Fotoğraf kredisi: Berkeley
Karanlık madde, her galaksiyi çevreleyen görünmez bir malzeme halidir. Şimdiye kadar, gökbilimciler karanlık maddenin muhtemelen uzayda eşit bir parçacık sisi oluşturduğuna inanıyorlardı, ancak UC Berkeley ve MIT'den araştırmacılar, karanlık maddenin nasıl daha büyük malzeme yığınlarına karışabileceğine dair bir bilgisayar simülasyonu oluşturdular.
Evrenin hala tespit edilmeyen dörtte birini içeren “karanlık madde” üniform bir kozmik sis değil, astrofizikçi bir Kaliforniya Üniversitesi Berkeley, bunun yerine bir şaftta dans eden toz mote gibi hareket eden yoğun kümeler oluşturduğunu söylüyor. Işık.
Bu hafta Fiziksel İnceleme D'ye gönderilen bir makalede UC Berkeley'de astronomi doçenti olan Chung-Pei Ma ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) Edmund Bertschinger, karanlık madde kümelerinin hareketinin modellenebileceğini kanıtladı hava kaynaklı toz veya polenin Brown hareketine benzer bir yol.
Bulguları astrofizikçilere karanlık maddenin bu hayalet evreninin evrimini hesaplamak ve gözlemlenebilir evrenle uzlaştırmak için yeni bir yol sağlamalıdır.
Karanlık madde, 30 yıldan uzun bir süredir astronomi için rahatsız edici bir sorun olmuştur. Galaksilerdeki yıldızlar ve kümeler içindeki galaksiler, görebildiğimizden daha fazla madde olduğunu gösterecek şekilde hareket ederler. Bu görünmeyen madde, gökadaların etrafındaki görünür yıldız halodan muhtemelen 10 kat daha fazla uzanan küresel bir hale benziyor. Görünmez maddenin yanmış yıldızlardan veya ağır nötrinolardan oluştuğuna dair ilk öneriler, kaydırılmamıştır ve mevcut favori adaylar, nötrilinolar, eksenler veya diğer varsayımsal süpersimetrik parçacıklar olarak adlandırılan egzotik parçacıklardır. Bu egzotik parçacıklar, sıradan madde ile elektromanyetik dalgalar yoluyla değil, sadece yerçekimi yoluyla etkileşime girdiği için ışık yaymazlar.
“Tüm parçacıkların sadece yarısını görüyoruz,” dedi Ma. “Artık hızlandırıcılarda üretmek için çok ağırlar, bu yüzden dünyanın yarısı bilmiyoruz.”
“Karanlık enerji” nin karanlık maddeden daha yaygın olduğu ortaya çıktığında, tablo sadece dört yıl önce kötüleşti. Kozmik hesap şimdi karanlık enerjiyi evrenin yaklaşık yüzde 69'unda, egzotik karanlık madde yüzde 27'de, sıradan karanlık madde - loş, görünmeyen yıldızlar - yüzde 3'te ve gerçekte sadece yüzde 1'de gördüğümüz şey.
Karanlık maddenin yerçekimi kuvveti altında nasıl hareket edeceğine dair bilgisayar modellerine dayanarak Ma, karanlık maddenin galaksi kümelerini saran tek tip bir sis olmadığını söyledi. Bunun yerine, karanlık madde, aydınlık evrenimizde gördüğümüz galaksiler ve küresel kümeler gibi yüzeysel olarak görünen daha küçük kümeler oluşturur. Karanlık maddenin aydınlık maddeden bağımsız dinamik bir yaşamı olduğunu söyledi.
“Kozmik mikrodalga arka planı karanlık madde kümelenmesinin ilk etkilerini gösterir ve bu kümeler kütleçekimsel çekim altında büyür” dedi. “Ama bu kümelerin her birinin, galaksi kümelerinin etrafındaki hale, pürüzsüz olduğu düşünülüyordu. İnsanlar, yüksek çözünürlüklü simülasyonların pürüzsüz olmadıklarını, bunun yerine karmaşık alt yapılara sahip olduklarını gösterdiğini merak ediyorlardı. Karanlık dünyanın kendine özgü dinamik bir hayatı var. ”
Ma, Bertschinger ve UC Berkeley yüksek lisans öğrencisi Michael Boylan-Kolchin bu simülasyonların bazılarını kendileri gerçekleştirdiler. Son iki yıl içinde başka birçok grup da benzer topaklanma göstermiştir.
