Uzak Galaksi Süperkümesi, Kendi Kendine Etkileşen Karanlık Madde’ye İşaret Ediyor

Yerden yedi milyar ışık yılı uzakta, beklenmedik bir galaksi kümesi var. Birbirleriyle çarpışma sürecinde olan iki bölgesi ve birlikte iki katrilyondan fazla güneş kütlesi bulunan bu küme, kütlesinden dolayı El Gordo, yani “Şişman” lakabını aldı. Onu olağandışı kılan şey, evrenin o dönemi için son derece büyük olmasıdır. Böyle büyük bir süperküme nasıl da erken dönemde oluştu? El Gordo bu kadar şaşırtıcı ki, bazı gökbilimciler onu kozmolojinin standart modeline karşı bir karşı örnek olarak görüyor. Enflasyonist bir evrende soğuk karanlık maddenin böyle büyük bir süperküme ne kadar hızlı oluşturabileceğini açıklamak zor. Yeni bir çalışma, öz-etkileşimli karanlık maddenin bunu nasıl açıklayabileceğine bakıyor.

Karanlık madde, evrendeki kütlenin çoğunu oluşturur. Işıkla güçlü etkileşime girmez, eğer hiç girmiyorsa, işte buradan adı gelir. Bu aynı zamanda karanlık maddenin düzenli maddeyle de güçlü etkileşime girmeyeceği anlamına gelir, çünkü maddelerin büyük çoğunluğunun etkileşimleri doğası gereği elektromanyetikdir. Ancak temel sorularından biri, karanlık maddenin kendi kendisiyle güçlü biçimde etkileşebilir olup olmamasıdır.

Bu sorunu aşmak için bu yeni çalışma, iki durumlu bir karanlık madde etkileşimi öneriyor. Düzenli madde çoğunlukla elastik çarpışmalar aracılığıyla etkileşir. Örneğin, odanızdaki hava molekülleri birbirlerinden büyük ölçüde enerji kaybetmeden sekme eğilimindedir. Odanızın sabit bir sıcaklıkta kalabilmesinin nedeni de budur. Çarpışmalar elastik olmasaydı ve her sekmekte enerji kaybedeydi, odanız hızla donardı. En çok SIDM modelleri benzer bir elastik etkileşimi varsayar. Etkileşimi tam uygun şekilde ayarladığınızda, karanlık madden aşırı ısınmasına yol açmadan galaktik kümelenmeyi hızlandırabilirsiniz. Bu yaklaşımın sonuçları ise karışık oldu.

Author, taban durumu ve uyarlı durum içeren bir karanlık madde modeli düşünüyor. İki durumlu bu modelle, çoğu etkileşim tıpkı düzenli madde gibi elastik olur. Ancak doğru enerjiyle, bir çarpışma karanlık madde parçacığını uyarlı duruma taşıyarak çarpışmadan kinetik enerjiyi çekebilir. Karanlık madde parçacıkları ardından birlikte kümelenip aynı zamanda soğuyabilir.

El Gordo’nun çarpışan bölgelerinin çok cisimli (N-body) simülasyonlarına dayanarak, hem elastik hem de elastik olmayan çarpışmalar içeren iki durumlu bir SIDM modeli, gözlediklerimize en iyi uyum sağlayan modeldir. Hem etkileşimsiz hem de yalnızca elastik etkileşimlerden daha iyi bir uyum sağlar. Ancak dikkat edilmesi gereken şey, El Gordo’nun tam kütlesi ve iki bölgenin çarpışma hızıyla ilgili olarak hâlâ oldukça fazla belirsizliğin olmasıdır. Süperküme bu aralığın alt sınırındaysa, iki durumlu model veriyle uyum sağlamaz. Dolayısıyla bu kesin bir çözüm değil, olası bir çözümdür.

Karanlık madde parçacıklarını doğrudan gözlemlene kadar, türlü türlü olasılıklar masada. Bu çalışma da gösterdiği gibi, karanlık madde düşündüğümüzden daha karmaşık olabilir.