1960'larda “Genel Göreliliğin Altın Çağı” ndan beri bilim adamları, Evrenin büyük bir kısmının “Karanlık Madde” olarak bilinen gizemli, görünmez bir kütleden oluştuğunu iddia ettiler. O zamandan beri, bilim adamları bu gizemi çift yönlü bir yaklaşımla çözmeye çalıştılar. Bir yandan, astrofizikçiler bu kitleyi açıklayabilecek bir aday parçacık bulmaya çalıştılar.
Öte yandan, astrofizikçiler Karanlık Maddenin davranışını açıklayabilecek teorik bir temel bulmaya çalıştılar. Şimdiye kadar, tartışma “sıcak” ya da “soğuk” olup olmadığı ve soğukluğun göreceli sadeliği nedeniyle bir kenardan zevk alması üzerine odaklandı. Ancak, Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi (CfA) tarafından yürütülen yeni bir çalışma
Bu, etkileşimli Karanlık Madde içeren bir Evren modeli kullanarak galaksi oluşumunun kozmolojik simülasyonlarına dayanıyordu. Simülasyonlar CfA, MIT’in Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü, Leibniz Astrofizik Potsdam Enstitüsü ve çok sayıda üniversiteden uluslararası bir araştırma ekibi tarafından gerçekleştirildi. Çalışma son zamanlarda Kraliyet Astronomi Derneği Aylık Bildirimleri.
Aşağı doğru geldiğinde, Karanlık Madde uygun şekilde adlandırılır. Yeni başlayanlar için, Evren'in kütlesinin yaklaşık% 84'ünü oluşturur, ancak ışığı ya da bilinen herhangi bir radyasyon formunu yalamaz, ya da yansıtmaz. İkincisi, elektromanyetik yükü yoktur ve dört temel kuvvetten en zayıf olan yerçekimi hariç diğer maddelerle etkileşime girmez.
Üçüncüsü, gizemli doğasına katkıda bulunan atomlardan veya normal yapı taşlarından (elektronlar, protonlar ve nötronlar) oluşmaz. Sonuç olarak, bilim adamları, bunun Evren yasalarıyla tutarlı olan ancak geleneksel parçacık fiziği araştırmalarında ortaya çıkmayan yeni bir tür maddeden yapılması gerektiğini teorize ediyorlar.
Gerçek doğası ne olursa olsun, Dark Matter, Big Bang'den sonraki yaklaşık 1 milyar yıldan beri kozmosun evrimi üzerinde derin bir etkiye sahipti. Aslında, galaksilerin oluşumundan Kozmik Mikrodalga Arkaplan (SPK) radyasyonunun dağılımına kadar her şeyde önemli bir rol oynadığına inanılmaktadır.
Dahası, Dark Matter'in oynadığı rolü dikkate alan kozmolojik modeller, bu çok farklı iki kozmik yapının gözlemleriyle desteklenmektedir. Ayrıca, evrenin genişleme hızı gibi kozmik parametrelerle tutarlıdırlar; bu, kendisi gizemli, görünmez bir kuvvetten (“Karanlık Enerji” olarak bilinir) etkilenir.
Şu anda, en yaygın olarak kabul edilen Dark Matter modelleri, yerçekimi etkisinin ötesinde başka bir madde veya radyasyonla (kendisi dahil) etkileşmediğini, yani “soğuk” olduğunu varsaymaktadır. Bu, LCDM kozmolojik modeli biçiminde Karanlık Enerji (Lambda tarafından temsil edilen) teorisi ile birleştirilen Soğuk Karanlık Madde (CDM) senaryosu olarak bilinir.
Karanlık Maddenin bu teorik şekli aynı zamanda
“[CDM] en iyi test edilmiş ve tercih edilen modeldir. Bunun nedeni, son kırk yıldır, insanların standart paradigma olarak soğuk Karanlık Maddeyi kullanarak tahminler yapmak için çok çalıştıklarıdır - bunlar daha sonra gerçek verilerle karşılaştırılmıştır - genel olarak, bu modelin çok çeşitli ölçeklerde geniş bir yelpazede gözlenen fenomenler üretir. ”
Açıkladığı gibi, soğuk Karanlık Madde senaryosu, kozmik evrimin sayısal simülasyonları “sıcak Karanlık Madde” - bu durumda nötrino kullanarak yapıldıktan sonra öncü oldu. Bunlar atomik parçacıklardır.
Bu simülasyonlar, tahmin edilen dağılımların bugün Evren'e benzemediğini gösterdi. ” “Bu nedenle, zıt sınır göz önüne alınmaya başlandı, doğduklarında neredeyse hiç hıza sahip olmayan parçacıklar (aka.“ Soğuk ”). Bu adayı içeren simülasyonlar Evrenin modern gözlemlerine çok daha fazla uymaktadır.
