Çalışma, karanlık maddenin sonuçta çarpışma özelliklerine sahip olabileceğini öne sürüyor

Standart modelin ortaya koyduğunun aksine, karanlık madde aslında kendi kendine etkileşime giriyor olabilir. Bu bir araştırmanın sonucuydu yayınlanan içinde Astronomi ve Astrofizik ve SISSA’nın Astrofizik ve Kozmoloji grubundan Riccardo Valdarnini tarafından yürütülmüştür. 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 Etkileşimli 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’: Karanlık maddenin incelenmesi için devasa bir kozmik yapı

Valdarnini şöyle açıklıyor: “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 biçimindedir.” araştırma.

“Genellikle bu maddenin baryonik olmadığı ve yalnızca yerçekimine tepki veren soğuk, çarpışmasız parçacıklardan oluştuğu düşünülüyor. ‘Soğuk Karanlık Madde’ (CDM) adı da buradan geliyor. Ancak henüz yapılmamış çok sayıda gözlem var. standart model kullanılarak açıklandı” 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. Şöyle açıklıyor: “Ancak, bizden birkaç ışık yılı uzakta, bu amaç için çok yararlı olabilecek benzersiz laboratuvarlar var. Bunlar, çarpışma anında Büyük Evren’den bu yana en enerjik olayları belirleyen devasa galaksi kümeleri, devasa kozmik yapılardır. Bang.

“Yaklaşık 10’luk bir kütleyle¹⁵ Güneş kütleleri, El Gordo bildiğimiz en büyük galaksi kümelerinden biridir. El Gordo, kendine özgü özellikleri nedeniyle hem teorik hem de gözlemsel olarak çok sayıda çalışmanın konusu olmuştur.”

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 olan da tam olarak budur.

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 kümesindeki 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 bir açıklaması olarak Çarpışmasal Karanlık Maddeyi öne sürüyor

Bulgularını açıklamak ve SIDM modellerini doğrulamak için Valdarnini, N-cisim/hidrodinamik simülasyonlar adı verilen 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. Bununla birlikte, bu simülasyonlardan elde edilen SIDM kesit değerleri, öncekilerden daha yüksek olduğu için tutarsızlıklar var. küme ölçeklerinde birlik düzeyinde olan mevcut üst sınırlar.

“Bu, mevcut SIDM modellerinin yalnızca düşük dereceli bir yaklaşım olarak değerlendirilmesi gerektiğini ve büyük küme birleşmelerinde karanlık maddenin etkileşimini tanımlayan temeldeki fiziksel süreçlerin, genel olarak kabul edilen yaklaşımla yeterince temsil edilebileceğinden daha karmaşık olduğunu ileri sürüyor. karanlık madde parçacıklarının saçılması.

“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.”