Evrenin en gizemli iki bileşeni olan karanlık madde ve nötrinoların (ya da 'hayalet parçacıklar' olarak da bilinen) kozmos boyunca görünmez bir şekilde çarpışıyor olabileceğine dair kanıtlar, standart kozmoloji modelimizin en büyük sorunlarından birini çözebilir.
Her iki atom altı parçacık da evrende yaygın olmasına rağmen, hala tam olarak anlaşılamamıştır. Bilim insanları tarafından yakın zamanda yapılan bir çalışma, karanlık madde ve nötrinoların çarpışarak aralarında momentum aktarımı yapabileceğini gösteriyor.
Bu beklenmedik etkileşim, evrenin neden olması gerekenden daha az yoğun bölgelerden (galaksiler gibi) oluştuğunu açıklamaya yardımcı olabilir. Yani, araştırmacılara göre evren, kozmologların öngördüğünden daha az 'topaklı'.
Karanlık Madde ve Nötrinolar Hala Bir Muamma
Karanlık madde, evrenin %85'ini oluşturan gizemli ve görünmez maddedir. Adından da anlaşılacağı gibi ışık yaymaz, bu nedenle varlığı yalnızca kozmolojik gözlemlerde görülen yerçekimsel etkisiyle dolaylı olarak çıkarılmıştır.
Nötrinolar ise kütlesiz ve elektrik yükü olmayan, bu nedenle diğer parçacıklarla etkileşime girme olasılığı çok düşük olan alt-atomik parçacıklardır. Yıldızların füzyon reaksiyonları ve süpernovalar gibi çeşitli nükleer süreçlerde büyük miktarlarda üretilirler. Her saniye, vücudunuzun her santimetrekare alandan milyarlarca nötrino geçer.
Ancak, evrenin büyük ölçekli yapısını teorik olarak açıklayan 'lambda soğuk karanlık madde' (lambda-CDM) modeline göre, karanlık madde ve nötrinoların etkileşime girmemesi beklenir.
Kozmolojik Bir Bilmece
Bununla birlikte, bu yeni çalışma, son yirmi yılda diğer araştırmacıların da öne sürdüğü gibi, karanlık madde ve nötrinoların etkileşime girebileceğine dair yeni kanıtlar sunuyor.
Eğer karanlık madde ve nötrinolar çarpışıyor ve bu süreçte birbirlerine momentum aktarıyorlarsa, bu keşif lambda-CDM modelini yeniden gözden geçirmeye yol açacaktır. Bu tür çarpışmalar, evrenin beklenenden daha az 'topaklı' olması arasındaki uyumsuzluk olan 'S8 gerilimi'ni açıklamaya da yardımcı olabilir.
Araştırmanın ortak yazarlarından biri ve Sheffield Üniversitesi'nde kıdemli araştırma görevlisi olan Eleonora Di Valentino, bu gerilimin standart kozmolojik modelin yanlış olduğu anlamına gelmediğini, ancak eksik olabileceğini düşündürdüğünü belirtiyor. Çalışmaları, karanlık madde ve nötrinolar arasındaki etkileşimlerin bu farkı açıklamaya yardımcı olabileceğini ve evrende yapının nasıl oluştuğuna dair yeni bir bakış açısı sunduğunu gösteriyor.
Bu uyumsuzluk, mevcut evrenin, evrenin yalnızca 380.000 yaşında olduğu zamandan kalma ilk ışık olan kozmik mikrodalga arka planından (CMB) yapılan gözlemlere dayanarak tahmin edilenden daha az yoğunlaştığı bulgusundan kaynaklanıyor.
Araştırmanın diğer bir ortak yazarı ve Hawaii Üniversitesi'nde kozmolog olan William Giarè'ye göre, kozmik yapıların 'daha az topaklı' olduğu ifadesi, bireysel galaksilerin veya kümelerin görünümündeki bir değişiklikten ziyade, istatistiksel bir anlam taşır. Bu, zamanla kozmik yapıların büyüme verimliliğinde bir azalmaya işaret eder.
Çok Sayıda Kanıtı Birleştirmek
Araştırmacılar, CMB'deki enerji ve yoğunluk dalgalanmalarından ve kozmosun başlangıcından 'dondurulmuş' haldeki basınç dalgaları olan baryon akustik salınımlarından (BAO) elde edilen kanıtları, evrenin büyük ölçekli yapısının daha yakın tarihli gözlemleriyle birleştirmeye çalıştılar.
Erken evren verileri Şili'deki Atacama Kozmoloji Teleskobu ve Avrupa Uzay Ajansı'nın CMB'yi incelemek üzere tasarlanmış Planck teleskopundan geldi. Daha geç evren verileri ise Şili'deki Victor M. Blanco Teleskobu ve milyonlarca galaksiyi kapsayan 11 milyar ışıkyılı aşkın bir mesafeyi kapsayan üç boyutlu bir harita oluşturma çabası olan Sloan Dijital Gökyüzü Anketi'nden alındı.
Araştırmacılar ayrıca Karanlık Enerji Anketi'nden elde edilen kozmik kayma verilerini de dahil ettiler. Kozmik kayma, ön plandaki kütleli yapılar uzay-zaman dokusunu büktüğünde ve bu uzak gök cisimlerinden dedektörlerimize seyahat eden ışığın yollarını değiştirdiğinde ortaya çıkan zayıf kütleçekimsel merceklenmeden kaynaklanan uzak gök cisimlerinin bozulmasıdır.
Son olarak, araştırmacılar bu verileri birleştirdi ve evrenin evrimini modellediler. Karanlık madde ve nötrinolar arasındaki çarpışmalar ve sonuçta ortaya çıkan momentum değişimi dikkate alındığında, simülasyonlar gerçek gözlemlerle daha iyi uyuşan bir model evren üretti.
Bununla birlikte, karanlık madde ve nötrinolar arasındaki etkileşimin yalnızca 3-sigma düzeyinde bir kesinliğe sahip olması nedeniyle temkinli olmak için bir neden var. Bu, sonucun bir tesadüf olma olasılığının %0,3 olduğu anlamına gelir. Bilimsel altın standart olan 5 sigma'nın altında olsa da, doğrulanması halinde bu etkileşim 'kozmoloji ve parçacık fiziğinde temel bir çığır açıcı' ve kozmik topaklanma ikilemine potansiyel bir çözüm olacağından, ek araştırmaları hak edecek kadar önemlidir.
Araştırma ekibi lideri ve Polonya Ulusal Nükleer Araştırma Merkezi'nde teorik fizikçi olan Sebastian Trojanowski, nihai kararın Vera C. Rubin Gözlemevi gibi gelecek büyük gökyüzü taramalarından ve daha hassas teorik çalışmalardan geleceğini belirtti. Bu çalışmalar, yeni bir karanlık sektör keşfine tanık olup olmadığımızı veya kozmolojik modellerimizin daha fazla ayar gerektirip gerektirmediğini belirlememize olanak tanıyacak. Ancak her iki senaryo da bizi karanlık madde gizemini çözmeye bir adım daha yaklaştırıyor.
