Karanlık Cüceler olarak bilinen göksel nesneler, galaksimizin merkezinde saklanıyor olabilir ve çağdaş kozmolojideki en gizemli ve temel fenomenlerden birinin doğasını ortaya çıkarmak için kilit ipuçları sunabilir: karanlık madde.
Yayınlanan bir makale Kozmoloji ve Astroparçacık Fiziği Dergisi İngiltere ve Hawaii merkezli bir araştırmacı ekibi tarafından bu nesneleri ilk kez açıklar ve James Webb uzay teleskopu gibi mevcut gözlemsel araçları kullanarak varlıklarının nasıl doğrulanacağını önerir. Makale “Karanlık Cüceler: Galaktik Merkezde Keşif Bekleyen Karanlık Madde Güçlü Alt Yıldız Nesneleri” başlıklı.
Çalışmanın arkasındaki Anglo-ABD ekibi onlara Dark Cüceler olarak adlandırdı. Karanlık bedenler oldukları için değil – aksine – ancak karanlık madde ile özel bağlantıları nedeniyle, mevcut kozmoloji ve astrofizik araştırmalarındaki en merkezi konulardan biri.
Hawai’i ve çalışma yazarlarından biri Fizik Profesörü Jeremy Sakstein, “Evrenin% 25’inin ışık yaymayan bir tür maddeden oluştuğunu düşünüyoruz. Gözlerimiz ve teleskoplar için görünmez hale getiriyor. Sadece yerçekimi etkileri yoluyla tespit ediyoruz. Bu yüzden karanlık mesele diyoruz,” diye açıklıyor Hawai’i Üniversitesi’ndeki fizik profesörü Sakstein ve çalışma yazarlarından biri.
Bugün karanlık madde hakkında bildiğimiz şey, var olduğu ve nasıl davrandığı – ama henüz gerçekte ne olduğu. Son 50 yılda, birkaç hipotez önerilmiştir, ancak hiçbiri henüz hakim olacak kadar deneysel kanıt toplamamıştır. Sakstein ve meslektaşları gibi çalışmalar önemlidir, çünkü bu çıkmazı kırmak için somut araçlar sunarlar.
En iyi bilinen karanlık madde adayları arasında zayıf etkileşen büyük parçacıklar (WIMP’ler)-sıradan maddelerle çok zayıf etkileşime giren çok büyük parçacıklar: fark edilmeden geçerler, ışık yaymazlar ve elektromanyetik kuvvetlere cevap vermezler (bu yüzden ışığı yansıtmazlar ve görünmez kalmazlar) ve kendilerini sadece yerçekimi etkileri yoluyla ortaya çıkarırlar. Karanlık cücelerin var olması için bu tür karanlık madde gerekli olacaktır.
Sakstein, “Karanlık madde yerçekimi olarak etkileşime girer, bu yüzden yıldızlar tarafından yakalanabilir ve içlerinde birikebilir. Bu olursa, aynı zamanda kendisi ile etkileşime girebilir ve yıldızı ısıtan enerjiyi serbest bırakabilir.”
Sıradan yıldızlar – güneşimiz gibi – sarsıcı çünkü nükleer füzyon süreçleri çekirdeklerinde meydana gelir ve büyük miktarlarda ısı ve enerji üretir. Füzyon, bir yıldızın kütlesi, yerçekimi kuvvetlerinin, atomik çekirdekler arasındaki reaksiyonları tetikleyecek kadar yoğunlukta merkeze doğru sıkıştırmaya yetecek kadar büyük olduğunda gerçekleşir. Bu süreç, ışık olarak gördüğümüz büyük miktarda enerji serbest bırakıyor. Karanlık cüceler de ışık yayar – ancak nükleer füzyon nedeniyle değil.
Sakstein, “Karanlık cüceler çok düşük kütle nesneleri, güneş kütlesinin yaklaşık% 8’i.” Böyle küçük bir kütle füzyon reaksiyonlarını tetiklemek için yeterli değildir.
