Karanlık madde doğanın en kafa karıştırıcı gizemlerinden biridir. Parçacık fizikçilerini geceleri tutar ve kozmologlar süper bilgisayar simülasyonlarına yapıştırılır. Bunun gerçek olduğunu biliyoruz çünkü kütlesi galaksilerin parçalanmasını engelliyor. Ama ne olduğunu bilmiyoruz.
Dark Madde diğer maddeleri sevmez ve kendi şirketini tercih edebilir. Düzenli baryonik maddelerle etkileşime girmese de, muhtemelen kendisiyle tepki verebilir ve kendini açığa çıkarabilir. Bunu yapmak için sıkı bir şekilde paketlenmiş bir ortama ihtiyaç duyar ve bu da astrofizikçilerin nihayetinde onu tespit edebilmesine yol açabilir.
Yeni teorik araştırma bunun nasıl olabileceğini özetliyor ve alt yıldız nesnelerin, temelde kahverengi cücelerin süreci barındırabileceğini belirtiyor. Araştırma başlıklı “Karanlık Cüceler: Galaktik Merkezde Keşif Bekleyen Karanlık Madde Güçlü Alt Yıldız Nesneleri,” Ve şurada yayınlandı Kozmoloji ve Astroparçacık Fiziği Dergisi. Baş yazar, Durham Üniversitesi Fizik Bölümü’nde Parçacık Fizik Fenomenolojisi Enstitüsü’nde teorik bir fizikçi ve yardımcı doçent olan Djuna Croon’dur.
Kahverengi cüceler, gezegenlerden daha büyük, ancak hidrojen füzyonunu tetikleyecek kadar büyük olmayan alt yıldız nesneleridir. Kahverengi cüceler oluştuğunda, yıldızlarla aynı süreci takip ederler. Ancak ne yazık ki onlar için gaz toplanması, büyümelerini durdurur ve dublörler. Hidrojen füzyonunu tetikleyecek kadar büyük olamazlar ve ömür boyu loşluklara mahkum olurlar. Deuterium’u kısaca kaynaştırarak ve yerçekimi kasılması yoluyla biraz ısı üretirler, ancak asla yıldızların yaptığı gibi parlak bir şekilde parlamayacaklardır.
Parlaklık açısından, beyaz cücelerden daha dimmer ama Jüpiter gibi gaz devlerinden biraz daha parlak. Zamanla, kahverengi cüceler soğur ve daha dimmer ve dimmer olur. Kahverengi cüceler, loşlukları ve düşük kütleleri nedeniyle tespit edilmesi zordur.
Croon ve ortak araştırmacılar, karanlık madde imhasının bazı kahverengi cüceleri tespit edebileceğini öne sürüyor. Karanlık madde parçacıkları kendi partikülleri olabilir ve yoğunlukları yüksek olduğunda birbirlerini yok edebilir. E = MC’ye göre2imhaları kütlelerini enerjiye dönüştürür ve fotonlar, elektronlar ve pozitronlar gibi standart modelden parçacıklar üretir.
“Karanlık madde yerçekimi olarak etkileşime girer, böylece yıldızlar tarafından yakalanabilir ve içinde birikebilir,” Bir basın açıklamasında ortak yazar Jeremy Sakstein’ı açıkladı. “Bu olursa, aynı zamanda kendisiyle etkileşime girebilir ve yok edebilir, yıldızı ısıtan enerjiyi serbest bırakabilir.” Sakstein, Hawai’i Üniversitesi’nde Fizik Profesörüdür.
Galaktik merkezin yakınında daha karanlık bir madde var ve yazarlar burası, kendi kendini geliştirmenin gerçekleşmesi için kahverengi cücelerde birikebileceğini düşünüyorlar. Bu olduğunda, başka bir alt yıldız nesne türü oluşturur: karanlık cüceler.
“Bu nesneler, karanlık bir cüce olmalarına yardımcı olan karanlık maddeyi toplar. Etrafta ne kadar karanlık bir madde varsa, o kadar çok yakalayabilirsiniz,” Sakstein açıklıyor. “Ve yıldızın içinde ne kadar karanlık madde biterse, imha yoluyla o kadar fazla enerji üretilecektir.”
