S­a­m­a­n­y­o­l­u­’­n­d­a­ ­u­l­t­r­a­ ­h­a­f­i­f­ ­k­a­r­a­n­l­ı­k­ ­m­a­d­d­e­n­i­n­ ­v­a­r­l­ı­ğ­ı­n­a­ ­i­l­i­ş­k­i­n­ ­y­e­n­i­ ­k­ı­s­ı­t­l­a­m­a­l­a­r­

Işığı yansıtmayan, yaymayan veya absorbe etmeyen parçacıklardan oluşan karanlık maddenin evrendeki maddenin çoğunu oluşturduğu tahmin ediliyor. Ancak ışıkla etkileşiminin olmaması, geleneksel deneysel yöntemler kullanılarak doğrudan tespit edilmesini engellemektedir.

Fizikçiler onlarca yıldır karanlık maddeyi tespit etmek ve incelemek için alternatif yöntemler geliştirmeye çalışıyorlar, ancak onun doğası ve galaksimizdeki varlığı hakkındaki birçok soru cevapsız kalıyor. Pulsar Zamanlama Dizisi (PTA) deneyleri, galaktik milisaniye radyo pulsarlarından (yani düzenli milisaniye uzunluğunda radyo dalgası darbeleri yayan gök cisimlerinden) oluşan bir topluluğun zamanlamasını inceleyerek, sözde ultra hafif karanlık madde parçacıklarının varlığını araştırmaya çalışıyor.

Belirli pulsarları gözlemlemek için Avrupa çapında 6 radyo teleskop kullanan, farklı enstitülerde çalışan çok uluslu bir araştırmacı ekibi olan Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi, yakın zamanda topladıkları ikinci dalga verileri analiz etti. Onların makalesiyayınlanan Fiziksel İnceleme MektuplarıSamanyolu’ndaki ultra hafif karanlık maddenin varlığına ilişkin daha sıkı kısıtlamalar getiriyor.

Makalenin ortak yazarı Clemente Smarra, Phys.org’a “Bu makale temelde ilk doktora projemin sonucuydu” dedi. “Bu fikir, amirime kütleçekimsel dalga bilimine odaklanan, ancak parçacık fiziği perspektifinden araştırma yapıp yapamayacağımı sorduğumda ortaya çıktı. Projenin ana amacı, galaksimizdeki ultra hafif karanlık madde olarak adlandırılan maddenin varlığını sınırlamaktı. ”

Ultra hafif karanlık madde, astrofizik alanında uzun süredir devam eden gizemleri potansiyel olarak çözebilecek çok hafif parçacıklardan oluşan varsayımsal bir karanlık madde adayıdır. Smarra ve meslektaşları tarafından yapılan son çalışma, Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi tarafından toplanan veriler aracılığıyla galaksimizde bu tür karanlık maddenin olası varlığını araştırmayı amaçlıyordu.

“Bu alanda daha önce yapılan çalışmalardan ilham aldık, özellikle de Porayko ve işbirlikçilerinin çalışmalarıSmarra şöyle konuştu: “Veri setimizin daha uzun süresi ve geliştirilmiş hassasiyeti sayesinde, Samanyolu’ndaki ultra hafif karanlık maddenin varlığına daha sıkı kısıtlamalar getirebildik.”

Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi’nin son makalesi, geçmişte yürütülen diğer çalışmalardan farklı varsayımlarda bulunuyor. Karanlık madde ile sıradan madde arasındaki etkileşimleri araştırmak yerine, bu etkileşimlerin yalnızca kütleçekimsel etkiler yoluyla gerçekleştiğini varsayar.

Smarra, “Karanlık maddenin sıradan maddeyle yalnızca yerçekimsel etkileşim yoluyla etkileşime girdiğini varsaydık” diye açıkladı. “Bu oldukça sağlam bir iddia: Aslında karanlık madde hakkında bildiğimiz tek kesin şey onun kütleçekimsel olarak etkileşime girdiğidir. Birkaç kelimeyle karanlık madde, pulsar radyo ışınlarının yol aldığı potansiyel kuyular üretir. Ancak bu kuyuların derinliği zamanda periyodik olduğundan radyo ışınlarının pulsarlardan Dünya’ya yolculuk süresi de belirgin bir periyodiklikle değişiyor.”

Smarra ve meslektaşları, Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi tarafından yayınlanan ikinci dalga verilerde bu özel etkiyi arayarak, pulsarların etrafındaki ultra hafif karanlık maddenin varlığına yeni kısıtlamalar getirmeyi başardılar. Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi, Avrupa’nın farklı yerlerinde bulunan 6 gelişmiş radyo teleskopunu kullanarak neredeyse 25 yıldır bu verileri topluyor.

Smarra, “Analizlerimize dayanarak, belirli bir kütle aralığındaki ultra hafif parçacıkların karanlık maddenin tamamını oluşturabileceğini göz ardı edebiliriz.” dedi. “Dolayısıyla, eğer orada olsalardı, gördüklerimizi açıklamak için hâlâ başka bir şeye ihtiyacımız olurdu. Ve bu sonuç oldukça sağlam, çünkü karanlık maddenin kütleçekimsel etkileşimine odaklandık, ki bu da kesin olarak bildiğimiz tek şey.”

Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi’nin son çalışması, 10−24,0 eV≲m≲10−23,3 eV kütleli ultra hafif parçacıkların, ölçülen yerel karanlık madde yoğunluğunun %100’ünü oluşturamayacağını ve en fazla ρ≲0,3 yerel yoğunluğa sahip olabileceğini gösteriyor. GeV/cm³. Bu yeni kısıtlamalar, bu alanda daha fazla araştırmaya yol gösterebilir ve bu bulunması zor karanlık madde adayına yönelik gelecekteki araştırmalara potansiyel olarak bilgi verebilir.

Smarra, “Şu anda pulsarların bize karanlık madde hakkında daha fazla bilgi verebilecek imzalara sahip olup olmadığını araştırmayı planlıyorum” diye ekledi. “Ayrıca, genel olarak PTA bilimiyle ilgileniyorum; bu nedenle, yakın zamanda gözlemlediğimiz stokastik kütleçekimsel dalga arka planı için ilgi çekici bir açıklama olduğuna inanılan süper kütleli kara delik ikili sistemlerinin astrofiziksel modellemesi üzerinde de çalışmak istiyorum.”