারের থাকা দরকার!

আমার নতুন একটি গবেষণাপত্রে আমি এই ধারণাটি নিয়েই কাজ করেছি। তবে এটা ঠিক যে, প্রাচীন ব্ল্যাকহোলের এই ধারণাটি মেনে নিতে গেলে বিগ ব্যাং সম্পর্কে আমাদের চিন্তাভাবনাও নতুন করে সাজাতে হবে।

প্রায় এক শতাব্দী ধরে মহাকাশবিজ্ঞানীরা মহাবিশ্বের ইতিহাসকে মাত্র একটি বিশাল বিস্ফোরণের মুহূর্ত থেকে শুরু বলে মনে করে আসছেন। কিন্তু এমনও তো হতে পারে, সেটাই সময়ের একেবারে শুরু ছিল না! হয়তো বিগ ব্যাংয়ের আগেও আরেকটি মহাবিশ্ব ছিল!

এই ধারণা অনুযায়ী, মহাবিশ্ব প্রসারিত হওয়ার আগে হয়তো সংকুচিত হয়ে গুটিয়ে গিয়েছিল। আর বিগ ব্যাং হলো এই দুটি দশার মাঝখানের একটি পরিবর্তনের ধাপ। বিগ ব্যাং মডেলটি কিন্তু অসাধারণ সফল একটি মডেল। এটি কসমিক মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রাউন্ড বা শুরুর দিককার মহাবিশ্বের সেই ছড়িয়ে পড়া আলোর আভা খুব ভালোভাবে ব্যাখ্যা করতে পারে। এমনকি গ্যালাক্সিগুলো কীভাবে ছড়িয়ে আছে, তা-ও এই মডেল খুব নিখুঁতভাবে হিসাব করে বলে দিতে পারে।

কিন্তু আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতা তত্ত্বের অনুমান বিগ ব্যাংকে একটি সিঙ্গুলারিটি বা অসীম বিন্দুর অবস্থা। এটি এমন একটি বিন্দু, যেখানে ঘনত্ব অসীম হয়ে যায় এবং পদার্থবিজ্ঞানের জানা নিয়মগুলো আর কাজ করে না। অনেক পদার্থবিদই একে বাস্তব কোনো ভৌত অবস্থা মনে করেন না, বরং তাঁরা মনে করেন এখানে হয়তো কোনো একটা গাণিতিক হিসাব বা তথ্য বাদ পড়েছে। সিঙ্গুলারিটি কোনো বাস্তব বস্তুর চেয়ে বরং গাণিতিক সতর্কবার্তার মতোই। এরা আমাদের মনে করিয়ে দেয়, আমাদের বর্তমান তত্ত্বগুলো কতটা সীমাবদ্ধ বা অসস্পূর্ণ। কারণ সেগুলো মহাবিশ্বের একদম শুরুর মুহূর্তগুলোকে ব্যাখ্যা করতে পারে না।

বিস্ফোরণ নয়, বরং লাফিয়ে ওঠা

এর একটি বিকল্প ধারণা হলো বাউন্সিং কসমোলজি বা লাফিয়ে ওঠা মহাবিশ্ব। এই ধারণা অনুযায়ী, বিগ ব্যাংয়ের আগে মহাবিশ্ব একটি সংকোচনের মধ্য দিয়ে যায়। একপর্যায়ে এটি অত্যন্ত উচ্চ, কিন্তু সসীম ঘনত্বে পৌঁছায়। এরপর এটি সিঙ্গুলারিটিতে পরিণত হয়ে পুরোপুরি গুটিয়ে না গিয়ে বরং বলের মতো লাফিয়ে ওঠে (বাউন্স করে) এবং আবার প্রসারিত হতে শুরু করে।

বাউন্সিং বা লাফিয়ে ওঠার এই মডেলগুলো নিয়ে কয়েক দশক ধরেই আলোচনা চলছে। তবে এগুলো প্রমাণ করার জন্য প্রায়ই মহাকর্ষের নিয়মে পরিবর্তন আনতে হয় অথবা নতুন কোনো অদ্ভুত জিনিসের অস্তিত্ব ধরে নিতে হয়। কিন্তু আমাদের গবেষণায় আমরা দেখেছি, মহাকর্ষ এবং কোয়ান্টাম মেকানিকসের প্রভাব একসঙ্গে হিসাব করলে সাধারণ পদার্থবিজ্ঞানের নিয়ম মেনেই এই বাউন্স সম্ভব।

সাধারণ মহাকাশবিজ্ঞানের ধারণায়, বিগ ব্যাংয়ের ঠিক পরপরই এমন একটা সময় আসে যখন মহাবিশ্ব খুব দ্রুত এবং অবিশ্বাস্য গতিতে প্রসারিত হতে থাকে। এই পর্যায়টিকে বলা হয় ইনফ্লেশন বা স্ফীতি। এই সময়টা তার আগের সব কাঠামোর চিহ্ন পুরোপুরি মুছে ফেলে।

