Karanlık maddenin doğası, gökbilimcileri şaşırtmaya devam ediyor. Karanlık madde parçacıkları arayışı hiçbir şey ortaya çıkarmamaya devam ederken, karanlık madde modelini tamamen reddetmek cazip geliyor, ancak madde için dolaylı kanıtlar güçlü olmaya devam ediyor. Peki nedir? Bir takımın bir fikri var ve ilk aramalarının sonuçlarını yayınladılar.
Karanlık maddenin koşulları, düzenli madde olamayacağı anlamına gelir. Düzenli madde (atomlar, moleküller ve benzerleri) ışığı kolayca emer ve yayar. Karanlık madde, neredeyse hiç ışık yaymayan çok soğuk molekül bulutları olsa bile, emdikleri ışıkla yine de görünür olacaklardı. Galaktik düzlemin yakınında yaygın olarak görülen karanlık bulutsu gibi görüneceklerdi. Ancak, gözlemlediğimiz karanlık maddenin etkilerini açıklamaya yetecek kadar yok. Ayrıca nötrinoları da eledik. Işıkla güçlü bir şekilde etkileşime girmezler, ancak nötrinolar neredeyse ışık hızında hareket ettikleri için nötrinolar bir “sıcak” karanlık madde biçimidir. Çoğu karanlık maddenin ağır ve dolayısıyla “soğuk” olması gerektiğini biliyoruz. Yani eğer karanlık madde oradaysa, başka bir şey olmalı.
Bu son çalışmada, yazarlar karanlık maddenin skaler bozonlar olarak bilinen parçacıklardan yapılabileceğini savunuyorlar. Bilinen tüm maddeler, fermiyonlar ve bozonlar olarak bilinen iki büyük kategoriye yerleştirilebilir. Bir parçacığın hangi kategoride olduğu, spin olarak bilinen bir kuantum özelliğine bağlıdır. Elektronlar ve kuarklar gibi fermiyonlar 1/2 veya 3/2 gibi kesirli spinlere sahiptir. Fotonlar gibi bozonların 1 veya 0 gibi bir tamsayı dönüşü vardır. Dönüşü 0 olan herhangi bir parçacık bir skaler bozondur.
Kuarklar ve leptonlar fermiyondur, kuvvet taşıyıcıları ise bozonlardır. Kredi bilgileri: Fermilab
Önemsiz bir ayrım gibi görünse de, iki tür parçacık büyük gruplar halinde bir araya getirildiklerinde çok farklı davranırlar. Fermiyonlar asla aynı kuantum durumunu işgal edemezler, bu yüzden onları sıkıştırmaya çalıştığınızda geri iterler. Bu yüzden beyaz cüceler ve nötron yıldızları var. Yerçekimi elektronları veya nötronları bir araya getirmeye çalışır, ancak Fermi basıncı o kadar güçlüdür ki yerçekimine (bir noktaya kadar) direnebilir. Öte yandan bozonlar, aynı durumu işgal etmekten tamamen mutludur. Yani bir grup bozonu (helyum-4 gibi) aşırı soğutursanız, Bose-Einstein yoğunlaşması olarak bilinen garip bir kuantum nesnesine yerleşebilirler.
Bilinen tek skaler bozon Higgs bozonudur. Higgs, bilinen özellikleri göz önüne alındığında karanlık madde olamaz, ancak bazı teoriler başka skaler bozonlar önerir. Bunlar ışıkla güçlü bir şekilde etkileşime girmez, sadece yerçekimi ile etkileşime girer. Işık onları önemli ölçüde ısıtamayacağından, zamanla bu skaler bozonlar soğuyacak ve büyük bulutlara dönüşecektir. Yani belki de karanlık madde, büyük dağınık skaler bozon bulutlarından yapılmıştır.
Bir nötron yıldızındaki kuark çekirdeğinin çizimi. Kredi: Jyrki Hokkanen, CSC – Bilim Bilişim Merkezi
Bu ilginç bir fikir, ama bunu nasıl kanıtlayabilirsin? Görünüşe göre, skaler bozonlar yerçekimi ile etkileşime girdiğinden, aynı zamanda etkileşime giriyorlar. yerçekimi dalgaları. Kütlelerine bağlı olarak, skaler bozonlar da gravitonlar yayarak bozunabilir. Sonuç olarak, skaler bozonlar, benzer frekansa sahip uzun süreli kütleçekimsel dalgalar yaratabilir. Hafif bir uğultunun yerçekimi eşdeğeri. Böylece ekip, yerçekimi dalgası verilerine baktı. LİGO ve Başak. 20 – 600 Hz aralığında yerçekimi uğultusunun kanıtını aradılar ve hiçbir şey bulamadılar. Çalışmalarına dayanarak, yazarlar galaksimizde genç skaler bozon bulutları olmadığı sonucuna varıyorlar. Ayrıca Dünya’nın 3.000 ışıkyılı içinde eski ve soğuk skaler bozon bulutları da yok.
Bu çalışma, skaler bozonları tamamen dışlamaz, ancak fikre bazı güçlü sınırlar koyar. Ve şu anda bu karanlık maddenin hikayesi gibi görünüyor. Ne olduğunu keşfetme arayışımızda, ne olmadığını bulmaya devam ediyoruz.
Orijinal olarak yayınlandı Bugün Evren.
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için bkz. Hayalet Bozon Bulutları Karanlık Maddenin Gizemini Çözebilir.