Karanlık madde ışıkla ya da sıradan maddeyle etkileşime girmiyor, bu da onu neredeyse “görünmez” kılıyor. Ancak bilim insanları karanlık maddenin kendisiyle etkileşime girip girmediğinden emin değiller. Yeni bir çalışma, karanlık maddeyi oluşturan parçacıkların birbirleriyle gerçekten etkileşime girmesi durumunda galaksi kümelerinin karanlık madde için “doğal çarpıştırıcılar” olarak kullanılabileceğini öne sürüyor.
Galaksi kümeleri karanlık maddeyle doludur ve gökbilimciler, kendisiyle etkileşime giren karanlık maddenin olası işaretlerini tespit etmek için bunların çarpışma yerlerini inceleyebilirler. Böyle bir ipucu, karanlık maddenin bileşimini açığa çıkarmayacak olsa da, kendi kendine etkileşime izin vermeyen karanlık madde modellerinin ortadan kaldırılmasına yardımcı olacak ve araştırmacıları gerçek karanlık madde adayına yaklaştıracak.
“Galaksi kümelerine de karanlık madde hakimdir. Kütlelerinin %80 ila 90’ını oluşturur ve nesne ne kadar büyük olursa, onu oluşturan karanlık madde parçacıkları da o kadar hızlı hareket eder. Northeastern Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Jacqueline McCleary, “Aslında çok yüksek enerjilerdeki çarpışmalar üzerinde çalışıyorsunuz” dedi.
Etkileşim eksikliği, karanlık maddenin anlaşılmasının bu kadar zor olmasının nedenlerinden biridir. Karanlık madde, maddi evrenin %80’inden fazlasını oluşturmasına ve galaksilerin birbirinden ayrılmasını engelleyen çekimsel etkiyi sağlamasına rağmen, ışıkla etkileşime girmediği için neredeyse görünmezdir. Benzer şekilde, karanlık madde parçacıkları da uzay hayaletleri gibi madde parçacıklarının arasından kayar.
Bu “anti-sosyal” özellikler, bilim adamlarının, karanlık maddenin atomlardan, ışıkla ve birbirleriyle etkileşime giren elektronlardan, protonlardan ve nötronlardan oluşmadığını fark etmelerine yol açtı. Bu durum, geçerli bir aday karanlık madde parçacığı arayışına yol açtı.
“Evrendeki her şey bir parçacık, bir dalga ve bir alandır, dolayısıyla temel varsayım, karanlık maddenin bir parçacık olması gerektiğidir. McCleary, “Parçacık” çok belirsiz bir kavram olduğu için asıl soru bunun ne tür bir parçacık olduğudur” dedi.
Parçacık adayları, varsayımsal “zayıf etkileşime giren büyük kütleli parçacıklar” veya WIMPS’ten, “devasa kompakt halo nesnelere” veya MACHO’lara, eksenler veya steril nötrinolar adı verilen küçük, neredeyse kütlesiz parçacıklara kadar uzanır. Büyük Patlama’dan kalan ve ilkel kara delikler olarak adlandırılan çok küçük kara deliklerin bile karanlık madde adayı olduğu düşünülüyor.
Sorun şu ki, bu şüphelilerin tümü tespit edilemiyor ve bu nedenle varsayımsal kalıyor. Karanlık maddenin hayalet doğası, karanlık madde parçacıklarını Dünya üzerindeki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) gibi bir parçacık hızlandırıcıya yükleyemeyeceğimiz, onları çarpıştıramayacağımız ve bileşimlerini belirleyemeyeceğimiz anlamına gelir.
LHC, protonları bölerek ve ortaya çıkan parçacık akışlarını gözlemleyerek standart parçacık fiziği modelinin bazı sırlarını çözmüş olsa da, bu modelin ötesinde yer alan karanlık madde, dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısının ulaşamayacağı bir yerde görünüyor.
Karanlık maddenin varlığını gerçekten anlamanın tek yolu, onun dahil olduğu tek etkileşime bakmaktır. Karanlık maddenin kütlesi var ve bu nedenle uzay-zamanı büküyor, bu da ona kütleçekimsel bir etki sağlıyor. Bu etki maddenin ve ışığın hareketini belirleyebilir ve bu tespit edilebilir. Bu dolaylı yaklaşım sayesinde galaksilerin devasa karanlık madde haleleriyle çevrili olduğunu ve karanlık maddenin galaksilerin çekirdeklerinin yakınında da büyük miktarlarda bulunduğunu biliyoruz.
Bilim adamları ayrıca galaksilerin bir araya gelmesinin, evrene yayılan karanlık maddenin etkisinin bir sonucu olduğunu da öne sürüyorlar. Aynı zamanda, kütleçekimsel etkisi normal maddeyi çektiği için tek tek galaksilerin kütle kazanmasına ve büyümesine yardımcı olur.
McCleary ve meslektaşları yapay parçacık hızlandırıcıyı bırakıp doğal olanı tercih etmeyi önerdiler. Galaksi kümeleri ve taşıdıkları karanlık madde yeterli kuvvetle çarpışırsa, tespit edilebilir karanlık madde etkileşimlerinin meydana gelebileceğini düşünüyorlar; eğer karanlık madde gerçekten kendisiyle etkileşime giriyorsa.
Bu etkileşimler, karanlık madde parçacıklarının çarpışıp birbirine çarpması kadar basit olabilir veya karşılıklı yok oluş ve enerji patlamasıyla sonuçlanabilir. Parçacıklar ve antiparçacıklar (örneğin bir elektron ve onun pozitron adı verilen antiparçacığı) karşılaştığında, birbirlerini yok ederler ve içerdikleri enerji açığa çıkar. Bazı karanlık madde modelleri onun kendi antiparçacığı olduğunu öne sürüyor ve eğer öyleyse, o zaman karanlık madde parçacıklarının çarpışması onların karşılıklı yok olmasına ve enerjinin açığa çıkmasına yol açabilir.
Karanlık maddeyi tespit etmenin bu yöntemi, bu geniş gökada gruplarından ikisinin buluşup birbirleriyle çarpışmasına bağlı olacaktır. Böyle bir ipucu bize karanlık maddenin hangi parçacıklardan oluştuğunu tam olarak söylemese de, kendi kendine etkileşime izin vermeyen karanlık madde modellerini elemeye yardımcı olacak ve araştırmacıları gerçek karanlık madde adayına yaklaştıracak.