Bu NASA Hubble Uzay Teleskobu görüntüsü, yaklaşık 1.000 gökada ve trilyonlarca yıldız içeren dev gökada kümesi Abell 1689’un merkezindeki karanlık maddenin dağılımını gösteriyor. Karanlık madde, evrenin kütlesinin çoğunu oluşturan maddenin görünmez bir şeklidir. Hubble, karanlık maddeyi doğrudan göremez. Gökbilimciler, Abell 1689’un arkasındaki gökadalardan gelen ışığın küme içindeki araya giren madde tarafından bozulduğu kütleçekimsel merceklenmenin etkisini analiz ederek konumunu anladılar. Araştırmacılar, kümedeki karanlık maddenin yerini ve miktarını hesaplamak için 42 arka plan gökadanın 135 mercekli görüntüsünün gözlemlenen konumlarını kullandılar. Hubble’ın Araştırmalar için Gelişmiş Kamerası tarafından çekilen kümenin bir görüntüsünün üzerine, bu çıkarsanan karanlık madde konsantrasyonlarının maviye boyanmış bir haritasını bindirdiler. Kümenin yerçekimi yalnızca görünür gökadalardan gelseydi, merceklenme bozulmaları çok daha zayıf olurdu. Harita, en yoğun karanlık madde yoğunluğunun kümenin çekirdeğinde olduğunu ortaya koyuyor. Abell 1689, Dünya’dan 2,2 milyar ışıkyılı uzaklıkta yaşıyor. Görüntü Haziran 2002’de çekildi. Kredi: NASA, ESA, D. Coe (NASA Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology ve Space Telescope Science Institute), N. Benitez (Institute of Astrophysics of Endülüs, İspanya), T. Broadhurst (Bask Ülkesi Üniversitesi, İspanya) ve H. Ford (Johns Hopkins Üniversitesi)
Karanlık madde, modern fiziğin en büyük gizemlerinden biri olmaya devam ediyor. Var olması gerektiği açıktır, çünkü örneğin karanlık madde olmadan galaksilerin hareketi açıklanamaz. Ancak bir deneyde karanlık maddeyi tespit etmek hiçbir zaman mümkün olmamıştır.
Şu anda, yeni deneyler için pek çok teklif var: Karanlık maddeyi, bir tespit ortamının atom çekirdeğinin bileşenlerinden, yani protonlardan ve nötronlardan saçılması yoluyla doğrudan tespit etmeyi amaçlıyorlar.
Michigan Üniversitesi’nden Robert McGehee ve Aaron Pierce ve Almanya’daki Mainz Johannes Gutenberg Üniversitesi’nden Gilly Elor adlı bir araştırmacı ekibi şimdi karanlık madde için yeni bir aday önerdi: HYPER veya “Yüksek Etkileşimli Parçacık Kalıntıları.”
HYPER modelinde, erken evrende karanlık maddenin oluşumundan bir süre sonra, normal madde ile etkileşiminin gücü aniden artar; karanlık madde.
Karanlık madde sektöründeki yeni çeşitlilik
Ağır karanlık madde parçacıkları veya diğer adıyla WIMPS arayışı henüz başarıya ulaşmadığından, araştırma topluluğu alternatif karanlık madde parçacıkları, özellikle de daha hafif olanlar arıyor. Aynı zamanda, genel olarak karanlık sektörde faz geçişleri beklenir – sonuçta, araştırmacılar, görünür sektörde birkaç tane olduğunu söylüyor. Ancak önceki çalışmalar onları ihmal etme eğilimindeydi.
Doktora sonrası araştırmacı Elor, “Bazı planlanmış deneylerin erişmeyi umduğu kütle aralığı için tutarlı bir karanlık madde modeli yok. Ancak, HYPER modelimiz, bir faz geçişinin aslında karanlık maddenin daha kolay saptanabilir olmasına yardımcı olabileceğini gösteriyor” dedi. JGU’da teorik fizikte.
