Araştırma, yeni kozmolojik karanlık madde modeline ışık tutuyor

Newcastle Üniversitesi araştırmacıları, son zamanlarda kozmologların dikkatini çeken yeni bir kozmolojik karanlık madde modeli olan bulanık karanlık maddenin davranışını analiz etmek için ultra soğuk atomik Bose Einstein yoğunlaşmalarından elde edilen bilgileri kullandı.

Bizimki gibi galaksilerin oluştuğu düşünülen yerçekimsel olarak bağlı yapılar olan bulanık karanlık madde halelerinin çekirdeğinin fiziksel durumunun, laboratuvar atomik tuzaklarında oluşan Bose-Einstein yoğunlaşmalarının (BEC) ile aynı olduğunu buldular.

Disiplinlerarası ekip ayrıca, hale çekirdeklerini çevreleyen bulanık karanlık maddenin, tüm hale boyunca tutarlılığı engelleyen girdaplar ve dalgalanmalarla çalkantılı bir durumda olduğunu da buldu. Bu özellikler, bulanık karanlık maddeyi, tutarlı özelliklerin ve kuantum girdaplarının olmadığı daha yaygın kabul gören soğuk karanlık madde modelinden ayırır.

Bilim adamları, bu yeni bulanık karanlık madde modelindeki karanlık madde halelerinin merkezlerinin, tipik soğuk atomik sistemlerde olduğu gibi milyonda bir metreden (mikrometre) fazla değil, binlerce ışıkyılı (on milyona eşdeğer) boyunca uzanan pratik olarak dev BEC’ler olduğunu gösterdi. milyar Kilometre), galaksilerin merkezlerini kapsayan ve tutarlılık adı verilen kuantum sistemlerinin ve BEC’lerin bir özelliğini sergileyen.

Çalışma ayrıca, dış halelerin iç hareketlerini ve oradaki karanlık maddenin kinetik enerjisini de açıklıyor; bu da, çekirdeklerinde karakteristik yoğunluk profillerine sahip kuantum girdaplarının karmaşık bir arapsaçına yol açıyor.

Bulguları dergide yayınlandı Royal Astronomical Society’nin Aylık Bildirimleri.

İki disiplinin buluşması

Kozmoloji, galaksiler ve galaksi kümeleri alemlerinden tüm gözlemlenebilir evrene kadar doğadaki çok büyük ölçeklerle ilgilenir. Kozmologlar evreni gözlemlerler, deney yapamazlar ve ilgilendikleri temel doğal kuvvet yerçekimidir. Bu tür gözlemler, kozmosu oluşturan maddenin çoğunun insanları, gezegenleri ve yıldızları oluşturan maddelerden farklı olduğunu ve daha iyi bir kelime olmadığı için karanlık madde olarak adlandırılan bilinmeyen bir maddeden oluştuğunu ortaya çıkardı.

Öte yandan aşırı soğuk atom fiziği, rubidyum, potasyum ve sodyum gazları gibi atom bulutlarının, dünya çapındaki laboratuvarlarda tipik olarak bir derecenin milyonda biri üzerinde davranışını tanımlar ve dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlarda kuantum doğasını ortaya çıkaran fenomenleri inceler. konu.

Çalışma, sırasıyla kozmoloji ve aşırı soğuk atom fiziği teorisyenleri olan Newcastle Üniversitesi’nden Dr. Gerasimos Rigopoulos ve Profesör Nick Proukakis liderliğindeki bu iki disiplini bir araya getirdi. Ekipte ayrıca konuyla ilgili Marie Curie bursunu yakın zamanda tamamlayan araştırma görevlisi Dr. I-Kang (Gary) Liu, Dr. Alex Soto ve Ph.D. öğrenci Milos Indjin.

Uygulamalı matematikte kıdemli öğretim görevlisi olan Dr. Rigopoulos, “Bulanık karanlık madde zaten birkaç yıldır kozmologlar tarafından inceleniyor, ancak çalışmamız çok daha uzun süredir var olan BEC dinamikleri çalışmasından alınan kavramları uyguladı. BEC’lerle belirli benzerlikler olduğunu ve nihai amacın, bu yeni ve heyecan verici modeli gözlemsel olarak daha iyi test etmenin yollarını bulmak için bu bilgiyi kullanmak olduğunu anlayın.”

“Fizikte disiplinler arası yaklaşımlara her zaman açık olmuşumdur ve bu, bu açıdan ele alınması gereken mükemmel bir problem olmuştur. Ortak bir dil oluşturmak biraz zaman aldı, ancak bu projeyi tasarlarken bile en başından görebildik. konfor alanınızdan çıkıp olaylara yeni bir bakış açısıyla bakmaya çalıştığınızda elde edilecek ödüller vardı. Azmimizin meyvesini verdiğini düşünüyorum ve böyle bir işbirliğinin yapabileceklerinin yalnızca yüzeyini çizdik.”

Kuantum fiziği profesörü ve bu tür kuantum tutarlılık biçimlerinin evrensel özelliklerinin güçlü bir savunucusu olan Profesör Proukakis, “Bose-Einstein yoğunlaşması sergileyen bir sistemin bir başka makul gerçekleşmesini görmek harika. Şimdi, kontrollü laboratuvar ortamlarında bu olguyu ilk kez inceleyenlerin hayal gücünün ötesinde, çok büyük bir sistemle uğraşıyoruz.”

“Kontrollü laboratuvar ayarlarında yerçekimini taklit eden potansiyel bir çekimi yaratmak, üç boyutlu sistemlerde zorlu/bilinmeyen olmaya devam etse de, başlangıçta imkansız gibi görünen benzer zorluklar, sonunda bu tür deneysel sistemlerde karşılandı. Evrendeki madde dağılımının belirli yönlerini taklit eden laboratuvar ortamları yaratmak başlı başına heyecan verici.”

“Üstelik, teorik bir oyun alanı olarak bile, laboratuvar yoğunlaşmalarından elde edilen kapsamlı uzmanlığı denemek ve kozmolojide gelecekteki gözlemsel testleri ummak için yeni bir modelleme sistemine sahip olmak harika.”

Gelecekteki araştırmalar, bulanık karanlık maddenin bu tür özelliklerini gözlemlemenin olası yollarına odaklanacak ve böylece bu modeli daha ayrıntılı gözlemsel inceleme altına alacaktır.

Bilim adamları, bulanık karanlık madde modelini yöneten denklemlerin, atomik gazlar soğudukça laboratuarda Bose-Einstein yoğunlaşmasının nasıl geliştiğini incelemek için kullanılan denklemlerin teorik benzerliğini gösteren bir çalışmayı zaten tamamladıktan sonra, bir dizi takip yayını hazırlıyorlar. mutlak sıfıra yakın.

Şu anda, soğuk atomları tanımlamak, geleneksel soğuk karanlık maddeyi ve yeni bulanık karanlık madde modellerini matematiksel olarak birleştirmek için tasarlanan yerleşik teorilerden gelen içgörüleri kullanıyorlar ve aynı zamanda bu tür bulguların çıkarımlarını ve uzun vadede gözlemsel araştırmalarını araştırıyorlar. .