Karanlık kuvvet teorisi iki önemli kozmik gizemi çözebilir

Yeni bir teori, karanlık maddenin 'karanlık kuvvet' adı verilen bir kuvvet üzerinden birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşime giren parçacıklardan oluştuğunu öne sürüyor. Eğer doğruysa, bu nihayet galaksileri çevreleyen karanlık madde halelerinde gördüğümüz aşırı yoğunlukları açıklayabilir. Kendi kendine etkileşen karanlık madde (KEKM) olarak adlandırılan parçacıkların varlığı, anlaşılması güç maddenin büyük kütleli, yavaş hareket eden ve dolayısıyla çarpışmayan soğuk zayıf etkileşimli parçacıklardan oluştuğunu öne süren soğuk karanlık madde teorilerine bir alternatif oluşturuyor. Bu soğuk karanlık madde modelleriyle ilgili sorun, karanlık madde haleleri ile ilgili iki bilinmezi açıklamakta zorlanmalarıdır.

Riverside'daki California Üniversitesinde fizik ve astronomi profesörü ve yapılan çalışmanın ekip lideri olan Hai-Bo Yu, “Birincisi, büyük bir eliptik galaksideki yüksek yoğunluklu karanlık madde halesidir. Hale, güçlü kütle çekimsel mercekleme gözlemleri yoluyla tespit edildi ve yoğunluğu o kadar yüksek ki, mevcut soğuk karanlık madde teorisiyle açıklanması olası değil.” diyor. “İkincisi, ultra dağınık galaksilerin karanlık madde halelerinin son derece düşük yoğunluklara sahip olması ve bunların da soğuk karanlık madde teorisiyle açıklanmalarının zor olmasıdır.”

Karanlık madde bilim insanları için büyük bir muamma teşkil ediyor, çünkü evrendeki maddenin yaklaşık %85'ini oluşturmasına rağmen ışıkla etkileşime girmiyor ve dolayısıyla bizim için neredeyse görünmez kalıyor. Bu da araştırmacılara karanlık maddenin sadece elektronlar, protonlar ve nötronlardan oluşan madde yığınları olamayacağını söylüyor. Karanlık madde başka bir şeyden yapılmış olmalı. Aslında araştırmacıların karanlık maddenin varlığına dair çıkarım yapabilmelerinin tek yolu, kütleye sahip olması ve dolayısıyla kütleli cisimlerle etkileşime girmesidir. Bu etki gerçekten görebildiğimiz baryonik madde (görebildiğimiz madde) ve astronomların kesinlikle gözlemleyebildiği ışık tarafından hissedilebilir.

Daha spesifik olarak; ışık, arka plan kaynaklarından bu karanlık maddeyle sarılmış galaksilerin yanından geçerken, kütlenin uzay-zaman dokusu üzerindeki etkisi nedeniyle yolundan sapar ve arka plan kaynaklarının uzayda yeni konumlara kaymış gibi görünmesine neden olur. Kütle çekimsel merceklenme olarak adlandırılan bu etki, bilim insanlarının galaksilerin hepsinin olmasa da çoğunun karanlık madde haleleriyle çevrili olduğunu tespit etmelerini sağlayan şeydir. Bu halelerin galaksilerin yıldız, gaz ve toz gibi görünür madde cisimlerinin sınırlarının çok ötesine uzandığına inanılıyor. Kütle çekimsel merceklenme, astronomların karanlık madde halelerinin yoğunluğunu ölçmelerine de olanak sağlıyor. Daha yoğun haleler, dağınık gaz ve yıldızlara sahip düşük parlaklıktaki galaksiler olan ultra dağınık galaksilerin etrafındaki daha az yoğun halelere göre daha güçlü merceklenme etkisi yapar. Ancak, araştırmacılar karanlık madde hale yoğunluklarının uç noktalarını açıklamakta zorlanıyorlar.

Bu bulmacanın üstesinden gelmek için Yu ve Güney Kaliforniya Üniversitesi doktora sonrası araştırmacıları Ethan Nadler ile Daneng Yang'ın da aralarında bulunduğu meslektaşları, gerçek astronomik gözlemlere dayanan kozmik yapıların yüksek çözünürlüklü simülasyonlarını oluşturdular. Bu simülasyonlara, güçlü mercek haleleri ve ultra dağınık galaksilerle ilgili kütle ölçeklerinde güçlü karanlık madde öz etkileşimlerini dahil ettiler. Nadler, “Bu kendi kendine etkileşimler, galaksilerin merkezi bölgelerindeki hale yoğunluğunu çeşitlendiren hale içi ısı transferine yol açıyor.” dedi. “Başka bir deyişle, bazı haleler soğuk karanlık madde muadillerine kıyasla daha yüksek merkezi yoğunluklara, diğerleri ise daha düşük merkezi yoğunluklara sahip, diğer detaylar ise bireysel halelerin kozmik evrim geçmişine ve ortamlarına bağlı.”

Ekip, baryonik parçacıkların elektromanyetizma, güçlü nükleer ve zayıf nükleer kuvvetler aracılığıyla etkileşime girmesi gibi, KEKM'nin de bir 'karanlık kuvvet' aracılığıyla etkileşime girmesinin, soğuk karanlık madde teorilerinin sunmadığı bir çözüm getirebileceği sonucuna vardı. “Soğuk karanlık madde bu bulmacaları açıklamakta zorlanıyor. KEKM, iki zıt uç noktayı uzlaştırmak için tartışmasız en güçlü aday.” diye ekliyor Yang. “Artık karanlık maddenin beklediğimizden daha karmaşık ve canlı olabileceğine dair ilgi çekici bir olasılık var.” Ekip, araştırmalarının aynı zamanda, her yeni nesil teleskopla daha da ayrıntılı hale gelen evrenin gerçek gözlemlerini, yapay zekânın gelişen yetenekleriyle birleştirmenin analitik gücünün bir örneğini sunduğunu düşünüyor. Yu, “Çalışmamızın bu umut verici araştırma alanında daha fazla çalışmayı teşvik etmesini umuyoruz.” dedi. “James Webb Uzay Teleskobu ve yakında faaliyete geçecek olan Vera Rubin Gözlemevi de dahil olmak üzere astronomik gözlemevlerinden yakın gelecekte beklenen veri akışı göz önüne alındığında, bu çok da yerinde bir gelişme olacaktır.”

KARANLIK MADDE NEDİR?

1 Karanlık...

Karanlık madde ışık saçmaz, yani astronomlar etkilerini inceleyebilir ancak doğrudan gözlemleyemezler. Işık yaymaz ya da soğurmaz.

2 Ödünç kütle

Döndükleri hızlarda, galaksilerin kendilerini parçalamaları gerekir. Karanlık madde fazladan kütle kazandırarak onları sağlam tutmak için gereken kütle çekimini oluşturur.

3 Kozmostaki savaş

Karanlık madde, karanlık enerjiyle 'savaşıyor'. Karanlık madde birleştirmeye çalışırken, karanlık enerji evreni hızlandırılmış bir genişlemeye itiyor.

4 Uzay iskeleti

Kümeleri bağlamanın yanı sıra karanlık madde, evreni ağ benzeri bir yapıda bir arada tutmak için bir tür iskelet görevi görür.

5 Şaşırtıcı konu

Astronomlar karanlık madde hakkında hâlen çok az şey biliyorlar, ancak çoğu fotonlardan, elektronlardan ve atomlardan oluşmadığına inanıyor.

6 Galaktik tutkal

Karanlık madde, galaksi kümelerini bir arada tutmasını sağlayan kütle çekimsel bir etkiye sahip.