Bu nedenle, bu tür nesneler – evrende çok yaygın olsa da – genellikle hafif bir ışık yayar (nispeten küçük yerçekimi kasılmaları tarafından üretilen enerji nedeniyle) ve bilim adamları tarafından kahverengi cüceler olarak bilinir.
Bununla birlikte, kahverengi cüceler karanlık maddenin özellikle bol olduğu bölgelerde bulunuyorsa – galaksimizin merkezi gibi – başka bir şeye dönüşebilirler.
Sakstein, “Bu nesneler karanlık bir cüce olmalarına yardımcı olan karanlık maddeyi toplar. Etrafta ne kadar karanlık madde varsa, o kadar çok yakalayabilirsiniz.” Diyerek şöyle devam etti: “Ve yıldızın içinde ne kadar karanlık madde biterse, imha yoluyla o kadar fazla enerji üretilecek.”
Ancak tüm bunlar belirli bir karanlık maddeye dayanmaktadır. Sakstein, “Karanlık cücelerin var olması için, karanlık madde WIMP’lerden veya görünür madde üretmek için kendisiyle çok güçlü bir şekilde etkileşime giren herhangi bir ağır parçacıktan yapılmış olmalıdır.” Diyor.
Diğer adaylar – akslar, bulanık ultralight parçacıkları veya steril nötrinolar gibi karanlık maddeleri açıklamayı önerdi. Sadece birbirleriyle etkileşime girebilen ve görünür enerjiye imha edebilen büyük parçacıklar, karanlık bir cüce güç verebilir.
Bununla birlikte, bu hipotezin tamamı, karanlık bir cüce tanımlamanın somut bir yolu olmasaydı çok az değere sahip olurdu. Bu nedenle Sakstein ve meslektaşları kendine özgü bir işaret öneriyorlar. Bilim adamı, “Birkaç işaret vardı, ama Lityum-7 önerdik çünkü bu gerçekten benzersiz bir etki olurdu.”
Lityum-7 çok kolay yanar ve sıradan yıldızlarda hızla tüketilir. “Yani karanlık bir cüce gibi görünen bir nesne bulabildiyseniz, bu lityumun varlığını arayabilirsiniz, çünkü kahverengi bir cüce veya benzer bir nesne olsaydı orada olmazdı.”
James Webb uzay teleskopu gibi araçlar zaten karanlık cüceler gibi son derece soğuk göksel nesneleri tespit edebilir. Ancak Sakstein’a göre başka bir olasılık var. “Yapabileceğiniz bir diğer şey, tüm bir nesne popülasyonuna bakmak ve istatistiksel bir şekilde, karanlık cücelerin bir alt popülasyonuna sahip olmasaydı daha iyi tarif edilmesini istemektir.”
Önümüzdeki yıllarda bir veya daha fazla karanlık cüceyi tanımlamayı başarırsak, bu ipucu karanlık maddenin WIMP’lerden yapıldığı hipotezini ne kadar güçlü bir şekilde destekleyebilir?
“Makul derecede güçlü. Hafif karanlık madde adayları, aksyon gibi bir şeyle, karanlık bir cüce gibi bir şey alabileceğinizi sanmıyorum. Eğer yıldızların içinde birikmezsek, karanlık bir cüce bulmayı başarırsak, karanlık maddenin kendisiyle güçlü bir şekilde etkileşime girdiğine dair zorlayıcı kanıtlar sağlayacak, ancak bunun standart modelle zayıf bir şekilde dahil edildiğini, ancak bazı daha egzotik modelleri içereceğini, ancak diğer bazı egzotik modelleri içerecek.
Karanlık bir cüce gözlemlemek bize karanlık maddenin bir wimp olduğunu kesin olarak söylemez, ancak bu bir wimp ya da tüm niyet ve amaçlar için bir wimp gibi davranan bir şey olduğu anlamına gelir.
