Galaksilerin ortak özelliği: ''Meydan okumak''

Kozmik çevremizi anlamak istemek doğal bir insan içgüdüsüdür, ancak evren her zaman (hatta çoğu zaman) bunu kolaylaştırmaz. Örneğin, bilim adamları, uzayda gördüğümüz tuhaf fenomenlerin çoğunu açıklayan standart bir kozmoloji modeli oluşturmak için onlarca yıl harcadılar, ancak birçok aykırı gözlem hala bu yerleşik çerçeveye meydan okuyor.

Bir örnek, merkez bölgelerinden geçen parlak yıldız çubuklarından sonra adlandırılan son derece yaygın sarmal gökadalar olan çubuklu gökadalarda bulunabilir. Standart modele göre, bu çubukların dönüşü, galaksileri saran muazzam varsayımsal yapılar olan soğuk karanlık madde halelerinin neden olduğu sürtünme nedeniyle zamanla yavaşlatılmalıdır.

Bununla birlikte, yeni araştırmalar, evrenin bu ortak özelliklerinin aslında fizik anlayışımıza meydan okuduğu ve yerçekimi etkileriyle bilinen görünmez bir malzeme olan karanlık maddenin daha egzotik açıklamalarına işaret edebileceği sonucuna varıyor. İran'daki Meşhed Ferdowsi Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Mahmood Roshan liderliğindeki bilim adamları, hızlı galaksi çubuklarının, Lambda soğuk karanlık madde (ΛCDM) modeli olarak da bilinen standart model tarafından önerilenden çok daha yaygın olduğunu gösteriyor.

Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri'nde yayınlanmak üzere kabul edilen ekibin çalışmasına göre, bu "dramatik anlaşmazlıklar, gökadaların aslında galaktik çubuklar üzerinde etkili olan dinamik sürtünmeyle birlikte devasa soğuk karanlık madde halelerine sahip olup olmadığı konusunda ciddi şüpheler uyandırıyor". ve ön baskı sunucusu arXiv'de mevcuttur. 

Sonuçlar, standart model için ilginç bir meydan okuma teşkil etse de, araştırmacılar, bunun, iyi onaylanmış ΛCDM çerçevesinin tamamını çürüttüğünü iddia etmiyorlar.

Roshan bir e-postada “Elbette standart kozmolojik paradigmayı değiştirmek inanılmaz derecede büyük bir hareket” dedi. "Bu iddianın basit bir nedeni, ΛCDM'yi değiştirmenin veya dramatik bir şekilde değiştirmenin, yeni bir yerçekimi teorisini uygulamaya neredeyse eşdeğer olmasıdır. Soruşturmamızın hiçbir şekilde bu sonucu ima etmediğini düşünüyorum.” 
"Ancak bu çalışma, karanlık madde parçacıklarının mevcut versiyonunun uygulanabilir olma ihtimalinin düşük olduğunu kuvvetle ima ediyor" dedi.

Bilim adamları, hızlı gökada çubuklarının on yıllardır standart modelin yanında bir diken olabileceğini biliyorlardı, ancak bu sorunu sınırlamak, daha keskin astronomik gözlemlerin yanı sıra daha karmaşık gökada oluşumu ve evrimi simülasyonları gerektirdi. Araştırmacılar, yıldızları, gezegenleri, yaşam formlarını ve karanlık maddeyi oluşturan görünür şeyler olan normal “baryonik” madde hakkında daha fazla şey öğrendikçe, çelişkili kanıtların kendi kendine çözülebileceğini umdular.

Roshan, "Doğal olarak, bu zorluk bugüne kadar küçük bir sorun olarak ele alındı: başka bir deyişle, kozmolojik hidrodinamik simülasyonlara daha fazla fizik ve baryonik geri bildirim alarak bu sorunu çözme konusunda iyimser olmak akıllıcaydı." Dedi. 

“Kozmolojik simülasyonların çözünürlüğünün iyileştirilmesi başka bir çözüm olarak önerildi” diye devam etti. "Şimdi, galaksi oluşumunun yüksek çözünürlüklü kozmolojik simülasyonları çağındayız. Bu nedenle, bu zorluğun hala hayatta olup olmadığını araştırmak ve önemini ölçmek gerekiyor.”
Bu amaçla, Roshan ve meslektaşları, standart model çerçevesinde senaryoları çalıştırmak için kullanılan gelişmiş programlar olan IllustrisTNG ve Evolution and Assembly of GaLaxies ve bunların Ortamları (EAGLE) işbirlikleri tarafından geliştirilen son teknoloji simülasyonları kullandılar. Ekip daha sonra bu ΛCDM model simülasyonlarında üretilen galaksileri , gerçek çubuklu galaksilerin son gözlemleriyle karşılaştırdı . 

Sonuçlar, ΛCDM simülasyonlarının, bilim adamlarının evrene baktıklarında gerçekte gördüklerinden çok daha az hızlı dönen galaksi çubukları olacağını öngördüğü, modeller ve gözlemler arasında net bir gerilimi doğruladı. Bazı nedenlerden dolayı, standart kozmoloji tarafından teorize edilen galaktik karanlık madde haleleri, dönen galaksi çubuklarını tahmin edilen hızın yakınında herhangi bir yerde yavaşlatmıyor gibi görünüyor, bu da bu halelerin ve onları oluşturan parçacıkların doğası hakkında yeni soruları gündeme getiriyor.
Roshan, "Standart soğuk karanlık madde parçacıklarından şüphe duymanın zamanının geldiğine inanıyorum" dedi. "Başka bir deyişle, karanlık madde parçacıkları normalde inanılana kıyasla daha egzotik özelliklere sahip görünüyor. Dinamik sürtünmeyle ilgili özel durumda, karanlık madde parçacıkları, galaktik ölçeklerdeki sürtünmeyi bastıracak şekilde varsayılmalıdır."

Son zamanlarda bu gerilimi azaltabilecek bazı “parlak fikirlerin” önerildiğini kaydetti. Örneğin, bilim adamları, ultra hafif eksenler olarak bilinen varsayımsal parçacıkların, karanlık madde için önemli bir aday olabileceğini öne sürdüler. Bu eksenler, galaksi çubuklarına karanlık madde haleleri tarafından uygulanan sürtünmeyi baskılayan kuantum mekaniksel özelliklere sahip olabilir, bu da bu yapıların çoğunun neden hızlı dönüşleri sürdürdüğünü açıklar. 

Roshan ayrıca, galaksilerde karanlık madde halelerinin var olduğu fikrini tamamen ortadan kaldırma ve değiştirilmiş kütleçekim teorilerine odaklanma çabalarına da işaret etti. Bu doğrultuda ön araştırmalar olsa da, karanlık maddeyi tamamen ortadan kaldıran bir çerçeve, standart modelin uyumluluğuyla uzaktan yakından rekabet etmez.

Gerçekten de, yeni çalışma galaksi çubuğu sorununun "diğer açılardan ΛCDM'nin daha önce belgelenmiş birkaç önemli başarısızlığıyla uyumlu" olduğuna işaret etse de, standart model bu noktada evrenimiz için sahip olduğumuz en iyi açıklama olmaya devam ediyor. meslektaşları, ΛCDM'nin ve zorluklarının yeni teoriler ve hatta belki de parçacık fiziğinin ana hedefi olan bir karanlık madde parçacığının tespiti ile daha da geliştirileceğini umuyor. 

Roshan, "ΛCDM birçok yerel/galaktik ölçekli gözlemi açıklayamamış olsa da, hala güçlü özelliklere sahip" dedi. "Bana göre, bir tür karanlık maddenin çubuk desen hızı gibi sorunları çözemediği sonucuna varmak için çok erken." 

“Mevcut bağlamda ve ortaya çıkardığımız zorluklar göz önüne alındığında, gerçek çözümlerin ne olabileceği konusunda açık fikirli olmak özellikle önemlidir” dedi.