ARC Karanlık Madde Parçacık Fiziği Mükemmeliyet Merkezi’nin yakın zamanda yaptığı bir araştırma, nötron yıldızlarının karanlık maddeyi anlamada çok önemli bir rol oynayabileceğini öne sürüyor. Çalışma, karanlık madde parçacıklarının nötron yıldızlarıyla çarpıştığında bu yıldızları hızlı bir şekilde ısıtabileceğini ve potansiyel olarak onları gelecekteki astronomik teknolojiler aracılığıyla gözlemlenebilir hale getirebileceğini buldu. Daha önce evrenin yaşından daha uzun süreceği düşünülen bu hızlı ısınma süreci, artık birkaç gün içinde gerçekleştirilebilir gibi görünüyor ve karanlık maddenin normal madde ile etkileşimlerini incelemek için yeni bir yöntem sağlıyor.
Son araştırmalar, nötron yıldızlarının karanlık madde çarpışmaları nedeniyle hızla ısınabileceğini ve karanlık maddeyi tespit etmek ve incelemek için yeni bir yol sunabileceğini gösteriyor.
Bilim insanları evrenin en büyük gizemlerinden birini çözmeye bir adım daha yaklaşmış olabilir. Son hesaplamaları, nötron yıldızlarının gizemli karanlık maddeye ışık tutmada çok önemli bir rol oynayabileceğini öne sürüyor.
‘da yayınlanan bir makalede Kozmoloji ve Astropartikül Fiziği DergisiMelbourne Üniversitesi liderliğindeki ARC Karanlık Madde Parçacık Fiziği Mükemmeliyet Merkezi’nden fizikçiler, karanlık madde parçacıkları soğuk ölü nötron yıldızlarının içinde çarpışıp yok olduğunda aktarılan enerjinin yıldızları çok hızlı bir şekilde ısıtabileceğini hesapladı.
Daha önce bu enerji aktarımının çok uzun bir zaman alabileceği, bazı durumlarda evrenin kendi yaşından daha uzun sürebileceği ve bu ısınmayı anlamsız hale getirebileceği düşünülüyordu.
Melbourne Üniversitesi’nden Profesör Nicole Bell, yeni hesaplamaların ilk kez enerjinin çoğunun sadece birkaç gün içinde depolanacağını gösterdiğini söyledi.
“Karanlık maddenin araştırılması bilimdeki en büyük dedektif hikayelerinden biridir. Karanlık madde evrenimizdeki maddenin yüzde 85’ini oluşturuyor ama biz onu göremiyoruz. Karanlık madde ışıkla etkileşime girmiyor; ışığı emmiyor, ışığı yansıtmıyor, ışık yaymıyor. Bu, onun var olduğunu bilsek bile teleskoplarımızın onu doğrudan gözlemleyemeyeceği anlamına gelir. Bunun yerine, görebildiğimiz nesneler üzerindeki çekim kuvveti bize onun orada olması gerektiğini söylüyor.
“Karanlık maddeyi teorik olarak tahmin etmek bir şeydir, ancak onu deneysel olarak gözlemlemek başka bir şeydir. Dünya üzerindeki deneyler, yeterince büyük dedektörler yapmanın teknik zorlukları nedeniyle sınırlıdır. Ancak nötron yıldızları, astronomik derecede uzun zaman dilimleri boyunca karanlık maddeyi toplayan devasa doğal karanlık madde dedektörleri gibi hareket ediyor, dolayısıyla çabalarımızı yoğunlaştırmamız için iyi bir yer.” dedi Profesör Bell.
Karanlık Madde Tespitinde Nötron Yıldızlarının Rolü
Nötron yıldızları, süper kütleli bir yıldızın yakıtı bitip çöktüğünde oluşur. Güneşimizinkine benzer bir kütleye sahipler ve sadece 20 km genişliğinde bir topun içine sıkıştırılmışlar. Daha yoğun olursa kara delik haline gelirler.
“Karanlık madde Evrendeki baskın madde türü olmasına rağmen, sıradan maddeyle etkileşimleri çok zayıf olduğundan tespit edilmesi çok zordur. Aslında o kadar zayıf ki, karanlık madde doğrudan Dünya’nın içinden, hatta Güneş’in içinden geçebilir.
“Fakat nötron yıldızları farklıdır; o kadar yoğundurlar ki karanlık madde parçacıklarının yıldızla etkileşime girme olasılığı çok daha yüksektir. Eğer karanlık madde parçacıkları yıldızdaki nötronlarla çarpışırsa enerji kaybedecek ve sıkışıp kalacaklar. Zamanla bu, yıldızda karanlık maddenin birikmesine yol açacaktır” dedi Profesör Bell.
Melbourne Üniversitesi doktora adayı Michael Virgato, bunun eski, soğuk nötron yıldızlarını gelecekteki gözlemlerin erişebileceği bir seviyeye kadar ısıtmasının, hatta yıldızın çökmesini tetiklemesinin beklendiğini söyledi. Kara delik.
“Enerji aktarımı yeterince hızlı gerçekleşirse, nötron yıldızı ısıtılacaktı. Bunun gerçekleşebilmesi için, karanlık maddenin yıldızda birçok çarpışmaya maruz kalması, karanlık maddenin enerjisinin gittikçe daha fazlasını aktarması ve sonunda tüm enerjinin yıldızda birikmesi gerekir” dedi Bay Virgato.
Bu sürecin ne kadar süreceği daha önce bilinmiyordu çünkü karanlık madde parçacıklarının enerjisi küçüldükçe tekrar etkileşime girme olasılıkları da azalıyor. Sonuç olarak, tüm enerjinin aktarılmasının çok uzun bir zaman alacağı düşünülüyordu; bazen evrenin yaşından daha uzun. Bunun yerine araştırmacılar, enerjinin %99’unun sadece birkaç gün içinde aktarıldığını hesapladılar.
“Bu iyi bir haber çünkü bu, karanlık maddenin nötron yıldızlarını potansiyel olarak tespit edilebilecek bir seviyeye kadar ısıtabileceği anlamına geliyor. Sonuç olarak, soğuk bir nötron yıldızının gözlemlenmesi, karanlık ve düzenli madde arasındaki etkileşimler hakkında hayati bilgiler sağlayacak ve bu bulunması zor maddenin doğasına ışık tutacaktır.
Bay Virgato, “Her yerde bulunan karanlık maddeyi anlamak istiyorsak, evrenimizin gizli maddesinin gerçekte ne olduğunu anlamak için elimizdeki her tekniği kullanmamız kritik önem taşıyor” dedi.
Referans: Nicole F. Bell, Giorgio Busoni, Sandra Robles ve Michael Virgato tarafından yazılan “Nötron yıldızlarında karanlık maddenin termalizasyonu ve yok edilmesi”, 3 Nisan 2024, Kozmoloji ve Astropartikül Fiziği Dergisi.
DOI: 10.1088/1475-7516/2024/04/006
Bu araştırma, ARC Karanlık Madde Parçacık Fiziği Mükemmeliyet Merkezi’nde, aralarında Melbourne Üniversitesi’nden Profesör Nicole Bell ve Michael Virgato’nun, ABD’den Dr. Giorgio Busoni’nin de bulunduğu uluslararası uzmanlardan oluşan bir ekip tarafından yürütüldü. Avustralya Ulusal Üniversitesi ve ABD Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndan Dr. Sandra Robles.