Uzak galaksilerin etrafındaki “Einstein’ın halkalarına” yeni bir bakış, bizi karanlık madde tartışmasını çözmeye daha da yaklaştırdı.

Fizikçiler, evrendeki maddenin çoğunun, yalnızca görebildiğimiz yıldızlar ve galaksiler üzerindeki dolaylı etkileri aracılığıyla bildiğimiz görünmez maddelerden oluştuğuna inanıyor.

Biz deli değiliz! Bu “karanlık madde” olmasaydı, gördüğümüz şekliyle evrenin bir anlamı olmazdı.

Ancak karanlık maddenin doğası eski bir gizemdir. ama, Yeni çalışma Hong Kong Üniversitesi’nden Alfred Amroth ve meslektaşları tarafından yazılmıştır. doğal astronomibizi anlamaya bir adım daha yaklaştırmak için ışığın yerçekimsel bükülmesini kullanır.

Görünmez ama her yerde mevcut

Karanlık maddenin var olduğunu düşünmemizin nedeni, galaksilerin davranışları üzerindeki yerçekimsel etkilerini görebilmemizdir. Spesifik olarak, karanlık madde evrenin kütlesinin yaklaşık %85’ini oluşturuyor gibi görünüyor ve görebildiğimiz uzak galaksilerin çoğu, gizemli bir madde halesiyle çevrelenmiş gibi görünüyor.

Ancak karanlık madde olarak adlandırılır çünkü ışığı yaymaz, emmez veya yansıtmaz, bu da tespit edilmesini çok zorlaştırır.

Peki bu şeyler nelerdir? Bir tür bilinmeyen temel parçacık olması gerektiğini düşünüyoruz, ancak henüz emin değiliz. Şimdiye kadar laboratuvar deneylerinde karanlık madde parçacıklarını tespit etmeye yönelik tüm girişimler başarısız oldu ve fizikçiler onlarca yıldır onların doğasını tartışıyorlar.

Bilim adamları, karanlık madde için iki ana varsayımsal aday önerdiler: zayıf etkileşimli büyük parçacıklar (veya WIMP’ler) adı verilen nispeten ağır karakterler ve eksenler adı verilen son derece hafif parçacıklar. Teorik olarak, WIMP’ler ayrı parçacıklar gibi davranırken, eksenler kuantum girişimi nedeniyle dalgalar gibi çok davranır.

Bu iki olasılık arasında ayrım yapmak zordu – ancak uzak galaksilerin etrafında hafif bir dolambaçlı yol bir ipucu sağladı.

Kütleçekimsel mercekleme ve Einstein halkaları

Işık, galaksi gibi büyük kütleli bir nesnenin yanından evrenden geçtiğinde, yolu kavislidir çünkü – Albert Einstein’ın genel görelilik kuramına göre – büyük kütleli nesnenin yerçekimi, etrafındaki uzay ve zamanı bozar.

Sonuç olarak, bazen uzaktaki bir galaksiye baktığımızda, onun arkasındaki diğer galaksilerin çarpık görüntülerini görebiliriz. Ve her şey mükemmel bir şekilde sıralanırsa, arka plan galaksisinden gelen ışık en yakın galaksinin etrafında dönecektir.

Işığın bu şekilde bozulmasına “kütleçekimsel merceklenme” denir ve oluşturabileceği dairelere “Einstein döngüleri” denir.

Gökbilimciler, halkaların veya diğer merceksi görüntülerin nasıl bozulduğunu inceleyerek, en yakın galaksiyi çevreleyen karanlık madde halesinin özelliklerini öğrenebilirler.

Axions ve WIMP’ler

Amroth ve ekibinin yeni çalışmalarında yaptıkları da tam olarak buydu. HS 0810+2554 adlı bir sisteme özellikle odaklanarak, aynı nesnenin birden çok kopyasının ön plandaki mercek galaksisinin çevresinde arka planda görülebildiği birkaç sistemi incelediler.

Ayrıntılı modelleme kullanarak, karanlık madde WIMP’lerden yapılmışsa görüntülerin nasıl bozulacağını, karanlık madde ise eksenlerden yapılmış olsaydı nasıl olacağını hesapladılar. WIMP modeli gerçeğine pek benzemiyordu, ancak axion modeli sistemin tüm özelliklerini doğru bir şekilde yeniden üretti.

Bulgu, eksenlerin karanlık madde için daha olası bir aday olduğunu ve merceklenme anormalliklerini ve diğer astrofiziksel gözlemleri açıklama yeteneklerinin bilim adamlarını rahatsız ettiğini gösteriyor.

parçacıklar ve galaksiler

Yeni araştırma, eksenlerin en olası karanlık madde biçimi olduğunu da gösteren önceki çalışmalara dayanıyor. örnek, bir çalışma karanlık maddenin kozmik mikrodalga arka planı üzerindeki etkilerine bakarken, son Cüce galaksilerdeki karanlık maddenin davranışını incelemek.

Bu araştırma, karanlık maddenin doğası hakkındaki bilimsel tartışmayı sona erdirmeyecek olsa da, test ve deneyler için yeni yollar açıyor. Örneğin, gelecekteki yerçekimsel mercekleme gözlemleri, aksonların dalga benzeri doğasını araştırmak ve muhtemelen kütlelerini ölçmek için kullanılabilir.

Karanlık maddenin daha iyi anlaşılması, parçacık fiziği ve erken evren hakkında bildiklerimiz için çıkarımlara sahip olacaktır. Ayrıca galaksilerin zaman içinde nasıl oluştuğunu ve değiştiğini daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.