Fizikçilerden oluşan bir ekibe göre, evrenin karanlık maddesini oluşturabilecek varsayımsal bir parçacık, evrendeki en yoğun nesnelerden bazıları olan nötron yıldızları tarafından üretilebilir ve onların etrafında asılı kalabilir.
Parçacıklar, evrendeki maddenin dörtte birinden fazlasını oluşturan gizemli madde olan karanlık madde için önerilen birkaç adaydan biri olan eksenlerdir. Amsterdam, Princeton ve Oxford üniversitelerinden bir araştırma ekibi, eksenlerin, ölü yıldızların inanılmaz derecede yoğun, çökmüş kalıntıları olan nötron yıldızlarının etrafında bulutlar oluşturabileceğini öne sürüyor. Bulgu, araştırmacıların karanlık madde için astrofiziksel araştırmalara odaklanabilecekleri yeni bir alan sunarken, bir yandan da radyo teleskopunun uzaydaki potansiyel faydasını vurguluyor.
Olası karanlık madde fabrikaları
Ekip, nötron yıldızlarının içinde üretilen bazı eksenlerin fotonlara dönüşerek uzaya kaçabileceğini öne sürüyor. Ancak bu parçacıkların birçoğu yıldızın yerçekimi tarafından sıkışıp kalacak ve nötron yıldızının etrafında aksiyonik bir bulut oluşturacaktır. Grubun bu fikri açıklayan araştırması yakın zamanda yapıldı. yayınlandı içinde Fiziksel İnceleme X ve onları üreten nötron yıldızlarının çekim alanlarından kaçabilen eksenleri araştıran ekibin daha önceki bir çalışmasının devamı niteliğinde.
“Bir şey gördüğümüzde, elektromanyetik dalgalar (ışık) bir nesneden yansıyor ve gözümüze çarpıyor. Bizim eksenleri ‘görme’ şeklimiz biraz farklı,” dedi Princeton Teorik Bilim Merkezi’nde araştırma bilimcisi ve makalenin ortak yazarı Anirudh Prabhu, Gizmodo’ya gönderdiği bir e-postada. “Işık eksenlerden ‘sekebilir’ ama bu süreç son derece nadirdir. Eksenleri tespit etmenin daha yaygın yolu, güçlü bir manyetik alanın varlığında eksenlerin ışığa dönüşmesine (ve tam tersi) izin veren Primakoff etkisidir.”
Bazı nötron yıldızları evrendeki en manyetik nesneler arasında olabilir ve bu nedenle özel bir etiketle anılırlar: magnetarlar. Prabhu, bu son derece mıknatıslanmış ortamın, eksenlerin ışığa dönüşmesi için verimli üreme alanları olduğunu ve bunun daha sonra uzay tabanlı teleskoplar tarafından tespit edilebileceğini söyledi.
Evrendeki karanlık madde ve eksen dalgaları
Karanlık madde her şeyi kapsayan isimdir Eşyaların %27’si Evrende bilim adamlarının doğrudan gözlemleyemediği bir şey var çünkü ışık yaymıyor ve sıradan maddeyle yalnızca yerçekimsel etkileşimler yoluyla etkileşime giriyor gibi görünüyor. Diğer adaylar arasında Zayıf Etkileşen Büyük Parçacıklar (veya WIMP’ler), karanlık fotonlar ve ilkel kara delikler yer alıyor. Aksiyonlar başlangıçta parçacık fiziğindeki bir soruna çözüm olarak önerildi: Temel olarak, nötronun tahmin edilen bazı özellikleri doğada gözlemlenmiyor. Bir temizlik ürünü markasından gelen axions adı da buradan gelir. Sonuçta eksen, parçacık fiziğinin Standart Modeli etrafında ortaya çıkan bazı kötü bilmeceleri temizlemenin bir yolu olarak önerildi. Geçtiğimiz yıl, farklı bir araştırmacı ekibi, Einstein halkalarını (ışığın yerçekimi tarafından güçlü bir şekilde büküldüğü ve uzayda görünür bir “halka” oluşturduğu uzay alanları) inceledi ve eksenlerin karanlık madde adayı olduğunu destekleyen kanıtlar buldu.
Prabhu, eksenleri dönüştürerek üretilen elektromanyetik dalgaların (yani ışık), bir inçten yarım mil (bir kilometre) uzunluğa kadar dalga boylarına sahip olabileceğini kaydetti. Ancak Dünya’nın iyonosferi, Dünya merkezli teleskoplardan gelen çok uzun dalga boylarını engelliyor, bu nedenle uzay merkezli gözlemevleri, eksenlerin kanıtlarını tespit etmek için en iyi şansımız olabilir.
