Evrenin eksenli ve eksensiz bir bölümünün bilgisayar simülasyonu, karanlık madde kozmik ağ yapısının eksenler içeriyorsa nasıl daha az düzensiz olduğunu gösteriyor. Ölçek için, Samanyolu galaksisi, hale adı verilen küçük yeşil noktalardan birinin içine oturur. Kredi: Alexander Spencer Londra/Alex Laguë.
Araştırmacılar, yeni bir çalışmada, evrenin topak olmamasının, karanlık maddenin eksen adı verilen varsayımsal, ultra hafif parçacıklardan oluştuğunu öne sürdüğünü öne sürüyorlar. Doğrulanırsa, bunun evren anlayışımız üzerinde geniş etkileri olabilir ve hatta sicim teorisine destek sağlayabilir.
14 Haziran’da 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.
Araştırmacıların aksiyon teorisini test etmek için kullandıkları Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması tarafından görüldüğü şekliyle yerel evrendeki galaksilerin bir haritası. Her nokta bir galaksinin konumudur ve Dünya haritanın ortasında yer alır. Kredi: Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması
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.”
Yerçekimi, evreni şekillendirirken, yüz milyonlarca ışıkyılı uzunluğundaki görünmez köprüler boyunca galaksileri ve galaksi kümelerini birbirine bağlayan iplikçiklerden oluşan örümcek ağı benzeri geniş bir yapı oluşturur. Bu kozmik ağ olarak bilinir. Kredi: Volker Springel (Max Planck Astrofizik Enstitüsü) ve ark.
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.
Evrenin eksenli ve eksensiz bir bölümünün bilgisayar simülasyonu, karanlık madde kozmik ağ yapısının eksenler içeriyorsa nasıl daha az düzensiz olduğunu gösteriyor. Ölçek için, Samanyolu galaksisi, hale adı verilen küçük yeşil noktalardan birinin içine oturur. Kredi bilgileri: Alexander Spencer Londra/Alex Laguë
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.
Keir Rogers, çalışmanın baş yazarı ve Dunlap Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü’nde Dunlap Üyesi. Kredi bilgileri: Keir Rogers’ın izniyle
Rogers, “Bilimde, fikirler çöktüğünde yeni keşifler yapılır ve asırlık problemler çözülür” diyor.
Çalışma için, Rogers liderliğindeki ve Doçent Renée Hložek’in Dunlap Enstitüsü’ndeki araştırma grubunun yanı sıra Pennsylvania Üniversitesi, İleri Araştırma Enstitüsü’nden üyeleri de içeren araştırma ekibi, Kolombiya Üniversitesi ve King’s College London – kalıntı ışığın gözlemlerini analiz etti. Büyük patlamaPlanck 2018, Atacama Kozmoloji Teleskobu ve Güney Kutbu Teleskobu araştırmalarından elde edilen ve Kozmik Mikrodalga Arka Planı (CMB) olarak bilinen . Araştırmacılar bu CMB verilerini, yakın evrendeki yaklaşık bir milyon gökadanın konumlarını haritalayan Baryon Salınım Spektroskopik Araştırması’ndan (BOSS) elde edilen gökada kümeleme verileriyle karşılaştırdılar. 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 cevaplarına dair ipuçları verebilir” diyor. . “Umut, evrenin şaşırtıcı unsurlarının çözülebilir olmasıdır.”
Referans: Keir K. Rogers, Renée Hložek, Alex Laguë, Mikhail M. Ivanov, Oliver HE Philcox, Giovanni Cabass, Kazuyuki Akitsu ve “Ultra hafif eksenler ve S8 gerilimi: kozmik mikrodalga arka planı ve galaksi kümelenmesinden ortak kısıtlamalar” David JE Marsh, 14 Haziran 2023, Kozmoloji ve Astropartikül Fiziği Dergisi.
DOI: 10.1088/1475-7516/2023/06/023
Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi, Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi, David Dunlap ailesi ve Toronto Üniversitesi, Connaught Fund.