Yüzün üzerinde yıl önce öne sürülen “karanlık madde” arayışı, kozmik araştırmalar ve teorik çalışmalarla devam ediyor. Bu gizemli, görünmez maddenin, evrenin kütlesinin %85’ini oluşturduğu düşünülüyor. Henüz doğrulanmamış olsa da, galaksilerin dönme hızları, karanlık madde haloları ve yerçekimi mercekleri gibi çeşitli dolaylı kanıtlar, varlığını destekliyor. Ayrıca, test edilmiş çeşitli aday parçacıklar önerilmiş durumda.
Bunlar arasında WIMP’ler (Zayıf Etkileşimli Kütleli Parçacıklar), ilkel kara delikler (PBH’ler), aksiyonlar ve “karanlık fotonlar” bulunuyor. Teorik olarak, bu parçacığın erken evrendeki ısıtma olayından sorumlu olduğu ve kozmosun “görünür” ile karanlık sektörleri arasında bir köprü görevi gördüğü düşünülüyor. Yeni yapılan bir araştırmaya göre, karanlık fotonların erken evreni beklenen şekilde ısıtmadığı ortaya çıktı. Bu bulgu, karanlık madde arayışını değiştirebilir; çünkü karanlık fotonların daha önce düşünülenden farklı yerlerde bulunabileceği anlamına gelebilir.
Bu çalışma, Anson Hook liderliğindeki ve Maryland Center for Fundamental Physics (MCFP) tarafından desteklenen disiplinler arası bir araştırma projesinin parçasıydı. Bu projede, kıdemli doktora adayı Junwu Huang ve Horizon AstroPhysics Initiative (HAPI) bursiyeri Mohamad Shalaby de yer aldı. Shalaby, Ontario’daki University of Waterloo’da bulunan Perimeter Institute for Theoretical Physics (PITP)‘de çalışıyor. Araştırmanın sonuçları, Physical Review Letters dergisinde yayınlandı.
Uzun zamandır, fizikçiler karanlık fotonların erken evrendeki nötr hidrojen bulutlarında normal ışığa dönüşeceği öngörülmüştü. Eğer bu doğru olsaydı, bu ısıtma süreci izlenebilir izler bırakacaktı ve evrenin kütle-enerji yoğunluğunun büyük bir kısmı kozmolojik modellerden çıkarılabilirdi. Başka bir deyişle, bu hariç tutulan aralıklar, karanlık fotonların aranması için önemli ipuçları sunabilir.
“Bu hariçtutumlar, karanlık maddenin gücünün aslında olabileceğinden 10 kat daha zayıf olması gerektiğini söylüyordu” dedi Hook, bir PITP basın açıklamasında. “Bu çalışma, karanlık madde arayışına yeni olanaklar sunuyor.” Genel olarak, araştırmacılar bu dönüşüm sürecinin doğrusal olduğunu varsaydılar ve enerjinin yavaşça plazmaya dönüştüğünü düşündüler. Ancak, enerji gereksinimi çok yüksek olduğunda, bu durum kozmolojik modeller için sorunlar yaratıyordu. Bu nedenle, Huang, Hook ve plazma fiziği konusunda uzman olan Shalaby arasında bir işbirliği başladı.
Birlikte, doğrusal dönüşüm teorisinin eksik olduğunu gösteren simülasyonlar yaptılar. Bunun yerine, simülasyonlar karanlık foton enerjisinin plazmaya girdiğinde sistemin şiddetli bir şekilde doğrusal olmayan davranışlar sergilediğini ve dönüşüm sürecinin önemli bir ısıtma meydana gelmeden önce durduğunu gösterdi. Huang, bir PITP basın açıklamasında şunları söyledi:
“Son 15 yıldır kullanılan yaklaşım doğrusal bir yaklaşımdır. Bu yaklaşımı kullanarak, aktarılan enerji miktarını hesaplayabilirsiniz ve bu miktar çok büyüktür. Ben bunun mümkün olmadığını fark ettim. Bizim fark ettiğimiz şey şu ki, karanlık foton enerjisi standart model plazmasına girdiğinde, sistem çılgınca davranıyor. Sistemde birçok doğrusal olmayan davranış var ve bu davranışlar, önemli miktarda enerji dönüştürüldükten sonra bile dönüşüm sürecini durduruyor.”
“Bu, kozmolojide bir test örneğidir. Birçok astrofiziksel sistem de benzer etkiler aramak için kullanılmıştır ve bunların hepsini yeniden düşünmemiz gerekiyor. Kolayca hesaplanabilen doğrusal yaklaşım, nötron yıldızı manyetosferinin veya beyaz cüce manyetosferinin nasıl davrandığıyla hiçbir ilgisi olmayabilir.”
Ekibin analizine göre, karanlık fotonlar için geçerli olan kozmolojik kısıtlama, yaklaşık 10⁻¹⁵ elektron volt (eV) ile 10⁻⁶ eV arasındaki frekans aralığında, yani kabaca kilohertz ve gigahertz bölgelerinde, 10 milyar kademelik bir aralıkta geçersizdir. Bu, daha önce parametre uzayından çıkarılmış önemli bir aralıktır ve kozmolojik çalışmalarda yeni yollar açabilir. Shalaby’ye göre, bu durum diğer elusive parçacıkların aranmasına yardımcı olmak için genişletilebilir.
“Erken evren plazmasını doğru bir şekilde hesaplayarak, deneyler yeni parametre uzaylarını araştıracak ve potansiyel olarak bir şeyler bulabilecektir. Bu gerçekten de disiplinler arası bir çalışma. Plazma fiziği ile parçacık fiziğinin etkileşimidir” dedi. “Ve bu, doğrudan deney yapan insanları etkileyecektir.”
Perimeter Institute ve Physical Review Letters hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.
GÖZLEM DEĞERLENDİRMELERİ (1)