Nötron yıldızları ve eksenlerin bir geçmişi vardır
UC Berkeley’de parçacık fiziği uzmanı olan Benjamin Safdi, “Aksiyon fiziği alanında, manyetik alanlara paralel, zamanla değişen büyük elektrik alanlarınız varsa, eksen üretmek için ideal koşulları elde edeceğiniz iyice yerleşmiştir” dedi. Gizmodo’ya gönderilen bir e-postada son makaleye bağlı. “Geçmişe bakıldığında, eğer bu süreç pulsarlarda meydana gelirse, üretilen eksenlerin büyük bir kısmının, nötron yıldızının güçlü yerçekimi nedeniyle yerçekimsel olarak bağlı olabileceği açık ve nettir. Yazarlar bunu işaret ettikleri için büyük bir övgüyü hak ediyorlar.”
Safdi, 2021’de bir kitabın ortak yazarlığını yaptı kağıt kendi galaksimizdeki bir grup nötron yıldızı olan Muhteşem Yedili’de eksenlerin üretilebileceğini öne sürüyor. Muhteşem Yedili, yüksek frekanslı X-ışınları üretiyor ve ekip, fotonlara dönüşen eksenlerin, bazı teleskoplar tarafından gözlemlenenlere benzer X-ışınları üretebileceğini öne sürdü. Ancak son ekip, bu nötron yıldızlarının çekirdeklerinde üretilen eksenlerin çoğunun kaynağa daha yakın kaldığını ve milyarlarca olmasa da yüz milyonlarca yıl boyunca büyük bir nüfus oluşturduğunu söyledi.
Ekip makalede şöyle yazdı: “Bu eksenler astrofiziksel zaman ölçeklerinde birikerek yıldızın etrafında yoğun bir ‘eksen bulutu’ oluşturuyor.” “Bu sistemlerdeki sistematik belirsizliklerin daha derin bir şekilde anlaşılması gerekli olsa da, mevcut tahminlerimiz mevcut radyo teleskoplarının eksen-foton eşleşmesine karşı hassasiyeti büyüklük sırasına göre artırabileceğini ileri sürüyor.”
“Ancak bu çalışmada sunulan hesaplamalarda pek çok belirsizlik var; bu yazarların hatası değil; Bu sadece zor ve dinamik bir sorundur” diye ekledi Safdi. “Ayrıca, nötron yıldızı popülasyonunun daha iyi modellenmesi ve mevcut ve gelecek araçlarla hassasiyetin tahmin edilmesi de dahil olmak üzere, bu sinyalin tespit edilme olasılıkları üzerinde daha kapsamlı çalışmalar görmek isterim.”
Peki karanlık maddeyi nasıl tespit edip tanımlayabiliriz?
Ancak uzaydaki son teknoloji teleskoplar radyo teleskopları değil. 2021’de fırlatılan Webb Uzay Teleskobu, kızılötesi ve yakın kızılötesi dalga boylarında görebildiğimiz en eski ışıklardan bazılarını gözlemliyor. ESA’nın, evrenin karanlık maddesine ilişkin anlayışımızı geliştirmek amacıyla geçen yıl fırlatılan Öklid Uzay Teleskobu da evreni kızılötesinde görüyor. Aslında, radyo tabanlı bir gözlemevi için en ilgi çekici seçeneklerden biri, Ay Krateri Radyo Teleskobu’dur (LCRT), ki bu da tam olarak neye benzediğine benziyor: karanlıkta bir ay kraterinden bir çanak oluşturabilecek devasa bir radyo teleskopu. Ay’ın tarafı.
Safdi, “Axionlar yeni fizik için elimizdeki en iyi seçeneklerden biri” dedi, ancak “sıradan maddeyle zayıf etkileşimleri göz önüne alındığında araştırmalarının oldukça zor olduğu biliniyor.”
“Bu zayıf etkileşimler, nötron yıldızı manyetosferlerinde bulunanlar gibi aşırı astrofiziksel ortamlarda büyütülebilir” diye ekledi. “Böyle bir çalışma, keşfe giden yolu kolayca açabilir.”
Dünya’da harika işler yapan çok sayıda radyo teleskop var – MeerKAT, Çok Büyük Teleskop ve ALMA bunlardan birkaçı – ancak aksiyonik dalgaları görme şansına sahip olmak istiyorsak yeni bir uzay tabanlı göreve ihtiyacımız olacak gibi görünüyor . Baskı yok, NASA kasası!