Yeni simülasyonlar, evrenin kütlesinin büyük çoğunluğunu oluşturan görünmez madde olan karanlık maddenin atomlara dönüşebileceğini gösteriyor. Bu "karanlık atomlar", gökbilimcilere bu gizemli maddeyi anlamaları için yeni bir fırsat vererek, galaksilerin evrimini ve yıldızların oluşumunu kökten değiştirebilir.
Karanlık madde, evrendeki her galaksinin ve galaksi kümesinin kütlesinin %80'inden fazlasını oluşturur. Tüm gözlemlerimiz, karanlık maddenin sıradan maddeyle ve hatta ışıkla bile etkileşime girmeyen yeni bir tür parçacık olduğunu gösteriyor. Karanlık maddeyi ancak diğer her şeyle yerçekimi etkileşimi yoluyla tanımlayabiliriz. Karanlık madde ne olursa olsun, modern fizik anlayışımızın ötesindedir. Ama yine de kütlesi ve dolayısıyla yerçekimi vardır.
Karanlık maddenin basit mi yoksa karmaşık mı olduğunu henüz bilmiyoruz. Evrene hakim olan ve kendisiyle bile neredeyse hiç etkileşime girmeyen tek tür parçacıktan oluşabilir. Veya sıradan maddede gördüğümüz aynı zengin çeşitliliğe sahip birkaç tür parçacıktan oluşabilir. Dahası, doğanın yalnızca dört temel kuvvetini biliyoruz: yerçekimi, elektromanyetizma, güçlü nükleer etkileşim ve zayıf nükleer etkileşim. Ancak, yalnızca karanlık madde parçacıkları arasında hareket eden ve normal maddeyi hiç etkilemeyen ek kuvvetler olabilir.
Ek karanlık madde parçacıkları ve karanlık güçler kavramı göründüğü kadar abartılı değil. Fizik anlayışımız, parçacıklar arasındaki derin matematiksel ilişkiler olan simetriler üzerine kuruludur. Doğa kanunlarında, karanlık maddeyi normal maddenin muadili yapan ek simetriler olması ve normal maddenin girebileceği her türlü etkileşimin karanlık sektörde bir karşılığı olması mümkündür.
Örneğin, sıradan maddeden basit atomlar inşa edebiliriz: etkileşime aracılık eden elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı olan bir foton ile birbirine bağlı bir proton ve bir elektron. Aynı karanlık madde yapısının bir versiyonuna da sahip olabiliriz, karanlık bir proton, karanlık fotonlar tarafından karanlık elektronlara bağlanır: karanlık atomlar.
Atomik karanlık madde, yalnızca bir parçacıktan oluşan karanlık maddeden çok daha farklı davranırdı. En önemlisi, basit karanlık maddenin bir araya topaklanması çok zor olacak ve bunu yüz milyonlarca yıl boyunca yavaş yavaş yapacaktı. Sıradan madde, galaksileri oluşturmak için bu pürüzsüz karanlık madde yığınlarında toplanır, ancak bunun dışında ayrı yaşamlar sürerler. Bununla birlikte, atomik karanlık madde, kendi gölge gökadalarını (görünür gökadaların boyutunu ve konumunu taklit eden disk benzeri yapılar) oluşturabilir.
Astrofizikçilerden oluşan bir ekip, galaksilerin evrimini modellemek ve gözlemlenen farklılıkların ortaya çıkabileceğini görmek için bu ilgi çekici olasılığı kullandı. Atomik karanlık maddenin kendi kuvvetlerine göre evrimleşmesine izin verdiler ve ardından bu yeni yapıların, yeni yerçekimi organizasyonu aracılığıyla görünür galaksileri nasıl etkileyeceğini araştırdılar. Sonuçlarını Nisan ayında çevrimiçi bir ön baskı veritabanında yayınladılar. arXiv.
Araştırmacılar, az miktarda atomik karanlık maddenin bile - geri kalanı hariç evrendeki tüm karanlık maddenin sadece %6'sı - galaksilerin evrimini kökten değiştirmek için yeterli olduğunu buldular. Atomik karanlık madde etkileşime girebildiğinden, bir tür karanlık radyasyon yayarak enerji kaybederek kolayca yoğunlaşabilir. Simülasyonlar, her galaksinin içinde hızla bir "karanlık diskin" belirdiğini gösterdi; bu diskin dönüşü, görünür, normal bileşenlerin dönüşüne çok yakındı.
Oradan, atomik karanlık madde, tıpkı normal gazın yoğunlaşarak bulutlara ve sonunda yıldızlara dönüşmesi gibi, yoğunlaşmaya devam etti. Simülasyonda, atomik karanlık madde kendi karanlık yıldızlarını oluşturdu ve hatta kendi kara deliklerinin oluşmasına neden olabilir. Bu yığınlar daha sonra yoğunluğun arttığı galaktik çekirdeğe battı.
Bu ekstra yerçekimi nedeniyle, galaksilerin çekirdeklerinde yıldız oluşumu hızlanır ve basit karanlık madde ile galaksilerden çok daha hızlı yıldızlar oluşur. Bu simülasyonlar aslında bazı atomik karanlık madde modellerini dışladı çünkü bu modeller galaksilerinde yeni yıldız oluşturan materyalin çok hızlı tükenmesine neden oldu.
Ancak bazı modeller, atomik karanlık maddenin varlığının daha fazla olasılığına izin vererek mevcut gözlem sınırlarından sağ çıktı. Araştırmacılar, daha fazla teorik ve deneysel çalışmanın, bu ilgi çekici egzotik madde formunun akla yatkınlığına ışık tutacağını umuyor. Örneğin, atomik karanlık madde çok verimli bir şekilde yoğunlaştığından, NASA'nın Roma'daki Nancy Grace Uzay Teleskobu kullanılarak gelecekteki yerçekimsel mikromercekleme çalışmaları ile yoğun yıldız benzeri kümeleri tespit edebiliriz.
Ayrıca okuyun: