Yeni Bulgular Karanlık Madde Gizeminin Kırılmasını Teşvik Edici…

Fizikçiler Karanlık Meseleyi Sınırlıyor

Dünya’ya en yakın aktif galaksilerden biri olan Centaurus A’nın görüntüsü.

Rusya, Finlandiya ve ABD’den araştırmacılar, aktif galaktik çekirdeklerin astronomik gözlemlerinden elde edilen verileri analiz ederek, karanlık madde parçacıklarının teorik modeline kısıtlamalar getirmişlerdi. Yeni bulgular, dünyadaki araştırma grupları için karanlık maddenin gizemini kırmaya çalışan ek bir teşvik sunuyor: Kimse, bunun neden yapıldığından emin değil.

Parçacıkların karanlık maddeyi nasıl oluşturduğu sorusu modern parçacık fiziği için çok önemlidir. Büyük Hadron Çarpıştırıcısında karanlık madde parçacıklarının keşfedilmesi beklentilerine rağmen, bu olmadı. Karanlık maddenin doğası hakkında çok sayıda ana akım hipotez reddedilmek zorunda kaldı. Çeşitli gözlemler, karanlık maddenin var olduğunu gösteriyor, ancak görünüşe göre Standart Modeldeki parçacıklardan başka bir şey onu oluşturuyor. Fizikçiler bu nedenle daha karmaşık olan seçenekleri değerlendirmek zorundadır. Standart Modelin genişletilmesi gerekiyor. Katılma için adaylar arasında elektron kütlesinin 10⁻²⁶ ile 10⁺¹⁴ katı arasında kütlelere sahip olabilecek varsayımsal parçacıklar vardır. Yani, en ağır speküle edilmiş partikül, en hafifinden daha büyük 40 derecelik bir kütleye sahiptir.

Bir teorik model, karanlık maddeye ultra hafif parçacıklardan oluşuyormuş gibi davranır. Bu, birçok astronomik gözlem için bir açıklama sunar. Bununla birlikte, bu tür parçacıklar öylesine hafif olacak ki, diğer madde ve ışıkla çok zayıf etkileşime girecek ve onları incelemeyi zorlaştıracaktı. Bu tür bir parçacığı laboratuvarda tespit etmek neredeyse imkansızdır, bu nedenle araştırmacılar astronomik gözlemlere yönelirler.

Araştırmacı Sergey Troitsky’e göre, “Elektrondan 28 derece daha hafif olan karanlık madde parçacıklarından bahsediyoruz. Bu kavram, test etmeye karar verdiğimiz model için kritik öneme sahip. Çekim etkileşimi, karanlık maddenin varlığına ihanet eden şeydir. Gözlenen tüm koyu madde kütlesini ultra light parçacıklar olarak açıklarsak, bu onların çok fazla olduğu anlamına gelir. Ancak, bunlar kadar hafif olan parçacıklarla, şu soru ortaya çıkar: Kuantum düzeltmeleri nedeniyle onları etkili kütle elde etmekten nasıl koruruz? Hesaplamalar, olası bir cevabın bu parçacıkların fotonlarla – yani elektromanyetik radyasyonla – zayıf şekilde etkileşime girebileceğini göstermektedir. Bu, onları araştırmak için çok daha kolay bir yol sunar: Uzayda elektromanyetik radyasyon gözlemleyerek.”