কিন্তু বাউন্সিং মহাবিশ্বের ক্ষেত্রে পরিস্থিতিটা ভিন্ন। আমাদের গবেষণায় দেখেছি, সংকোচনের দশা থেকে প্রসারণের দশায় যাওয়ার সময় ৯০ মিটারের চেয়ে বড় জিনিসগুলো টিকে যেতে পারে! ফলে মহাবিশ্বের আগের যুগের কিছু রিলিক বা আদিম নিদর্শন থেকে যায়, যা সেই সময়ের তথ্য বহন করে। এই আদিম নিদর্শনগুলোর মধ্যে কৃষ্ণগহ্বর, মহাকর্ষ তরঙ্গ এবং ঘনত্বের তারতম্য থাকতে পারে।

কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানে এমনটা কীভাবে সম্ভব, তার একটি শক্তিশালী সূত্র দেওয়া আছে। কোয়ান্টাম তত্ত্বের একটি মূল ভিত্তি হলো পাউলির বর্জন নীতি। এই নীতি অনুযায়ী, ঘনত্ব যখন চরম মাত্রায় পৌঁছায়, তখন বস্তু ডিজেনারেট বা অবক্ষয়িত অবস্থায় চলে যায়। তখন তাপ না থাকলেও বস্তুটি এমন একধরনের চাপ তৈরি করে, যা তাকে আরও বেশি সংকুচিত হতে বাধা দেয়।

আমাদের মডেলে, মহাজাগতিক স্কেলেও অনেকটা একই রকম প্রভাব কাজ করে। এটি হয়তো ব্যাখ্যা করতে পারে, কেন মহাবিশ্ব পুরোপুরি গুটিয়ে গিয়ে ধ্বংস হয়ে যায় না। আবার বাউন্স করার আগে বা সেই সময় তৈরি হওয়া কাঠামোগুলো কীভাবে প্রসারণের দশাতেও টিকে থাকতে পারে, তার উত্তরও হয়তো এখানে লুকিয়ে আছে।

প্রলয় থেকে বেঁচে ফেরা

আমরা প্রাচীন কৃষ্ণগহ্বরগুলো তৈরি হওয়ার প্রধান দুটি উপায়ের কথা জানতে পেরেছি। প্রথমটি হলো সরাসরি টিকে থাকা। মহাবিশ্বের সংকোচন দশার সময় তৈরি হওয়া কমপ্যাক্ট বা খুব ঘন বস্তুগুলো এবং মহাকর্ষ বা ঘনত্বের তারতম্যগুলো বাউন্সের সময়ও টিকে থাকতে পারে।

দ্বিতীয় উপায়টি আরও বেশি কৌতূহলোদ্দীপক! সংকোচন দশায়, মহাকর্ষের প্রভাবে বস্তুগুলো প্রাকৃতিকভাবেই একসঙ্গে দলা পাকাতে শুরু করে এবং আজকের দিনের গ্যালাক্সির চারপাশের হালোর (Halo) মতো কাঠামো তৈরি করে। বাউন্সের পর এই কাঠামোগুলো খুব সহজেই সংকুচিত হয়ে ব্ল্যাকহোলে পরিণত হতে পারে। সংকোচন দশার সময়ের গ্যালাক্সি এবং নক্ষত্রগুলো ব্ল্যাকহোলে পরিণত হওয়ার সময় তাদের বিস্তারিত কাঠামোর বেশির ভাগই হারিয়ে ফেলে, কিন্তু তাদের ভর ঠিকই থেকে যায়।

এই ব্ল্যাকহোলগুলোই কি তবে ডার্ক ম্যাটার? কয়েক দশক ধরে বিজ্ঞানীরা মনে করতেন, ডার্ক ম্যাটার হয়তো কোনো মৌলিক কণা দিয়ে তৈরি। কিন্তু অনেক খোঁজাখুঁজির পরও এমন কোনো কণার সন্ধান আজ পর্যন্ত পাওয়া যায়নি।

এ ক্ষেত্রে প্রাচীন কৃষ্ণগহ্বরগুলো একটি চমৎকার বিকল্প হতে পারে। বাউন্সের সময় যদি যথেষ্ট পরিমাণ কৃষ্ণগহ্বর তৈরি হয়, তবে সেগুলো ডার্ক ম্যাটারের একটি উল্লেখযোগ্য অংশ হয়ে উঠতে পারে। এই ধারণাটি সাম্প্রতিক বছরগুলোর অন্যতম আকর্ষণীয় একটি মহাজাগতিক রহস্যের সঙ্গেও যুক্ত হতে পারে।

জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপ শুরুর দিকের মহাবিশ্বে কিছু ছোট অথচ অত্যন্ত লাল রঙের বস্তুর সন্ধান পেয়েছে। এদের মাঝেমধ্যে লিটল রেড ডটস বা ছোট্ট লাল বিন্দু বলা হয়। এই মহাজাগতিক উৎসগুলো বিগ ব্যাংয়ের মাত্র কয়েক শ মিলিয়ন বছর পরেই অবিশ্বাস্যরকম ভারী এবং উজ্জ্বল বলে মনে হচ্ছে!

