Aydınlatıcı araştırma: bilim adamları, dünya çapında bu tür diğer sistemlerde de kullanılan GEO600 dedektörü için yenilikçi teknolojiler geliştirdiler. Kredi: © H. Lueck / Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü
Yüzyılın en büyük bilimsel buluşlarından birinin arkasındaki teknolojiler – yerçekimi dalgaları – artık uzun süredir devam eden karanlık madde arayışında kullanılıyor.
Evrendeki tüm maddenin kabaca %85’ini oluşturduğu düşünülen karanlık madde, hiçbir zaman doğrudan gözlemlenmedi ve modern fiziğin çözülmemiş en büyük gizemlerinden biri olmaya devam ediyor.
Bilim adamları, birkaç olağanüstü keşifle zaten kanıtlanmış olan son derece hassas dedektörler ile birlikte, mevcut yerçekimi dalgası teknolojisinin, sonunda egzotik malzemeyi keşfetme ve hatta neyden yapıldığını bulma konusunda gerçek potansiyele sahip olduğuna inanıyor.
Yakın zamanda yayınlanan bir çalışmada DoğaCardiff Üniversitesi’nin Yerçekimi Keşif Enstitüsü’nden bilim adamları tarafından yönetilen bir ekip, ilk kez yeni bir tür karanlık madde aramak için lazer interferometreler olarak bilinen aletleri kullanarak bu hedefe doğru ilk adımı attı.
Yakın zamana kadar, karanlık maddenin ağır temel parçacıklardan oluştuğuna yaygın olarak inanılıyordu.
Bunlar çok sayıda çabaya rağmen keşfedilmedi ve bilim adamları şimdi karanlık maddeyi açıklamak için alternatif teorilere yöneliyorlar.
Yakın tarihli bir teori, karanlık maddenin aslında bizim galaksimiz de dahil olmak üzere galaksilerin etrafında sıçrayan görünmez dalgalar gibi davranan skaler alan adı verilen bir şey olduğunu söylüyor. Samanyolu.
Cardiff Üniversitesi Yerçekimi Araştırma Enstitüsü’nden araştırmayı başlatan Profesör Hartmut Grote, “Enstrümanlarımızın başlangıçta yerçekimi dalgalarını tespit etmek için tasarlanmış olmalarına rağmen, bu yeni tür karanlık maddeyi avlamak için kullanılabileceğini fark ettik” dedi.
Bir lazer interferometresinde, bir dedektör üzerinde buluşmadan önce aynalar arasında iki ışık ışını yansır. Bundan, bilim adamları büyük kesinlik ışık huzmelerinin birbiriyle ne kadar uyumsuz olduğu, ki bu da huzmelerin karşılaştığı herhangi bir rahatsızlığın temsilcisidir.
Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LİGO) yerçekimi dalgalarını ilk kez 2015 yılında ve o zamandan beri birçok kez tespit etmek için kullanılan, her biri “L” şeklinde düzenlenmiş 4 km uzunluğunda iki kola sahip ABD’de bulunan iki interferometreden oluşur.
Yerçekimi dalgası gözlemevi GEO600, Hannover’in 20 kilometre güneyinde, Sarstedt yakınlarındaki Ruthe’de bulunuyor. AEI bilim adamları tarafından Albert Einstein tarafından tahmin edilen küçük uzay-zaman dalgalanmalarını aramak için kullanılan 600 metre uzunluğunda kolları olan bir lazer interferometredir. Kredi:
© H. Luck/AEI
Grote’un 2009’dan 2017’ye kadar baş bilim insanı olduğu Almanya’daki Birleşik Krallık/Alman GEO 600 dedektörü, başka bir oldukça hassas interferometredir ve yerçekimi dalgalarını tespit etmek için gereken teknolojinin çoğunu geliştirmek için kullanılmıştır.
GE0600 dedektörü ilk kez bu çalışmada özellikle karanlık madde aramak için kullanıldı.
Cardiff Üniversitesi Yerçekimi Araştırma Enstitüsü’nden baş araştırmacı Sander Vermeulen, “Skaler alan karanlık madde dalgaları, Dünya’nın ve aletlerimizin içinden geçecekti, ancak bunu yaparken, aynalar gibi nesnelerin çok hafif titreşmesine neden olacaktı” dedi.
“Aynaların titreşimleri, GEO600 veya LIGO dedektörleri gibi cihazlardaki ışık huzmelerini, karanlık maddenin karakteristik özelliği olan belirli bir şekilde bozar; bu, karanlık maddenin tam özelliklerine bağlı olarak tespit edebilmemiz gereken bir şeydir.”
Karanlık madde hiçbir zaman doğrudan tespit edilmemiş olsa da, bilim adamları Evrendeki nesneler üzerindeki yerçekimi etkisinden dolayı var olduğundan şüpheleniyorlar. Örneğin, büyük miktarda görünmeyen madde, galaksilerin neden bu şekilde döndüklerini ve ilk etapta nasıl oluştuklarını açıklayabilir.
Ekip, bu yeni çalışmada herhangi bir tespitte başarısız olmasına rağmen, bu teknolojiyi karanlık madde araştırmalarına sokma konusunda önemli ilk adımlar attıklarını ve gelecekteki çalışmalar için belirli parametreleri daraltma konusunda ilerleme kaydettiklerini söylüyorlar.
Profesör Grote, “Başlangıçta tamamen farklı bir amaç için yapılmış bir aletin karanlık maddeyi avlamak için ne kadar hassas olabileceğine şaşırdım,” diye devam etti.
Vermeulen, “Karanlık maddenin belirli özelliklere sahip olduğunu söyleyen bazı teorileri kesin olarak reddettik, bu nedenle gelecekteki aramalar artık ne aranması gerektiği konusunda daha iyi bir fikre sahip” dedi.
“Bu yeni tekniklerin gelecekte bir noktada karanlık maddeyi keşfetme potansiyeline sahip olduğuna inanıyoruz.”
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için bkz. Yerçekimi Dalgası Bilim Adamları Görüşlerini Karanlık Madde Üzerinde Ayarlıyorlar.
Referans: Sander M. Vermeulen, Philip Relton, Hartmut Grote, Vivien Raymond, Christoph Affeldt, Fabio Bergamin, Aparna Bisht, Marc Brinkmann, Karsten Danzmann, Suresh Doravari, “Bir kütleçekimsel dalga dedektöründen skaler alanlı karanlık madde için doğrudan limitler”, Volker Kringel, James Lough, Harald Lück, Moritz Mehmet, Nikhil Mukund, Séverin Nadji, Emil Schreiber, Borja Sorazu, Kenneth A. Strain, Henning Vahlbruch, Michael Weinert, Benno Willke ve Holger Wittel, 15 Aralık 2021, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-021-04031-y