Araştırmacılar, kendi kendine etkileşime giren karanlık madde (SIDM) teorisini destekleyen simülasyonlar yoluyla karanlık madde anlayışını ilerlettiler. Bu teori, farklı galaksilerde gözlemlenen karanlık madde yoğunluklarındaki tutarsızlıkları potansiyel olarak çözerek geleneksel soğuk karanlık madde (CDM) modeline meydan okuyor ve karanlık maddenin dinamik doğasını vurguluyor. Kredi bilgileri: SciTechDaily.com
UC Riverside araştırmasına göre karanlık madde önceden düşünülenden daha canlı olabilir.
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 adı verilen 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.
Yayınlanan çalışmada 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.
Karanlık Madde Halelerini ve Yerçekimsel Merceği Anlamak
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 son derece düşük bir ihtimal. İkincisi, ultra-yaygın galaksilerin karanlık madde halelerinin son derece düşük yoğunluklara sahip olması ve bunların soğuk karanlık madde teorisiyle açıklanmasının zor olmasıdır.”
Karanlık madde halesi, bir galaksiye veya bir galaksi kümesine nüfuz eden ve onu çevreleyen görünmez maddenin halesidir. Yerçekimsel merceklenme, uzak galaksilerden evren boyunca ilerleyen ışığın büyük nesnelerin etrafında bükülmesiyle gerçekleşir. 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.
Hai-Bo Yu, UC Riverside’da karanlık maddenin parçacık özellikleri konusunda uzmanlığa sahip teorik bir fizikçidir. Kredi bilgileri: Samantha Tieu
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 hale yoğunluğunu çeşitlendiriyor” dedi. “Başka bir deyişle, bazı halelerin merkezi yoğunlukları daha yüksek, diğerlerinin ise CDM muadilleriyle karşılaştırıldığında daha düşük merkezi yoğunlukları var; ayrıntılar kozmik evrim tarihine ve bireysel halelerin ortamına bağlı.”
CDM Paradigmasına meydan okumak ve Gelecek Araştırmaları
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 değildir. 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.
Referans: Ethan O. Nadler, Daneng Yang ve Hai-Bo Yu, 30 Kasım 2023, “Düşük Kütleli Halo Özelliklerinin Aşırı Çeşitliliğine Yönelik Kendi Kendine Etkileşen Karanlık Madde Çözümü”, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad0e09
Araştırma John Templeton Vakfı ve ABD Enerji Bakanlığı tarafından desteklendi.