Kozmik şafakta karanlık maddeyi gözlemlemek

Karanlık maddeye dair neredeyse bir asırlık spekülasyon, öneri ve araştırmaların ardından fizikçiler, onun şu anda evrenin kütle enerjisinin yaklaşık %27’sini oluşturduğunu ve sizin gibi sıradan maddelerden, okyanuslardan ve ötegezegenlerden beş kat daha fazla bir bolluğa sahip olduğunu biliyorlar.

Evrendeki maddenin çoğu karanlıktır. Büyük ölçeklerde soğuktur ve tanıdığımız hiçbir şeyle çarpışmaz, dolayısıyla buna “soğuk karanlık madde” adı verilir. Evrenin büyük ölçekli yapısını açıklayabilecek birçok aday öne sürüldü, ancak hiçbiri deneylerle kanıtlanamadı.

Ancak daha küçük ölçeklerde karanlık madde farklı olabilir ve özellikle erken evrende farklı izler bırakabilir. Elbette bunları gözlemlemek daha zordur.

Protonlar ve nötronlar gibi baryonlar da erken evrende mevcuttu ve bunların etkilerinin mevcut olan herhangi bir karanlık maddeden ayırt edilmesi gerekiyor; her ikisi de daha küçük yapıların oluşumunu etkileyecektir.

Bir dizi tutarsızlık var olmak Galaktik ve galaktik altı mesafelerde ve tüm bu tutarsızlıkların soğuk karanlık madde senaryosunu korurken baryon fiziği ile açıklanıp açıklanamayacağı bilinmiyor. Bir megaparsek veya daha az uzunluk ölçeklerinde ve 100 milyar güneş kütlesinden daha küçük kütle ölçeklerinde bu kanıtladı bunu yapmak kolay değil.

Danimarka’daki Kopenhag Üniversitesi’nden Jo Verwohlt liderliğindeki bir grup, hidrojen spektrumunda, şu anda evrenin en uzak ucunda bulunan ilk yıldızlardan ve galaksilerden gelen, derinden kırmızıya kayan bir çizgi kullanarak karanlık maddeyi açığa çıkarabilecek bir yol olduğunu gösterdi. evren. Onların çalışmaları dergide görünüyor Fiziksel İnceleme D.

Karanlık madde hakkındaki bazı fikirler, onun karanlık elektromanyetizma veya karanlık fotonlar olarak da bilinen karanlık radyasyonla etkileşime girdiğini öne sürüyor. Fotonlar elektromanyetik kuvvetlerde değiş tokuş edildiğinden, karanlık madde parçacıkları arasındaki etkileşimlere karanlık radyasyon aracılık edecektir.

Tıpkı karanlık madde gibi, karanlık radyasyon da Standart Modelin diğer kuvvetleriyle, yani zayıf kuvvet ve güçlü kuvvetle etkileşime girmeyecektir. Karanlık radyasyonun var olup olmadığı bilinmiyor; adaylardan biri, eğer varsa, steril bir nötrinodur.

Sıcak karanlık radyasyon karanlık maddeyle etkileşime girerek sıcaklığını yükselttiğinden, karanlık radyasyon yoğun erken evreni ısıtmış olabilir. Isınma, büyük karanlık madde konsantrasyonlarının, karanlık maddenin yerçekimsel olarak bağlı olduğu ve evrenin genişlemesinden ayrıldığı, yerel olarak birbirine bağlandığı ve bunun yerine bir bütün olarak genişlediği varsayımsal bölgeler olan “karanlık madde haleleri” oluşturması için yeterli olabilir. günümüzün galaksileri ve kümeleri gibi.

Bu haleler, geçici ve tekrar tekrar yerçekimsel olarak çökmeye, “karanlık akustik salınımlar” adı verilen döngülere direnecektir; akustik çünkü bunlar, tıpkı ses dalgalarının havanın veya başka bir sıvının yoğunluğundaki dalgalanmalar olması gibi, yoğunluktaki dalgalanmalardır.

Bu karanlık madde döngüleri hızlı bir şekilde yok olacaktı, ancak ilk önce halelerin içine çekilen ilkel gazdan ilk sıradan madde galaksilerinin oluştuğu “kozmik şafağın” başlangıcını etkilemiş olacaktı.

Verwohlt ve ekibi “z > 10’da 21 cm’lik güç spektrumunu kullanarak karanlık maddenin özelliklerini ne kadar iyi ölçebileceğimizi” araştırdı. (“z”, gökbilimcilerin başka bir nesnenin veya bölgenin, göreli hızları içeren Doppler etkisi olan kozmik genişleme nedeniyle bizden ne kadar hızlı uzaklaştığını belirtmek için kullandıkları kırmızıya kayma parametresidir. z=10 olan bölge, hızın %99,8’i oranında genişliyor Dünya’dan uzaktaki ışık.)

Kozmik şafak etrafındaki koşullar 21 cm’lik ışığı etkileyecektir. (Bir proton ve bir elektrona sahip nötr bir hidrojen atomu, her iki parçacığın da aynı yönde dönüşlere sahip olduğu bir durumdan, elektron dönüşünün değişmemiş proton dönüşünün tersi olduğu bir duruma geçtiğinde 21 cm’lik ışık yayılır; sözde aşırı ince döndürme-döndürme geçişi.)

Başlangıçta, kozmik mikrodalga arka plan ışınından gelen 21 cm’lik fotonların galaksiler arasındaki ortamdaki nötr hidrojen atomları tarafından net bir soğurulması (veya emisyonu) söz konusu olacaktı.

“Böylece 21 cm’lik sinyalin evrimi (hem küresel hem de dalgalanmalar), küçük ölçeklerde karanlık madde sönümlemesinin varlığını anlamak için kullanılabilir” diye yazdılar.

Bir “kullandılar”etkili yapı oluşumu teorisiBu, karanlık maddenin neredeyse tüm mikrofiziksel modellerinde kozmolojik yapının oluşumunun belirlenmesini ve diğer fiziksel süreç modellerinin 21 cm’lik sinyali yıldız oluşum hızı yoğunluğuna bağlamasını sağlar.

Nihai sonuçları şunu buldu: HERA radyo teleskopu Güney Afrika’da, karanlık akustik salınımların var olup olmadığını belirlemek ve birkaç farklı karanlık model modeli arasında ayrım yapmak için kırmızıya kayan 21 santimetrelik çizgiyi gözlemlemek neredeyse bir buçuk yıl sürecektir.

© 2024 Science X Ağı