Gökbilimciler, karanlık madde ile evrenin yığınları arasında yeni bir bağlantı keşfettiler

Bugün yayınlanan bir çalışmada, Kozmoloji ve Astropartikül Fiziği DergisiToronto Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, hem görünmez karanlık maddenin doğasını hem de evrenin kozmik ağ olarak bilinen büyük ölçekli yapısını açıklayabilecek teorik bir buluş ortaya koyuyor. Sonuç, astronomide uzun süredir devam eden bu iki sorun arasında yeni bir bağlantı kurarak, kozmosu anlamak için yeni olanaklar sunuyor.

Araştırma, maddenin kozmos boyunca büyük ölçeklerde beklenmedik bir şekilde eşit dağılımına odaklanan “yığınlanma sorunu”nun, karanlık maddenin eksen adı verilen varsayımsal, ultra hafif parçacıklardan oluştuğunun bir işareti olabileceğini öne sürüyor. Tespit edilmesi zor eksenlerin varlığını kanıtlamanın çıkarımları, karanlık maddeyi anlamanın ötesine geçer ve evrenin doğası hakkındaki temel soruları ele alabilir.

Dunlap Sanat ve Sanat Fakültesi Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü’nde Dunlap Üyesi olan baş yazar Keir Rogers, “Gelecekteki teleskop gözlemleri ve laboratuvar deneyleriyle doğrulanırsa, karanlık maddeyi bulmak bu yüzyılın en önemli keşiflerinden biri olacaktır” diyor. Toronto Üniversitesi’nde bilim.

“Aynı zamanda, sonuçlarımız, evrenin neden düşündüğümüzden daha az düzensiz olduğuna dair bir açıklama sunuyor; bu, son on yılda giderek daha net hale gelen ve şu anda evren teorimizi belirsiz bırakan bir gözlem.”

Evrenin kütlesinin yüzde 85’ini oluşturan karanlık madde, ışıkla etkileşime girmediği için görünmez. Bilim adamları, evrende nasıl dağıldığını anlamak için görünür madde üzerindeki yerçekimi etkilerini inceliyorlar.

Önde gelen bir teori, karanlık maddenin kuantum mekaniğinde dalga benzeri davranışlarından dolayı “bulanık” olarak tanımlanan eksenlerden oluştuğunu ileri sürer. Ayrık nokta benzeri parçacıkların aksine, eksenler tüm galaksilerden daha büyük dalga boylarına sahip olabilir. Bu bulanıklık, karanlık maddenin oluşumunu ve dağılımını etkileyerek, evrenin eksenleri olmayan bir evrende neden tahmin edilenden daha az topaklı olduğunu potansiyel olarak açıklıyor.

Bu kümelenme eksikliği, büyük galaksi araştırmalarında gözlemlendi ve karanlık maddenin yalnızca WIMP’ler adı verilen ağır, zayıf etkileşimli atom altı parçacıklardan oluştuğuna dair diğer hakim teoriye meydan okudu. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi deneylere rağmen, WIMP’lerin varlığını destekleyen hiçbir kanıt bulunamadı.

Rogers, “Bilimde, fikirler çöktüğünde yeni keşifler yapılır ve asırlık problemler çözülür” diyor.

Çalışma için, Rogers liderliğindeki ve Dunlap Enstitüsü’ndeki doçent Renée Hložek’in araştırma grubunun yanı sıra Pennsylvania Üniversitesi, İleri Araştırma Enstitüsü, Columbia Üniversitesi ve Londra King’s College’dan üyelerin de dahil olduğu araştırma ekibi gözlemleri analiz etti. Planck 2018, Atacama Kozmoloji Teleskobu ve Güney Kutbu Teleskopu araştırmalarından elde edilen Kozmik Mikrodalga Arka Planı (CMB) olarak bilinen Büyük Patlama’dan kalan kalıntı ışık.

Araştırmacılar bu CMB verilerini, yakın evrendeki yaklaşık bir milyon gökadanın konumlarını haritalayan Baryon Salınım Spektroskopik Araştırması’ndan (BOSS) elde edilen gökada kümeleme verileriyle karşılaştırdı. Karanlık maddenin yerçekimi kuvvetleri altındaki davranışını yansıtan galaksilerin dağılımını inceleyerek, evrendeki madde miktarındaki dalgalanmaları ölçtüler ve tahminlere kıyasla topaklanmanın azaldığını doğruladılar.

Araştırmacılar daha sonra, uzun karanlık madde dalgalarına sahip bir evrende kalıntı ışığın görünümünü ve galaksilerin dağılımını tahmin etmek için bilgisayar simülasyonları gerçekleştirdiler. Bu hesaplamalar, Büyük Patlama’dan elde edilen SPK verileri ve galaksi kümeleme verileriyle uyumlu hale getirildi ve bulanık eksenlerin kümelenme sorununu açıklayabileceği fikrini destekledi.

Gelecekteki araştırmalar, milyonlarca gökadanın haritasını çıkarmak ve Rubin Gözlemevi ile önümüzdeki on yılda yapılacak gözlemler de dahil olmak üzere kesin kümelenme ölçümleri sağlamak için büyük ölçekli araştırmaları içerecektir.

Araştırmacılar teorilerini, kütleçekimsel mercekleme yoluyla doğrudan karanlık madde gözlemleriyle karşılaştırmayı umuyorlar; bu etki, karanlık madde topaklığının, dev bir büyüteç gibi uzak galaksilerden gelen ışığı ne kadar büktüğü ile ölçüldüğü bir etki. Ayrıca galaksilerin gazı uzaya nasıl attığını ve bunun karanlık madde dağılımını nasıl etkilediğini araştırmayı planlıyorlar.

Karanlık maddenin doğasını anlamak, en acil temel sorulardan biridir ve evrenin kökenini ve geleceğini anlamanın anahtarıdır.

Şu anda, bilim adamlarının yerçekimini ve kuantum mekaniğini aynı anda açıklayan tek bir teorileri yok – her şeyin teorisi. Son birkaç on yılda her şeyin en popüler teorisi, her şeyin sicim benzeri enerji uyarımlarından oluştuğu, kuantum seviyesinin altında başka bir seviye olduğunu varsayan sicim teorisidir. Rogers’a göre, bulanık bir eksen parçacığı tespit etmek, her şeyin sicim teorisinin doğru olduğuna dair bir ipucu olabilir.

Rogers, “Artık, önümüzdeki on yıl içinde bile karanlık maddenin asırlık gizemi hakkında deneysel olarak bir şeyler anlamamızı sağlayacak araçlara sahibiz ve bu bize daha da büyük teorik soruların yanıtlarına dair ipuçları verebilir” diyor. . “Umut, evrenin şaşırtıcı unsurlarının çözülebilir olmasıdır.”