“El Gordo” gökada kümesinin simülasyonları, karanlık maddenin kendi kendine etkileşime girebileceğini ve standart çarpışmasız karanlık madde modeli yerine Kendiliğinden Etkileşime Giren Karanlık Madde (SIDM) modelini desteklediğini öne sürüyor. Kredi bilgileri: SciTechDaily.com
Yeni bir çalışma, “El Gordo” gökada kümesindeki karanlık maddenin, çarpışmasız karanlık maddenin standart modeline meydan okuyan çarpışma özellikleri sergilediğini gösteriyor.
Standart modelin ortaya koyduğunun aksine, karanlık madde aslında kendi kendine etkileşime giriyor olabilir. Bu, SISSA’nın Astrofizik ve Kozmoloji grubundan Riccardo Valdarnini tarafından yürütülen ve dergisinde yayınlanan yeni bir araştırmanın sonucuydu. Astronomi ve Astrofizik (A&A).
Çalışma, sayısal simülasyonlar kullanarak, bizden yedi milyar ışıkyılı uzaklıkta dev bir küme birleşimi olan “El Gordo”nun (İspanyolca’da “Şişman Olan”) içinde neler olduğunu analiz etti. Hesaplamalar, bu kümede, karanlık maddenin maksimum yoğunluk noktaları ile diğer kütle bileşenleri arasında gözlemlenen fiziksel ayrımın, standart modelin aksine, SIDM (Kendiliğinden Etkileşen Karanlık Madde) modeli kullanılarak açıklanabileceğini gösterdi. bir.
Bu araştırma, karanlık madde parçacıklarının çarpışmalar yoluyla enerji alışverişinde bulunduğunu ve ilginç astrofiziksel yansımaları olduğunu öne süren SIDM modelinin lehine önemli bir katkı sağlıyor.
El Gordo Gökada Kümesi kompoziti. Katkıda bulunanlar: X-ışını: NASA/CXC/Rutgers/J.Hughes ve diğerleri, Optik: ESO/VLT/Pontificia Universidad. Catolica de Chile/L.Infante & SOAR (MSU/NOAO/UNC/CNPq-Brezilya)/Rutgers/F.Menanteau, IR: NASA/JPL/Rutgers/F.Menanteau
“El Gordo”: karanlık maddenin incelenmesi için devasa bir kozmik yapı
“Şu anda kabul edilen standart kozmolojik modele göre, Evrenin mevcut baryonik madde yoğunluğu, toplam madde içeriğinin yalnızca %10’unu oluşturabilir. Geriye kalan %90 ise Karanlık Madde formundadır” diye açıklıyor araştırmanın yazarı Riccardo Valdarnini.
“Genellikle bu maddenin baryonik olmadığı ve yalnızca yerçekimine tepki veren soğuk, çarpışmayan parçacıklardan oluştuğu düşünülüyor. Bu nedenle “Soğuk Karanlık Madde” (CDM) adı verilmiştir. Ancak hâlâ standart model kullanılarak açıklanmayan bazı gözlemler var” diyor araştırmacı. “Bu soruları yanıtlamak için birçok yazar SIDM adı verilen alternatif bir model öneriyor.”
Karanlık maddenin çarpışma özelliklerini ve daha genel olarak standart kozmolojik modele alternatif teorileri kanıtlamak çok karmaşıktır: “Ancak, bizden birçok ışık yılı uzakta, bu amaç için çok yararlı olabilecek benzersiz laboratuvarlar vardır. Bunlar devasa galaksi kümeleri, devasa kozmik yapılardır ve çarpışma anında, Dünya’dan bu yana en enerjik olayları belirlerler. Büyük patlama. Yaklaşık 10 kütleli15 Güneş kütleleri, El Gordo bildiğimiz en büyük galaksi kümelerinden biridir. El Gordo, kendine özgü özellikleri nedeniyle hem teorik hem de gözlemsel olarak çok sayıda çalışmaya konu oldu.”
Karanlık madde çarpışabilir
Standart paradigmaya göre, bir küme birleşmesi sırasında, çarpışan gaz kütlesi bileşeninin davranışı diğer iki bileşenin (galaksiler ve karanlık madde) davranışından farklı olacaktır. Bu senaryoda gaz, başlangıçtaki enerjisinin bir kısmını dağıtacaktır.
