KARANLıK MADDE NEDİR?

Nola Taylor Redd, Space.com
Kabaca evrenin kütlesinin yüzde 80'i bilim adamlarının doğrudan gözlemleyemediği malzemelerden oluşuyor. Karanlık madde olarak bilinen bu tuhaf bileşen ışık ya da enerji yaymaz. Öyleyse bilim adamları neden egemen olduğunu düşünüyorlar?

1950'lerde diğer galaksilerin çalışmaları ilk olarak evrenin çıplak gözle görüldüğünden daha fazla madde içerdiğini gösterdi. Karanlık madde desteği artmıştır ve hiçbir doğrudan karanlık madde kanıtı bulunamamasına rağmen, son yıllarda güçlü olasılıklar olmuştur.

Yale Üniversitesi'nden bir araştırmacı olan Pieter van Dokkum, “Yıldızların hareketleri size ne kadar önemli olduğunu söylüyor. “Meselenin ne olduğunu umursamıyorlar, sadece orada olduğunu söylüyorlar.” Van Dokkum, neredeyse tamamen karanlık maddeden oluşan galaksiyi oluşturan Dragonfly 44'ü tanımlayan bir ekip kurdu.

Baryonik madde olarak bilinen evrenin tanıdık malzemesi protonlardan, nötronlardan ve elektronlardan oluşur. Karanlık madde, baryonik veya baryonik olmayan maddeden yapılabilir. Evrenin unsurlarını bir arada tutmak için, karanlık maddenin, maddenin yaklaşık yüzde 80'ini oluşturması gerekir.

Kayıp maddenin, normal, baryonik maddeden oluşan, tespit edilmesi daha zor olabilir. Potansiyel adaylar arasında koyu kahverengi cüceler, beyaz cüceler ve nötrino yıldızları bulunur. Süper kütleli kara delikler de farkın bir parçası olabilir. Ancak, bu zor noktadaki nesneler, bilim adamlarının kayıp kütleyi oluştururken gözlemlediklerinden daha baskın bir rol oynamak zorunda kalacakken, diğer unsurlar karanlık maddenin daha egzotik olduğunu öne sürüyor.

Çoğu bilim insanı karanlık maddenin baryonik olmayan maddeden oluştuğunu düşünüyor. Baş aday ( WIMPS) (zayıf etkileşimli masif parçacıklar), bir protonun kütlesinin on ila yüz katıdır, ancak "normal" maddeyle zayıf etkileşimleri, tespit edilmelerini zorlaştırır. Nötrinolar, nötrinolardan daha ağır ve daha yavaş olan devasa varsayımsal parçacıklar, henüz tespit edilmemiş olmalarına rağmen, en önde gelen adaylardır.

Steril nötrinolar başka bir adaydır. Nötrinolar, düzenli madde oluşturmayan parçacıklardır. Bir nötrino nehri güneşten akar, ancak normal maddeyle nadiren etkileşime girdikleri için Dünyadan ve sakinlerinden geçer. Bilinen üç nötrino türü vardır; dördüncü, steril nötrino, karanlık madde adayı olarak önerildi. Steril nötrino, yerçekimi yoluyla sadece normal madde ile etkileşime girer.

Michigan State Üniversitesi'nde fizik ve astronomi profesörü ve IceCube deneyinde bir ortak çalışan olan Tyce DeYoung, “Dikkat çeken sorulardan biri, her bir nötrino türüne giren kesirlerin bir kalıbının olup olmadığıdır” dedi .

Küçük nötr akson ve eşlenmemiş fotinolar da karanlık madde için potansiyel yer tutucudur.

Gran Sasso Ulusal Laboratuvarı'nın Itally'deki (LNGS) bir açıklamasına göre, "Birkaç astronomik ölçümler, karanlık maddenin varlığını desteklemiş, son derece hassas dedektörlerde sıradan madde ile doğrudan karanlık madde parçacık etkileşimlerini gözlemlemek için dünya çapında bir çabaya yol açmıştır. bu onun varlığını doğrulayacak ve özelliklerine ışık tutacaktır. Ancak, bu etkileşimler o kadar zayıflar ki, bilim insanlarını gittikçe daha hassas olan dedektörler kurmaya zorlayarak, bu noktaya kadar doğrudan algılamadan kaçtılar. "

Üçüncü bir olasılık var - güneş sistemindeki nesnelerin hareketini şimdiye kadar başarıyla tanımlamış olan yerçekimi yasalarının gözden geçirilmesi gerekiyor.

Bilim adamları karanlık maddeyi göremezlerse, onun var olduğunu nereden biliyorlar?

Bilim adamları uzaydaki büyük cisimlerin kütlesini hareketlerini inceleyerek hesaplarlar. 1950'lerde sarmal gökadaları inceleyen gökbilimciler, merkezdeki malzemenin dış kenarlardan daha hızlı hareket ettiğini görmeyi bekliyorlardı. Bunun yerine, her iki yerde de yıldızları aynı hızda seyahat ettiğini gözlediler; Gazın eliptik gökadalardaki çalışmaları da görünür nesnelerde bulunandan daha fazla kütleye ihtiyaç duyulduğunu göstermiştir. Gökada kümeleri, içerdikleri tek kütle, geleneksel astronomik ölçümlerde görülebilirse, birbirinden uzaklaşacaktır.



