Karanlık Madde Daha da Karanlık Bir Sır Saklıyor Olabilir

Teleskobun görüntülemesi imkansız olan ve tam olarak anlaşılamayan karanlık madde yine de her yerdedir.

Karanlık maddenin en derin gizemleri onun doğası ve davranışıyla ilgilidir. Karanlık maddeyle ilgili hakim fikir, karanlık maddenin birbirleriyle etkileşime girmeyen düşük hızlı parçacıklardan oluştuğunu öne süren soğuk karanlık madde (CDM) teorisidir. Bu düşünce tartışıldı ve yeniden tartışılmaya hazır. Astrofizikçi Hai Bo Yu liderliğindeki California Üniversitesi’nden araştırmacılardan oluşan bir ekip, soğuk karanlık maddenin o kadar da iyi çalışmadığı uç noktaları açıklayan alternatif bir fikir ortaya attı.

Galaksilerin ve galaksi kümelerinin karanlık madde haleleriyle çevrelendiği düşünülüyor. Tartışmanın bir ucunda CDM ile uyumlu olamayacak kadar yoğun galaktik karanlık madde haleleri, diğer ucunda ise CDM’nin anlayamayacağı kadar dağınık galaktik karanlık madde haleleri var. Yu ve meslektaşları bunun yerine bazı karanlık güçlerin (üzgünüm, Star Wars hayranları – hayır) the kuvvet) karanlık madde parçacıklarının birbirleriyle çarpışmasına neden olur. Bu kendi kendine etkileşime giren karanlık maddedir (SIDM).

Görünmez parçacıkların etkileşime girmesi, dağınık bir koronada birbirini uzağa ve dışarıya doğru itmesi veya yoğun bir koronada birbirine daha yakın ve içe doğru itmesi fikri, karanlıkta aradığımız şey olabilir. Ama önce, neden karanlık maddenin ağırlıklı olarak soğuk olduğu düşünülüyor?

Karanlıkta kayboldum

Karanlık madde “karanlıktır” çünkü görünür madde ve elektromanyetik radyasyonla etkileşimleri ya zayıftır ya da yoktur. Herhangi bir elektromanyetik radyasyon türüyle önemli etkileşimler yapamadığı için hiçbir ışık onu aydınlatamaz. En azından soğuk karanlık madde teorisine göre karanlık maddenin “soğuk” olarak tanımlanmasının nedeni, yavaş parçacıkların ışık hızından çok daha yavaş hareket ettiğinin düşünülmesidir.

CDM, karanlık madde için standart model olmaya devam ediyor çünkü galaksiler gibi kozmik yapıların inşasına ve korunmasına hizmet ediyor. Karanlık madde soğuk olsaydı, uzayın boşluğunda seyahat ettiği duruma kıyasla daha kolay bir şekilde toplanıp bir araya gelebilirdi; bu, tüm karanlık maddenin “sıcak” olması veya yüksek hızlarda hareket eden daha hafif parçacıklardan oluşması durumunda geçerli olurdu. Sıcak karanlık madde parçacıkları, uzun süreler boyunca yapılar oluşturamayacak kadar hızlı olacak ve çarpıştıkları mevcut yapıları düzleştirebilecektir. Sıcak karanlık madde soğuk ile sıcak arasında bir yere düşer.

Kaç tür karanlık maddenin var olduğu bilinmiyor. Bazı bilim insanları karanlık maddenin tamamının soğuk olduğu konusunda ısrar ederken, bazıları da birden fazla türün bulunduğunu ileri sürüyor.

Her ne kadar CDM bu görünmez maddenin tamamen hareketsiz olduğunu söylemese de pek çok karanlık madde parçacığının çarpışmasına izin vermiyor. SIDM’in devreye girdiği yer burasıdır.

Daha fazla ışık tut

Sıcak ve sıcak karanlık madde çalışmalarının kapsamı dışında olmasına rağmen Yu ve ekibi, SIDM’in soğuk karanlık maddenin gerçekten işe yaramayan bir yönünü açıklayıp açıklayamayacağını test etti: çok yoğun, çok dağınık karanlık madde halelerini açıklamakta zorlanıyor.

“İçinde [diffuse scenario]Etkileşimler ısıyı dış korona bölgelerinden iç korona bölgelerine aktararak merkezi yoğunluğu azaltır; İçinde [dense scenario]Bir açıklamada, “Isı akışının yönü tersine dönüyor ve iç korona, CDM muadilinden daha yoğun hale geliyor” dediler. Staj Yakın zamanda Astrophysical Journal Letters’da yayınlandı.

Ultra yaygın galaksiler UDG’ler özellikle sönük cüce gökadalardır çünkü yıldızları birbirinden çok uzaklara dağılmıştır. Yıldız oluşturan gaz, birçok yeni yıldız oluşturamayacak kadar ince bir şekilde yayılıyor. Ultra yaygın bir galaksinin karanlık madde halesi, normal bir cüce galaksininkinden çok daha uzağa ulaşır; bu, CDM tarafından önerilen çarpışmayan parçacıklarda gerçekleşmemelidir; etkileşime girmeyen parçacıklar birbirine daha yakın olacak ve daha yoğun bir parçacık oluşturacaktır. Daha kısa menzilli halo. SIDM, parçacıkların çarpışmasına ve ısıyı aktarmasına olanak tanır ve bunun sonucunda ortaya çıkan karanlık madde genişlemesi, bu halelerin neden bu kadar yaygın olduğunu açıklayabilir.

İkinci senaryo, yerçekimsel merceklenmeyi etkileyecek kadar yoğun olan karanlık madde haleleriyle ilgilidir. Bu yoğun haleler, uzay-zamanı bükmeye yetecek kadar karanlık madde içerir, böylece uzayın o bölgesinden geçen ışık da bükülür. Bu bozulmalar nedeniyle, merceksi gökadanın arkasındaki nesne, çoğu zaman biraz çarpık bir şekilde de olsa büyütülür. SIDM ayrıca yerçekimsel merceklenmeyi etkilemeye yetecek karanlık madde konsantrasyonlarını da destekler çünkü çarpışan parçacıkların dışarı olduğu kadar içeriye de işaret edebilmesi gerekir. Birbirleriyle çarpışan parçacıklar koronanın yoğunluğunu arttırır ve bunların bir sürüsü, yerçekimsel merceklenme üreten devasa bir karanlık madde kabarcığı oluşturabilir.

Birçok yönden karanlık madde konusunda hala karanlıktayız. Bunları doğrudan tespit etmenin bir yolu bulunana kadar, SIDM gibi fikirlerin herhangi bir işe yarayıp yaramayacağını görmek için teorik çalışmalara güvenmek zorunda kalacağız. Belki bir gün, nihayet karanlık maddenin sırlarına ışık tutacak bir doğrudan tespit yöntemine sahip olacağız.

Astrofizik Dergisi Mektupları, 2023. DOI: 10.3847/2041-8213/ad0e09