Gökbilimciler, karanlık madde ile evrenin kümeleri arasında yeni bir bağlantı keşfetti

Bugün yayınlanan bir çalışmada Kozmoloji ve Astropartikül Fiziği DergisiToronto Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, hem karanlık maddenin görünmez doğasını hem de evrenin kozmik ağ olarak bilinen büyük ölçekli yapısını açıklayabilecek teorik bir buluş ortaya çıkardılar. Sonuç, astronomide uzun süredir devam eden bu iki sorun arasında yeni bir bağlantı kurarak evreni anlamak için yeni olasılıklar sunuyor.

Araştırma, maddenin evren boyunca büyük ölçeklerde beklenmedik bir şekilde eşit dağılımına odaklanan “kümelenme sorunu”nun, karanlık maddenin eksen adı verilen varsayımsal ultra hafif parçacıklardan oluştuğunun bir işareti olabileceğini öne sürüyor. Tespit edilmesi zor eksenlerin varlığını kanıtlamanın çıkarımları, karanlık maddeyi anlamanın çok ötesine uzanır ve evrenin doğası hakkındaki temel soruları ele alabilir.

College of Arts Dunlap Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü’nde Dunlap üyesi olan baş yazar Keir Rogers, “Gelecekteki teleskop gözlemleri ve laboratuvar deneyleri tarafından doğrulanırsa, karanlık maddenin aksiyonunu bulmak bu yüzyılın en önemli keşiflerinden biri olacak” diyor. ve Astrofizik. Toronto Üniversitesi’nde Bilimler.

“Aynı zamanda, sonuçlarımız, evrenin neden düşündüğümüzden daha az topaklı olduğuna dair bir açıklamaya işaret ediyor; bu, son on yılda daha belirgin hale gelen ve şu anda evren teorimizi belirsiz bırakan bir gözlem.”

Evrenin kütlesinin %85’ini oluşturan karanlık madde, ışıkla etkileşime girmediği için görünmezdir. Bilim adamları, evrende nasıl dağıldığını anlamak için yerçekiminin görünür madde üzerindeki etkilerini inceler.

Önde gelen teorilerden biri, karanlık maddenin kuantum mekaniğinde dalga benzeri davranışları nedeniyle “bulanık” olarak tanımlanan eksenlerden oluştuğunu öne sürüyor. Ayrık nokta benzeri parçacıkların aksine, eksenler tüm galaksilerden daha uzun dalga boylarına sahip olabilir. Bu bulanıklık, karanlık maddenin bileşimini ve dağılımını etkiler, bu da evrenin neden eksensiz bir evrende beklenenden daha az topaklı olduğunu açıklayabilir.

Bu kümelenme eksikliği, büyük gökada araştırmalarında gözlemlendi ve karanlık maddenin yalnızca WIMP’ler adı verilen zayıf etkileşimli ağır atom altı parçacıklardan oluştuğuna dair diğer hakim teoriye meydan okudu. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi deneylere rağmen, WIMP’lerin varlığını destekleyen hiçbir kanıt bulunamadı.

Rogers, “Bilimde fikirler çözüldüğünde yeni keşifler yapılır ve eski sorunlar çözülür” diyor.

Çalışma için, Rogers liderliğindeki ve Doçent Doktor Renee Hluczek’in Dunlap Enstitüsündeki araştırma grubunun yanı sıra Pennsylvania Üniversitesi, İleri Araştırma Enstitüsü, Columbia Üniversitesi ve King’s College London üyelerini içeren araştırma ekibi – Planck 2018 araştırmalarından ve Atacama Kozmoloji ve Güney Kutbu Teleskobu’ndan elde edilen, Büyük Patlama’dan kalan ışığın, aksi takdirde arka plan olarak bilinen Kozmik Mikrodalgaların (CMB) gözlemlerini analiz etti.

Araştırmacılar bu CMB verilerini, yakın evrendeki yaklaşık bir milyon gökadanın konumlarını haritalayan Baryon Salınım Spektroskopik Araştırması’ndan (BOSS) elde edilen gökada kümeleri verileriyle karşılaştırdı. Karanlık maddenin yerçekimi kuvvetleri altındaki davranışını yansıtan galaksilerin dağılımını inceleyerek, evrendeki madde miktarındaki dalgalanmaları ölçtüler ve tahminlere kıyasla kütlesinin daha düşük olduğunu doğruladılar.

Araştırmacılar daha sonra, karanlık maddenin uzun dalga boylarına sahip bir evrende artık ışığın görünümünü ve galaksilerin dağılımını tahmin etmek için bilgisayar simülasyonları yürüttüler. Bu hesaplamalar, Büyük Patlama’dan elde edilen SPK verileri ve galaksi kümeleme verileriyle uyum içindedir ve bulanık eksenlerin kümeleme sorununu açıklayabileceği fikrini destekler.

Gelecekteki araştırmalar, Rubin Gözlemevi ile önümüzdeki on yılda yapılacak gözlemler de dahil olmak üzere, milyonlarca galaksiyi haritalamak ve doğru kümelenme ölçümleri sağlamak için büyük ölçekli araştırmaları içerecektir.

Araştırmacılar, teorilerini, karanlık maddenin kümelenmesinin dev bir büyüteç gibi uzak galaksilerden gelen ışığın nasıl büküldüğü ile ölçüldüğü bir etki olan yerçekimsel mercekleme yoluyla doğrudan karanlık madde gözlemleriyle karşılaştırmayı umuyorlar. Ayrıca galaksilerin gazı uzaya nasıl attığını ve bunun karanlık maddenin dağılımını nasıl etkilediğini araştırmayı planlıyorlar.

Karanlık maddenin doğasını anlamak, en acil temel sorulardan biridir ve evrenin kökenini ve geleceğini anlamanın anahtarıdır.

Şu anda, bilim adamlarının hem yerçekimini hem de kuantum mekaniğini aynı anda açıklayacak tek bir teorileri yok – her şeyin teorisi. Son birkaç on yılda her şeyin en popüler teorisi, her şeyin sicim benzeri enerjinin uyarımlarından oluştuğu, kuantum seviyesinin daha düşük bir seviyesini öne süren sicim teorisidir. Rogers’a göre, gizemli bir eksenel parçacığın keşfi, her şeyin sicim teorisinin doğru olduğuna dair bir ipucu olabilir.

Rogers, “Artık, önümüzdeki on yıl içinde bile, nihayet bir asırlık karanlık madde gizemi hakkında ampirik olarak bir şeyler anlamamızı sağlayabilecek ve bize daha büyük teorik sorular hakkında ipuçları verebilecek araçlara sahibiz” diyor. . “Umut, evrenin şaşırtıcı unsurlarının çözülebilir olmasıdır.”