Valdarnini, “Bu nedenle çarpışmadan sonra gaz kütle yoğunluğunun zirvesi, karanlık madde ve galaksilerin gerisinde kalacak” diye açıklıyor.
Bununla birlikte, SIDM modelinde, karanlık madde merkezlerinin (maksimum yoğunluk noktaları) gerçek bir “SIDM modellerinin İmzası”nı temsil eden özelliklere sahip diğer kütle bileşenlerinden fiziksel olarak ayrılması gibi tuhaf bir fenomen gözlemlenmelidir. Gözlemlere göre “El Gordo”nun içinde de tam olarak böyle oluyor.
El Gordo’yu gözlemlemek
Valdarnini “Gözlemlerle başlayalım” diye açıklıyor. El Gordo, sırasıyla kuzeybatı (Kuzeybatı) ve güneydoğu (GD) olarak adlandırılan iki büyük alt kümeden oluşur. “El Gordo” kümesinin X-ışını görüntüsü, SE alt kümesinde tek bir X-ışını emisyon zirvesini ve X-ışını zirvesinin ötesine uzanan iki sönük kuyruğu göstermektedir. Dikkate değer bir özellik, farklı kütle bileşenlerinin tepe konumudur. Çarpışan kümenin bir diğer önemli örneği olan Mermi Kümesi’nde görülebilenlerden farklı olarak X-ışını zirvesi, SE karanlık madde zirvesinden önce geliyor.
“Dahası, En Parlak Küme Gökadası (BCG) yalnızca X-ışını zirvesini takip etmekle kalmıyor, aynı zamanda güneydoğu kütle merkezinden uzaysal olarak kaymış gibi görünüyor. Bir diğer dikkate değer durum, gökada sayısı yoğunluk zirvesinin karşılık gelen kütle zirvesinden uzaysal olarak dengelendiği Kuzeybatı kümesinde görülebilir.”
Araştırma bulguları, “El Gordo”da gözlemlenen olayların açıklamasının Çarpışmasal Karanlık Madde olduğunu öne sürüyor
Bulgularını açıklamak ve SIDM modellerini doğrulamak amacıyla Astronomi ve AstrofizikValdarnini, N-cisim/hidrodinamik simülasyonlar olarak adlandırılan geniş bir dizi simülasyon kullandı. Böylece “El Gordo”nun gözlemsel özelliklerini yeniden üretmeyi amaçlayan sistematik bir çalışma yürüttü.
Valdarnini, “Bu simülasyon çalışmasının en önemli sonucu, ‘El Gordo’ kümesinin farklı kütle merkezleri arasında gözlemlenen göreceli ayrımların, eğer karanlık madde kendi kendine etkileşime giriyorsa doğal olarak açıklanmasıdır” diyor. “Bu nedenle, bu bulgular, çok enerjik, yüksek kırmızıya kaymalı bir küme çarpışmasında çarpışma özellikleri sergileyen bir karanlık madde davranışının kesin bir imzasını sağlıyor.
“Ancak bu simülasyonlardan elde edilen SIDM kesit değerleri, küme ölçeklerinde birlik dereceli mevcut üst sınırlardan daha yüksek olduğundan tutarsızlıklar var. Bu, mevcut SIDM modellerinin yalnızca düşük dereceli bir yaklaşım olarak değerlendirilmesi gerektiğini ve büyük küme birleşmelerinde karanlık maddenin etkileşimini tanımlayan temeldeki fiziksel süreçlerin, saçılmayı temel alan yaygın olarak varsayılan yaklaşımla yeterince temsil edilebileceğinden daha karmaşık olduğunu göstermektedir. karanlık madde parçacıkları.
“Çalışma, standart çarpışmasız karanlık madde paradigmasına alternatif olarak, çarpışan kümeler arasında kendi kendine etkileşime giren karanlık madde olasılığına dair ilgi çekici bir durum ortaya koyuyor.”
Referans: “Birleşen El Gordo kümesinin N-cisim/hidrodinamik simülasyon çalışması: Kendi kendine etkileşime giren karanlık madde için zorlayıcı bir durum?” Yazan: R. Valdarnini, 12 Nisan 2024, Astronomi ve Astrofizik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202348000