Albert Einstein , evrendeki devasa nesnelerin mercek olarak kullanılmalarına izin vererek ışığı eğip büktüğünü gösterdi. Gökbilimciler ışığın galaksi kümeleri tarafından nasıl çarpıtıldığını inceleyerek evrendeki karanlık madde haritasını oluşturabildiler.

Bu yöntemlerin tümü, evrendeki maddenin çoğunun henüz görülmeyen bir şey olduğuna dair güçlü bir göstergedir.

Her ne kadar karanlık madde sıradan maddeden farklı olsa da, olağandışı materyali tespit etmek için çalışan birkaç deney vardır.

Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki hassas bir parçacık dedektörü olan Alfa Manyetik Spektrometresi (AMS) , 2011'deki kuruluşundan bu yana çalışıyor.

AMS şu ana kadar dedektörlerinde 100 milyardan fazla kozmik ışın çarpımı izlemiş , AMS, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ile Nobel ödüllü bir bilim adamı olan Samuel Ting, Space.com'a söyledi .

“Antitrat karşıtı olan bir elektronun karşıt karşıtı] bir çok pozitron ölçtük ve bu fazlalık karanlık maddeden gelebilir. Ancak şu anda, bazı garip astrofiziklerden değil, karanlık maddeden olduğundan emin olmak için daha fazla veriye ihtiyacımız var. kaynakları "dedi. "Bu birkaç yıl daha sürmemizi gerektirecek."

Dünya'da, İtalya'da bir dağın altında, LNGS'nin XENON1T'i, WIMP'lerin xenon atomlarıyla çarpışmasından sonra etkileşimin belirtilerini araştırıyor. Laboratuvar yakın zamanda deneyin ilk sonuçlarını yayınladı.

Columbia Üniversitesi'nden profesör Elena Aprile, "Dünyadaki ultra düşük arka plan büyük dedektörleriyle karanlık maddenin tespit edilmesi yarışındaki yeni bir aşama, XENON1T ile yeni başladı," dedi. "Türünün ilk örneği olan bu şaşırtıcı dedektörle, yarışın ön saflarında olmaktan gurur duyuyoruz."

Güney Dakota'da bir altın madeninde oturmuş olan Büyük Yeraltı Xenon karanlık madde deneyi (LUX) de WIMP ve xenon etkileşimlerinin belirtilerini araştırıyor. Enstrüman bugüne kadar gizemli meseleyi açığa çıkarmadı.

"Olumlu bir sinyal memnuniyetle karşılansa da, doğa o kadar kibar değildi!" Londra Üniversitesi Koleji'nden fizikçi ve LUX işbirlikçisi Cham Ghag yaptığı açıklamada. “Yine de, null sonuç, karanlık maddenin daha önce var olan herhangi bir şeyin ötesinde olabileceği şeylerin modellerini kısıtlayarak alanın alanını değiştirdiği için önemlidir.”

Antartika'nın buzu altında gömülmüş bir deney olan IceCube Neutrino Gözlemevi , steril nötrinoları avlıyor. Steril nötrinolar sadece normal madde ile yerçekimi üzerinden etkileşime girerek karanlık madde için güçlü bir aday olur.

Diğer enstrümanlar karanlık madde için değil, etkileri için avlanırlar. Avrupa Uzay Ajansı'nın Planck uzay aracı , 2009'da başlatıldığından bu yana evrenin bir haritasını oluşturuyor. Evrenin kütlesinin nasıl etkileşime girdiğini gözlemleyerek, uzay aracı hem karanlık maddeyi hem de eş ortağı, karanlık enerjisini araştırabilir.

2014 yılında, NASA'nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskopu , Samanyolu'nun kalbinin gama ışını ışığında haritalarını çıkardı ve çekirdeğinden uzanan fazla miktarda gama ışını emisyonu ortaya çıkardı.

Illinois’deki Fermilab’da astrofizikçi olan Dan Hooper Space.com’a verdiği demeçte “Bulduğumuz sinyal şu ​​anda önerilen alternatiflerle açıklanamıyor ve çok basit karanlık madde modellerinin tahminleriyle yakın bir uyum içinde.

Araştırmacılar, fazlalığın karanlık madde parçacıklarının 31 ila 40 milyar elektron volt arasında bir kütle ile yok edilmeleri ile açıklanabileceğini belirtti. Sonuç, karanlık madde için bir sigara tabancası olarak düşünülmemektedir, çünkü yorumlamayı doğrulamak için diğer gözlem projelerinden ve / veya doğrudan tespit deneylerinden ek veriler gerekli olacaktır.

Her ne kadar karanlık madde, evrenin büyük bir bölümünü oluştursa da, kompozisyonun sadece dörtte birini oluşturur. Evren, karanlık enerjinin egemenliğindedir.

Büyük Patlama'dan sonra evren dışa doğru genişlemeye başladı. Bilim adamları bir zamanlar sonunda enerjinin tükeneceğini düşündüler, yerçekimi içindeki nesneleri bir araya getirirken yavaşladı. Ancak uzak süpernova çalışmaları, bugün evrenin geçmişte olduğundan daha hızlı genişlediğini, daha yavaş olmadığını ve genişlemenin hızlandığını gösterdiğini ortaya koydu. Bu, yalnızca evrenin yerçekimi - karanlık enerjinin üstesinden gelmek için yeterli enerjiyi içermesi durumunda mümkün olabilir.