“Gökbilimciler daha önce olduğu gibi aynı gökada kümeleme testlerini yaptıktan sonra, simüle edilen ve gözlemlenen evrenler arasında şaşırtıcı bir anlaşma buldular. Sonraki yıllarda, soğuk parçacık sadece gökada kümelenmesinden daha titiz, önemsiz olmayan testlerle test edildi ve genellikle bunların her birini uçan renklerle geçti. ”
Bir başka temyiz kaynağı, soğuk Karanlık Maddenin (en azından teorik olarak) doğrudan veya dolaylı olarak algılanabilmesidir. Bununla birlikte, şimdiye kadar tek bir parçacığı saptamaya yönelik tüm girişimler başarısız olduğu için CDM sorun yaşar. Bu nedenle, kozmologlar, diğer maddelerle daha da küçük etkileşim seviyelerine sahip olabilecek diğer olası adayları dikkate aldılar.
CfA ile bir gökbilimci olan Sownak Bose, araştırmacı ekibiyle belirlemeye çalıştı. Çalışmaları uğruna “sıcak” bir Kara Madde adayına odaklandılar. Bu tip parçacık, daha etkileşimli “sıcak” çeşitten daha az olsa da, ışık hızına yaklaşan çok hafif parçacıklarla ustaca etkileşime girebilir.
Özellikle, HDM senaryosunun eski öncüsü olan nötrinolarla etkileşime girebilir. Nötrinoların sıcak erken Evren sırasında çok yaygın olduğu düşünülmektedir, bu nedenle etkileşen Kara Maddenin varlığının güçlü bir etkisi olacaktır.
“Bu model sınıfında, Kara Madde parçacığının fotonlar veya nötrinolar gibi ışıma türleriyle sınırlı (fakat zayıf) bir etkileşime sahip olmasına izin verilir,” dedi Dr. Bose. “Bu bağlantı, Evrenin of topluluğuna erken zamanlarda oldukça benzersiz bir iz bırakıyor; bu, Karanlık Madde soğuk bir parçacık olsaydı beklenenden çok farklı.”
Bunu test etmek için, ekip Harvard ve İzlanda Üniversitesi'ndeki süper hesaplama tesislerinde son teknoloji kozmolojik simülasyonlar yürüttü. Bu simülasyonlar, galaksi oluşumunun Büyük Patlama'dan yaklaşık 1 milyardan 14 milyar yıla (kabaca şimdiki zaman) hem sıcak hem de Karanlık Maddenin varlığından nasıl etkileneceğini düşündü. Dr. Bose şunları söyledi:
“14 milyar yıllık evrimin ardından bu Evrenin nasıl görünebileceğinin farkına varmak için bilgisayar simülasyonları yaptık. Karanlık Madde bileşenini modellemeye ek olarak, yıldız oluşumu, süpernova ve kara deliklerin etkileri, metallerin oluşumu için son teknoloji reçeteleri de dahil ettik. vb.”
Ekip daha sonra sonuçları birbirinden ayıracak karakteristik imzaları belirlemek için birbirleriyle karşılaştırdı. Buldukları şey, birçok simülasyon için bu etkileşimli Karanlık Maddenin etkilerinin fark edilemeyecek kadar küçük olmasıydı. Ancak, bazı uzak yollardan, özellikle uzak galaksilerin uzaya dağılması şeklinde mevcutlardı.
Bu gözlem özellikle ilginçtir çünkü gelecekte yeni nesil enstrümanlar kullanılarak test edilebilir. Dr.Bose, “Bunu yapmanın yolu, bu evrenin hidrojen gazının dağılımına bakarak erken zamanlardaki yüceliğini haritalamaktır” dedi. “Gözlemsel olarak, bu köklü bir teknik: uzak galaksilerin (genellikle kuasarlar) spektrumlarına bakarak erken evrendeki nötr hidrojeni sorgulayabiliriz.”
Kısacası, uzak galaksilerden bize seyahat eden ışık galaksiler arası ortamdan geçmek zorundadır. Araya giren ortamda çok fazla nötr hidrojen varsa, galaksiden gelen emisyon hatları kısmen emilecek, az varsa engellenmeyecektir. Karanlık Madde gerçekten soğuksa, hidrojen gazının çok daha “lumpier” dağılımı şeklinde ortaya çıkarken, WDM senaryosu salınımlı topaklar ile sonuçlanacaktır.
Şu anda, astronomik enstrümanlar erken Evren'deki hidrojen gazı salınımlarını ölçmek için gerekli çözünürlüğe sahip değildir. Ancak Dr. Bose'un belirttiği gibi, bu araştırma yeni deneyler ve bu gözlemleri yapabilen yeni tesisler için itici güç sağlayabilir.
Örneğin, IR enstrümanı James Webb Uzay Teleskopu (JWST) hidrojen gazı emiliminin dağılımına ilişkin yeni haritalar oluşturmak için kullanılabilir. Bu haritalar etkileşimli Karanlık Maddenin etkisini doğrulayabilir veya aday olarak dışlayabilir. Bu araştırmanın insanlara, halihazırda düşünülmüş olanların ötesinde adayları düşünmeleri için ilham vereceği umulmaktadır.
Sonunda, Dr. Bose, gerçek değerin, bu tür teorik tahminlerin gözlemleri yeni sınırlara taşıyabileceği ve bildiğimizi sandığımızın sınırlarını test edebileceği gerçeğinden geldiğini söyledi. “Ve bilimin hepsi bu kadar,” diye ekledi, “bir tahmin yapmak, onu test etmek için bir yöntem önermek, deneyi gerçekleştirmek ve sonra teoriyi kısıtlamak / dışlamak!”