Karanlık madde için birçok aday parçacık var. Bunlardan biri zayıf etkileşen büyük parçacıklar (WIMP’ler) ve bu teorik model sadece WIMP’lerin gerçekten karanlık maddenin olduğu gibi çalışır. “Karanlık cücelerin var olması için, karanlık madde wimps veya görünür madde üretmek için kendisiyle çok güçlü etkileşen herhangi bir ağır parçacıktan yapılmış olmalıdır,” Sakstein diyor.
Bu karanlık cüceleri tespit edebilirsek, temel olarak karanlık maddeyi tespit ediyoruz. Tespit, tüm lityum izotoplarının en bol ve stabil olan doğal olarak oluşan bir lityum izotop olan lityum-7’ye dayanır. Normal kahverengi cüceler lityum 7’yi tüketirken, karanlık cüceler onu koruyacaktı.
“DD’ler, kahverengi/kırmızı cücelerden çeşitli şekillerde fiziksel olarak farklıdır,” Yazarlar yazıyor. Biraz daha büyükler ve ağırlıklı olarak DM imhası ile güçlendiriliyor ve stabil hidrojen füzyonunun ek bir bileşeni. Parlaklıkları, yarıçapları ve etkili sıcaklıkları zaman içinde sabittir. Yazarlar ayrıca bu karanlık cücelerin lityumlarını koruyacağını, kahverengi cücelerde nükleer yanma ile tükeneceğini açıklıyorlar.
“Lityum testi, bir nesnenin kahverengi bir cüce olduğunu doğrulamak için birincil bir yöntemdir,” Araştırmacılar yazıyor. Gökbilimciler, kahverengi cücelerin ve genç yıldızların çekirdek sıcaklık öykülerini izlemek ve hangi evrimsel çağda olduklarını belirlemek için yıldız spektrumlarında lityum çizgileri kullanırlar.
“Lityum-7’nin lityum yakma sınırından daha ağır nesnelerde saptanması, DM ısıtmasının varlığı için kanıt sağlayacaktır,” Araştırmacılar makalelerine yazıyor. “Bunun bir sonucu, DDS’nin nispeten büyük bir kütleye ve eski yıldız yaşına rağmen gelişmiş lityum bolluğu ile tanımlanabilmesidir.” Ayrıca, zaman içinde tutulan lityum miktarının kütle ve karanlık madde yoğunluklarının bir fonksiyonu olduğunu gösterirler.
“Birkaç işaret vardı, ama Lityum-7 önerdik çünkü gerçekten benzersiz bir etki olurdu,” Sakstein açıkladı. Sıradan yıldızlar hızla lityum tüketir. “Eğer karanlık bir cüce gibi görünen bir nesne bulabildiyseniz, bu lityumun varlığını arayabilirsiniz, çünkü kahverengi bir cüce veya benzer bir nesne olsaydı orada olmazdı.”
Karanlık cüceler son derece soğuk nesnelerdir ve JWST bunları tespit edebilirken, Sakstein’a göre başka bir yol olabilir. “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.”
Karanlık cüceler bulmak, karanlık maddenin doğası hakkındaki soruyu cevaplamak için uzun bir yol kat ederdi. Bazı karanlık cüceleri tespit edebilseydik, karanlık maddenin wimps olduğu fikrini destekleyecekti.
“Hafif karanlık madde adayları ile, aks gibi bir şey, karanlık bir cüce gibi bir şey alabileceğinizi sanmıyorum.” dedi Sakstein. “Yıldızların içinde birikmezler. Karanlık bir cüce bulmayı başarırsak, karanlık maddenin ağır olduğuna ve kendisiyle güçlü bir şekilde etkileşime girdiğine dair zorlayıcı kanıtlar sağlar, ancak sadece standart modelle zayıf bir şekilde etkileşime girer. Buna WIMP sınıfları da dahildir, ancak başka daha egzotik modeller de içerir,” Sakstein’ı bitirir.
“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.”