Parçacıklar sayısı çok yüksek olduğunda, ayrı ayrı parçacıklar yerine, onları evrene nüfuz eden belirli bir yoğunluk alanı olarak kabul edebilirsiniz. Bu alan tutarlı bir şekilde 100 parsek (1 parsek = 30.857 × 1012 km) büyüklüğünde veya yaklaşık 325 ışıkyılı olan alanlar üzerinde salınır. Salınım periyodunu belirleyen, parçacıkların kütlesidir. Çalışmada ele alınan model doğru ise, bu süre yaklaşık bir yıl olmalıdır. Polarize radyasyon böyle bir alandan geçtiğinde, radyasyon polarizasyon düzlemi aynı periyotta salınır. Aslında bunun gibi periyodik değişiklikler meydana gelirse, astronomik gözlemler onları ortaya çıkarabilir. Ve dönemin uzunluğu – karasal bir yıl – çok uygundur, çünkü birçok astronomik nesne birkaç yıl boyunca gözlemlenir, bu da kutuplaşmadaki değişimlerin kendilerini göstermesi için yeterlidir.

Makalenin yazarları, yer merkezli radyo teleskoplarından gelen verileri kullanmaya karar verdiler, çünkü bir gözlem döngüsü sırasında birçok kez aynı astronomik nesnelere geri döndüler. Bu tür teleskoplar uzaktaki aktif galaktik çekirdekleri – galaksilerin merkezlerine yakın aşırı ısıtılmış plazma bölgelerini gözlemleyebilir. Bu bölgeler yüksek oranda polarize radyasyon yayar. Bunları gözlemleyerek, birkaç yıl içinde kutuplaşma açısındaki değişimi izleyebiliriz.

“İlk önce bireysel astronomik cisimlerin sinyallerinin sinüzoidal salınımlar sergilediği görülüyordu. Ancak sorun, sinüs periyodunun karanlık madde partikül kütlesi tarafından belirlenmesi gerektiği, yani her nesne için aynı olması gerektiğidir. Örneğimizde 30 obje vardı. Ve bazılarının kendi iç fiziği nedeniyle salınmaları olabilir, ama yine de, dönemler asla aynı olmadı, ”diyor Troitsky. “Bu, ultra hafif parçacıklarımızın radyasyonla etkileşiminin sınırlı olabileceği anlamına geliyor. Bu tür parçacıkların var olmadığını söylemiyoruz, ancak karanlık maddelerin bileşimini tanımlayan mevcut modeller üzerinde bir sınırlama getirerek fotonlarla etkileşime girmediklerini gösterdik. ”

Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü ve Rus Bilimler Akademisi Lebedev Fiziksel Enstitüsü’nde çalışma ve laboratuvar direktörü, “Bunun ne kadar heyecan verici olduğunu hayal edin! Bir gün teorik fizikçiler ortaya çıktığında ve yüksek hassasiyetli ve yüksek açısal çözünürlükteki polarizasyon ölçümlerimizin sonuçları bir anda karanlık maddenin yapısını anlamak için yararlı olduğunda, yıllarca kuasar okuyarak harcıyorsunuz ”dedi.

Gelecekte, ekip, diğer teorik modeller tarafından önerilen varsayılmış ağır karanlık madde parçacıklarının tezahürlerini aramayı planlıyor. Bu, farklı spektral aralıklarda çalışmayı ve diğer gözlem tekniklerini kullanmayı gerektirecektir. Troitsky’ye göre, alternatif modeller üzerindeki kısıtlamalar daha katı.

“Şu anda, bütün dünya karanlık madde parçacıkları arayışı içinde. Bu, parçacık fiziğinin büyük gizemlerinden biridir. Bugün itibariyle, mevcut deneysel verilerle ilgili olarak hiçbir model lehte, daha gelişmiş veya daha makul olarak kabul edilmemektedir. Hepsini sınamak zorundayız. Rahatsız edici bir şekilde, karanlık madde, hiçbir şeyle, özellikle de ışıkla pek etkileşime girmediği için “karanlık” tır. Anlaşılan, bazı senaryolarda, geçen ışık dalgaları üzerinde hafif bir etkisi olabilir. Ancak diğer senaryolar, çekim etkisi aracılığından başka, dünyamız ile karanlık madde arasında hiçbir etkileşim olmadığını tahmin ediyor. Bu, parçacıklarını bulmayı çok zorlaştıracaktır ”dedi.