Karanlık maddenin hayalet evreni, görünür evren için bir şablon olduğunu söyledi. Karanlık madde sadece görünür maddeden 25 kat daha fazladır, bu yüzden görünür madde karanlık madde kümelerinin olduğu her yerde kümelenmelidir.
Sorun burada yatıyor, dedi Ma. Karanlık maddenin evriminin bilgisayar simülasyonları, bir bölgedeki karanlık madde kümelerini görebildiğimizden çok daha fazla karanlık madde kümesini öngörmektedir. Aydınlık madde karanlık maddeyi takip ediyorsa, her birinin neredeyse eşdeğer sayısı olmalıdır.
“Galaksimiz Samanyolu'nun yaklaşık bir düzine uydusu var, ancak simülasyonlarda binlerce karanlık madde uydusu görüyoruz” dedi. "Samanyolu'ndaki karanlık madde, binlerce daha küçük karanlık madde kümesinin uydusunun, büyük bir ana karanlık madde halesi etrafında sürdüğü, sürekli etkileşim halinde olduğu ve birbirlerini rahatsız ettiği dinamik, canlı bir ortamdır."
Buna ek olarak, karanlık maddenin hareketini modelleyen astrofizikçiler, her bir kümenin merkezde zirve yapan ve boyutlarından bağımsız olarak aynı şekilde kenarlara doğru düşen bir yoğunluğa sahip olduğunu görmek için şaşkına döndüler. Bununla birlikte, bu evrensel yoğunluk profili, Ma’nın meslektaşı, UC Berkeley astronomi profesörü Leo Blitz ve araştırma grubunun yaptığı bazı cüce gökadaların gözlemleriyle çelişiyor gibi görünüyor.
Ma, karanlık maddenin hareketine yeni bir bakış açısının bu sorunları ve kare teorisini gözlemle çözeceğini umuyor. Amerikan Fizik Derneği'nin bu yılın başlarında yapılan bir toplantıda tartışılan Fiziksel İnceleme makalesinde, karanlık maddenin hareketinin, botanikçi Robert Brown'un 1828'de tanımladığı Brownian hareketine ve 1905'te bir seminal 1905'te açıklandığı gibi modellenebileceğini kanıtladı. 1921 Nobel Fizik Ödülü'nü almasına yardımcı olan bir yazı.
Brown hareketi ilk olarak, suda yüzen bir polen tanesiyle seyahat eden ve onunla çarpışan su molekülleri tarafından itilen zikzak yolu olarak tanımlandı. Bu olay, havadaki tozun hareketine ve karanlık madde evrenindeki yoğun karanlık madde kümelerine eşit olarak atıfta bulunuyor, diyor Ma.
Bu içgörü, karanlık maddenin hareketini ve evrimini araştırmak için “standart bir bakıştan farklı bir dil, farklı bir bakış açısı kullanalım” dedi.
UC Berkeley astronomi profesörü Ivan King gibi diğer gökbilimciler, yıldız kümeleri içindeki yüz binlerce yıldızın hareketini modellemek için Brown hareketi teorisini kullandılar, ancak Ma, “ilk kez uygulandı büyük kozmolojik ölçeklere titizlikle. Fikir şu ki, kümelerin tam olarak nerede olduğu umurumda değil, daha ziyade kümelerin sistemde nasıl istatistiksel olarak davrandığı, yerçekimi ile nasıl dağıldıkları. ”
Ma, kümelerin Brown hareketinin, borsa da dahil olmak üzere birçok stokastik veya rasgele süreci modellemek için kullanılan bir denklem olan Fokker-Planck denklemi tarafından yönetildiğini kaydetti. Ma ve ortak çalışanlar şu anda kozmolojik karanlık madde için bu denklemi çözmeye çalışıyorlar.
“Karanlık maddenin evrimi, kümelerin evrimi, 90 yıllık basit bir denkleme uyması şaşırtıcı ve keyifli” dedi.
Çalışma, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi tarafından desteklendi.
Orijinal Kaynak: UC Berkeley
