Bilim insanları, galaksi kümelerinin görünmez parçacıkların doğasını anlamak için karanlık madde çarpıştırıcıları olarak kullanılabileceğini söylüyor

Karanlık madde nedir? Astrofizikçiler için bile cevapsız kalan bir sorudur. Bu görünmez parçacıklar evrendeki maddenin çoğunu ve evrenin yaklaşık dörtte birini oluşturur. Evreni bir arada tutan kozmik yapıştırıcı oldukları düşünülüyor, ancak hala ne tür bir parçacık olduklarını bilmiyoruz. Bu sorunun cevabını bulmak, bilinen evrenimizin geçmişi, bugünü ve geleceği hakkında benzeri görülmemiş bir anlayış sağlayabilir.

Northeastern Üniversitesi’ndeki astrofizikçiler tarafından yapılan bir çalışma, bu asırlık soruyu yanıtlamanın potansiyel yeni bir yolunu sunuyor. Araştırma yayınlanan içinde Kraliyet Astronomi Derneği’nin Aylık Duyuruları.

“Evrendeki her şey bir parçacık, bir dalga ve bir alandır, bu yüzden temel [assumption] “Karanlık madde bir parçacık olmalı,” diyor fizik yardımcı doçenti ve makalenin yazarı Jacqueline McCleary. “Soru, ne tür bir parçacık olduğudur, çünkü parçacık çok belirsizdir.”

Makalede ortaya konulan yöntem, karanlık maddenin kendisiyle etkileşime girdiğinde ne olduğunu gözlemlemek için dev doğal karanlık madde çarpıştırıcıları olarak birleşen galaksi gruplarını kullanmayı içerir. Karanlık maddenin doğasını anlamada büyük bir zorluğun üstesinden gelmeye çalışır: Dünya’da pek bir şey yapamayız.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi güçlü parçacık hızlandırıcılar, bilim insanlarının yüksek enerjili parçacık çarpışmaları yoluyla normal maddenin doğasını anlamalarına yardımcı oldu, ancak karanlık madde aynı şekilde manipüle edilemiyor.

McCleary, karanlık maddenin sıradan madde gibi uzayı kapladığını ancak ışık onunla etkileşime girmediği için esasen gözlerimiz için görünmez olduğunu söylüyor. Ancak yine de evren üzerinde ölçülebilir bir etkisi var. Bilim insanları, evrenin her yerinde var olan, çoğu normal maddeyi çeken ve hatta galaksilerin oluşmasına ve büyümesine yardımcı olan devasa, ağ benzeri bir karanlık madde dizisi olduğuna inanıyor.

Dünya’ya bağlı ekipmanlara güvenmek yerine, bu araştırmacılar yardım için kozmosa yöneldiler. Bu durumda, bu, kütle çekim kuvvetleri tarafından bir araya getirilmiş galaksi grupları olan galaksi kümelerini gözlemlemeyi içerir.

“Galaksi kümeleri de karanlık madde tarafından domine ediliyor,” diyor McCleary. “Kütlelerinin yüzde seksen ila doksanı karanlık maddedir ve bir nesne ne kadar büyükse, bileşen karanlık madde parçacıkları o kadar hızlı hareket eder. Esasen çok yüksek enerjili çarpışmaları inceliyorsunuz.”

Çeşitli teoriler karanlık maddenin elektromanyetik kuvvet taşıyan bir foton, ultra hafif bir nötrino veya hatta minik bir kara delik olduğunu ileri sürmüştür. McCleary’nin söylediğine göre, şu anda tercih edilen teori karanlık maddenin bir WIMP veya zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacık olduğudur. Adından da anlaşılacağı gibi bunlar birbirleriyle ve normal maddeyle zayıf kuvvetle etkileşime giren varsayımsal büyük, ağır, yavaş hareket eden parçacıklardır.

“Yer tabanlı parçacık algılama deneyleri yaklaşık 20 yıldır devam ediyor ve henüz hiçbir şey ortaya çıkmadı,” diyor McCleary. “Bunun bizi işaret ettiği nokta, karanlık maddenin muhtemelen düşündüğümüz kadar sıkıcı bir parçacık olmadığıdır. Muhtemelen saf bir WIMP değildir, yoksa şimdiye kadar bulmuş olurduk. Bu bizi karanlık maddenin ne olabileceğine dair diğer parçacık modellerine bakmaya motive etti.”

Bu makalede ortaya konulan alternatif model, bu galaksi kümeleri ve karanlık maddeleri yeterli kuvvetle çarpışırsa, karanlık maddenin kendisiyle etkileşime girdiğini gözlemlemenin mümkün olması gerektiğini ileri sürer. McCleary ve araştırma ekibinin diğer üyeleri, bu etkileşimleri, parçacıklar arasındaki fiziksel etkileşimleri modelleyebilen büyük ölçekli bilgisayar programları olan hidrodinamik simülasyonlar kullanarak modellediler. Bu durumda, bu, karanlık madde, yıldızlar ve gazın nasıl etkileşime gireceğine dair fiziksel modeller kodlamak anlamına geliyordu.

Karanlık madde çarpışmalarını izlemek, bilim insanlarının karanlık madde sorusuna cevap bulma arayışlarını geliştirmelerine yardımcı olacak bazı temel parçacık özelliklerini belirlemelerine yardımcı olabilir.

McCleary, “Eğer bir miktar kendi kendine etkileşimi ölçebilirseniz veya bir üst sınır koyabilirseniz, karanlık maddenin olabileceği parçacık sınıflarını dışlamış veya hükmetmiş olursunuz” diyor.

“Eğer bir miktar kendi kendine etkileşimi ölçerseniz, o zaman başka bir parçacık sınıfı getirirsiniz. Başka bir teori sınıfına izin verirsiniz. Bu makalenin söylediği bir diğer şey de, diyelim ki birleşen 100 galaksi kümesini incelerseniz, karanlık maddenin kendi kendine etkileşimini bir eşiğe kadar ölçme şansınız olduğudur.”

“İlk başta mantık dışı görünüyor çünkü her zaman olumlu bir cevap istiyoruz: Bu nedir?” diyor McCleary. “Ama bu durumda, bir nevi, bu ne değil demek zorunda kalıyoruz. Bu bir eleme süreci.”

Bu hikaye Northeastern Global News izniyle yeniden yayınlanmaktadır haberler.northeastern.edu.