Uygun bir model için zorluk: Karanlık madde normal madde ile çok güçlü bir şekilde etkileşime girerse, erken evrende oluşan (kesin olarak bilinen) miktarı çok küçük olacaktır ve bu da astrofiziksel gözlemlerle çelişmektedir. Bununla birlikte, tam olarak doğru miktarda üretilirse, etkileşim, günümüz deneylerinde karanlık maddeyi tespit etmek için tersine çok zayıf olacaktır.
McGehee, “HYPER modelinin altında yatan ana fikrimiz, etkileşimin bir kez aniden değişmesidir – böylece her iki dünyanın da en iyisine sahip olabiliriz: doğru miktarda karanlık madde ve onu tespit edebilmemiz için büyük bir etkileşim” dedi.
HB yıldızlarının soğumasından kaynaklanan aracı kütle-nükleon bağlantı düzlemindeki kısıtlamalar [25] ve SN 1987A [12]nadir kaon bozunmalarının yanı sıra [26] (gri gölgeleme). Kredi: Fiziksel İnceleme Mektupları (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.031803
Ve araştırmacılar bunu şu şekilde tasavvur ediyorlar: Parçacık fiziğinde, bir etkileşime genellikle belirli bir parçacık, sözde bir aracı aracılık eder – ve karanlık maddenin normal madde ile etkileşimi de öyle. Etkileşimin gücü kütlesine bağlıdır: Kütle ne kadar büyükse, etkileşim o kadar zayıftır.
Arabulucu, önce doğru miktarda karanlık madde oluşmasını sağlayacak kadar ağır olmalı ve daha sonra karanlık maddenin saptanabilmesi için yeterince hafif olmalıdır. Çözüm: Karanlık maddenin oluşumundan sonra, arabulucunun kütlesinin aniden azaldığı bir faz geçişi oldu.
Pierce, “Böylece, bir yandan karanlık madde miktarı sabit tutulurken, diğer yandan etkileşim, karanlık maddenin doğrudan tespit edilebileceği şekilde artırılıyor veya güçlendiriliyor” dedi.
Yeni model, planlanan deneylerin neredeyse tüm parametre aralığını kapsar
Elor, “HYPER karanlık madde modeli, yeni deneylerin erişilebilir kıldığı neredeyse tüm aralığı kapsayabilir” dedi.
Spesifik olarak, araştırma ekibi ilk önce bir atom çekirdeğinin protonları ve nötronları ile arabulucu aracılı etkileşimin maksimum kesitinin astrofiziksel gözlemler ve belirli parçacık fiziği bozunmaları ile tutarlı olduğunu düşündü. Bir sonraki adım, bu etkileşimi sergileyen bir karanlık madde modeli olup olmadığını düşünmekti.
McGehee, “Ve burada faz geçişi fikrini bulduk” dedi. “Daha sonra evrende var olan karanlık madde miktarını hesapladık ve hesaplamalarımızı kullanarak faz geçişini simüle ettik.”
Sabit miktarda karanlık madde gibi dikkate alınması gereken pek çok kısıtlama vardır.
Elor, “Burada, pek çok senaryoyu sistematik olarak ele almalı ve dahil etmeliyiz, örneğin, arabulucumuzun aniden yeni karanlık madde oluşumuna yol açmamasının gerçekten kesin olup olmadığı sorusunu sormak, ki bu kesinlikle olmamalı,” dedi Elor. . “Ama sonunda, HYPER modelimizin işe yaradığına ikna olduk.”
Araştırma dergide yayınlandı Fiziksel İnceleme Mektupları.
Daha fazla bilgi:
Gilly Elor ve diğerleri, Yüksek Etkileşimli Parçacık Kalıntı Karanlık Madde ile Doğrudan Tespiti En Üst Düzeye Çıkarma, Fiziksel İnceleme Mektupları (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.031803
Alıntı: Karanlık madde için yeni bir model (2023, 23 Ocak), 24 Ocak 2023 tarihinde https://phys.org/news/2023-01-dark.html adresinden alındı.
Bu belge telif haklarına tabidir. Kişisel çalışma veya araştırma amaçlı adil ticaret dışında, yazılı izin olmaksızın hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik sadece bilgilendirme amaçlıdır.