অনেক জ্যোতির্বিদ সন্দেহ করছেন, এগুলো হয়তো খুব দ্রুত বাড়তে থাকা কৃষ্ণগহ্বরের সঙ্গে যুক্ত। হয়তো এগুলোই আজকের গ্যালাক্সির কেন্দ্রে থাকা সুপারম্যাসিভ বা অতিভরের ব্ল্যাকহোলগুলোর বীজ! কিন্তু সাধারণ মহাকাশবিজ্ঞানের নিয়ম দিয়ে এদের অস্তিত্ব ব্যাখ্যা করা খুব কঠিন। এত ভারী জিনিস এত দ্রুত কীভাবে তৈরি হলো?

প্রাচীন ব্ল্যাকহোলগুলো এর খুব স্বাভাবিক একটা ব্যাখ্যা হতে পারে। বাউন্সের ঠিক পরপরই যদি বিশাল আকারের কৃষ্ণগহ্বরের বীজগুলো আগে থেকেই সেখানে থেকে থাকে, তবে শুরুর দিকের মহাবিশ্বকে একদম শূন্য থেকে শুরু করতে হতো না! সুপারম্যাসিভ ব্ল্যাকহোলগুলো হয়তো নতুন করে তৈরি হওয়ার বদলে সেই প্রাচীনকাল থেকে টিকে থাকা ব্ল্যাকহোলগুলো থেকেই ধীরে ধীরে বড় হয়েছে। এই অর্থে জেমস ওয়েব হয়তো ইতিমধ্যেই সেই বিগ ব্যাংয়ের আগের বাউন্স থেকে টিকে থাকা বস্তুগুলোর বংশধরদের দেখতে শুরু করেছে!

মহাকাশবিজ্ঞানের এক নতুন রূপরেখা

সব মিলিয়ে এই বাউন্স বা লাফিয়ে ওঠার দৃশ্যপটটি মহাকাশবিজ্ঞানের বেশ কিছু দীর্ঘস্থায়ী সমস্যার সমাধানের একটি সমন্বিত পথ দেখাচ্ছে। সেগুলো হলো:

১. বিগ ব্যাংয়ের সেই অসীম বিন্দুটির জায়গা নিতে পারে কোয়ান্টাম ট্রানজিশন বা পরিবর্তন। এই পরিবর্তনটি আইনস্টাইন-রোজেন ব্রিজের ধারণার সঙ্গে যুক্ত হতে পারে, যা স্পেসটাইমের দুটি ভিন্ন অঞ্চলের মধ্যে গাণিতিক সংযোগ স্থাপন করে।

২. বাউন্সের কাছাকাছি সময়ের গতিশীলতা থেকেই প্রাকৃতিকভাবে ইনফ্লেশন বা স্ফীতি তৈরি হয়।

৩. ডার্ক এনার্জি বা গুপ্তশক্তি একটি সসীম মহাবিশ্বের সামগ্রিক কাঠামোর সঙ্গে যুক্ত থাকতে পারে।

৪. ডার্ক ম্যাটার বা গুপ্তবস্তু হয়তো প্রাচীন ব্ল্যাকহোল দিয়ে তৈরি। এমনকি আমাদের নিজেদের মহাবিশ্বও হয়তো একটি কৃষ্ণগহ্বর হিসেবে যাত্রা শুরু করেছিল!

৫. মহাকর্ষীয় তরঙ্গ আগের মহাজাগতিক দশার সংকেত বহন করতে পারে।

৬. জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপের সাম্প্রতিক পর্যবেক্ষণের সঙ্গে মিল রেখে বলা যায়, সুপারম্যাসিভ ব্ল্যাকহোলগুলোর আদি উৎপত্তি অনেক প্রাচীন হতে পারে।

অবশ্য এখনো অনেক কাজ বাকি। মহাকর্ষীয় তরঙ্গের পটভূমি থেকে শুরু করে গ্যালাক্সি জরিপ এবং কসমিক মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রাউন্ডের নিখুঁত পরিমাপের তথ্য দিয়ে এই ধারণাগুলো যাচাই করে দেখতে হবে।

তবে এর সম্ভাবনাটা কিন্তু বেশ গভীর। মহাবিশ্ব হয়তো একবারই শুরু হয়নি, বরং এটি লাফিয়ে লাফিয়ে চলতে পারে। আর আজকের গ্যালাক্সিগুলোকে যে রহস্যময় কাঠামো রূপ দিচ্ছে, তা হয়তো বিগ ব্যাংয়ের আগের কোনো এক প্রাচীন যুগেরই স্মৃতিচিহ্ন!

সায়েন্স অ্যালার্ট-এ প্রকাশিত পোর্টসমাউথ বিশ্ববিদ্যালয়ের কসমোলজি অ্যান্ড গ্র্যাভিটেশন ইনস্টিটিউটের জ্যোতিঃপদার্থবিজ্ঞানের অধ্যাপক এনরিক গাজতানাগার লেখা অবলম্বনে। 

অনুবাদ: অনিমেশ হালদার।