Yeni karanlık madde teorisi astrofizikteki iki bilmeceyi açıklıyor

Evrendeki maddenin %85’ini oluşturduğu düşünülen karanlık madde ışıklı değildir ve doğası yeterince anlaşılamamıştır. Normal madde ışığı emer, yansıtır ve yayar, ancak karanlık madde doğrudan görülemez ve bu da tespit edilmesini zorlaştırır. “Kendi kendine etkileşime giren karanlık madde” veya SIDM olarak adlandırılan bir teori, karanlık madde parçacıklarının karanlık bir kuvvet aracılığıyla kendi kendine etkileşime girerek galaksinin merkezine yakın bir yerde birbirleriyle güçlü bir şekilde çarpıştığını öne sürüyor.

İçinde çalışma yayınlandı Astrofizik Günlük MektuplarıRiverside’daki California Üniversitesi’nde fizik ve astronomi profesörü olan Hai-Bo Yu liderliğindeki bir araştırma ekibi, SIDM’in zıt uçlardaki iki astrofizik bulmacasını aynı anda açıklayabildiğini bildirdi.

Yu, “İlki devasa bir eliptik galaksideki yüksek yoğunluklu karanlık madde halesidir” dedi. “Hale, güçlü yerçekimsel merceklenme gözlemleri yoluyla tespit edildi ve yoğunluğu o kadar yüksek ki, geçerli soğuk karanlık madde teorisinde bu pek olası değil. İkincisi, ultra-yaygın galaksilerin karanlık madde halelerinin son derece düşük yoğunluklara sahip olması ve bunlar Soğuk karanlık madde teorisiyle açıklamak zor.”

Karanlık madde halesi, bir galaksiye veya bir galaksi kümesine nüfuz eden ve onu çevreleyen görünmez maddenin halesidir. Kütleçekimsel merceklenme, evrende uzak galaksilerden gelen ışığın büyük nesnelerin etrafında bükülmesiyle meydana gelir. Soğuk karanlık madde veya CDM paradigması/teorisi, karanlık madde parçacıklarının çarpışmasız olduğunu varsayar. Adından da anlaşılacağı gibi, aşırı yaygın gökadalar son derece düşük parlaklığa sahiptir ve yıldızlarının ve gazlarının dağılımı dağılmıştır.

Yu, araştırmaya Carnegie Gözlemevleri ve Güney Kaliforniya Üniversitesi’nde ortak doktora sonrası araştırmacı olan Ethan Nadler ve UCR’de doktora sonrası araştırmacı olan Daneng Yang tarafından katıldı.

SIDM’in iki astrofizik bulmacasını açıklayabildiğini göstermek için ekip, güçlü merceklenme halesi ve ultra yaygın galaksiler için ilgili kütle ölçeklerinde güçlü karanlık madde kendi kendine etkileşimleriyle kozmik yapı oluşumunun ilk yüksek çözünürlüklü simülasyonlarını gerçekleştirdi.

Nadler, “Bu kendi kendine etkileşimler halede ısı transferine yol açıyor ve bu da galaksilerin merkez bölgelerindeki halo yoğunluğunu çeşitlendiriyor” dedi. “Başka bir deyişle, CDM muadilleriyle karşılaştırıldığında bazı haleler daha yüksek merkezi yoğunluklara sahipken diğerleri daha düşük merkezi yoğunluklara sahiptir; ayrıntılar kozmik evrim tarihine ve bireysel halelerin ortamına bağlıdır.”

Ekibe göre bu iki bulmaca, standart CDM paradigmasına büyük bir meydan okuma teşkil ediyor.

Yang, “CDM’nin bu bulmacaları açıklaması zorlaşıyor” dedi. “SIDM, iki karşıt uç noktayı uzlaştırma konusunda tartışmasız zorlayıcı bir aday. Literatürde başka bir açıklama mevcut değil. Artık karanlık maddenin beklediğimizden daha karmaşık ve canlı olabileceğine dair ilgi çekici bir olasılık var.”

Araştırma aynı zamanda kozmik yapı oluşumunun bilgisayar simülasyonları aracıyla astrofiziksel gözlemler yoluyla karanlık maddenin araştırılmasının gücünü de ortaya koyuyor.

Yu, “Çalışmamızın bu umut verici araştırma alanında daha fazla çalışmayı teşvik etmesini umuyoruz” dedi. “James Webb Uzay Teleskobu ve yaklaşmakta olan Rubin Gözlemevi de dahil olmak üzere astronomik gözlemevlerinden yakın gelecekte beklenen veri akışı göz önüne alındığında, bu özellikle zamanında bir gelişme olacaktır.”

2009’dan bu yana, Yu ve işbirlikçilerinin çalışmaları SIDM’in parçacık fiziği ve astrofizik topluluklarında popülerleşmesine yardımcı oldu.