Physical Review Letters’da yayımlanan çalışma, Samanyolu’nun merkezindeki gizemli iyonlaşma ve gama ışınlarının, şimdiye kadar gözden kaçan hafif karanlık madde parçacıklarıyla açıklanabileceğini ortaya koydu.
Gökbilimciler uzun yıllardır Samanyolu galaksisinin kalbinde gözlemlenen iki esrarengiz fenomenin kaynağını araştırıyordu. Physical Review Letters dergisinde yayımlanan yeni bir çalışma, bu gizemlerin evrenin en gizemli bileşenlerinden biri olan karanlık maddenin yeni bir formuyla açıklanabileceğini ortaya koydu.
Galaksimizin merkezindeki Merkezi Moleküler Bölge‘de (CMZ) gazların beklenmedik şekilde yüksek oranda iyonlaşması (elektriksel olarak yüklü hale gelmesi) ve 511 kilo-elektronvolt (keV) enerjisinde tespit edilen gizemli gama ışınları, on yıllardır bilim dünyasını meşgul ediyordu.
Yaklaşık 700 ışık yılı genişliğindeki CMZ, galaksideki en yoğun moleküler gazları içeriyor. Araştırmacılar, bu bölgede hidrojen moleküllerinin olağandışı bir hızda yüklü parçacıklara (elektronlar ve çekirdekler) ayrıldığını belirledi. Kozmik ışınlar ve yıldız ışığı gibi kaynaklar bu iyonlaşmayı açıklayamıyor.
Diğer gizem olan 511 keV enerji seviyesindeki ışıma ilk kez 1970’lerde gözlemlendi ancak kaynağı hâlâ net olarak belirlenemedi. Süpernovalar, büyük kütleli yıldızlar, kara delikler ve nötron yıldızları gibi çeşitli adaylar önerilse de, hiçbiri ışımanın düzenini veya yoğunluğunu tam olarak açıklayamıyor.
Araştırmacılar basit bir soru sordu: “Bu iki fenomen aynı gizli süreçten kaynaklanabilir mi?”
Evrendeki maddenin yaklaşık %85’ini oluşturan karanlık madde, ışığı yaymaz veya soğurmaz. Kütle çekim etkileri açık olsa da, bilim insanları henüz karanlık maddenin yapısını bilmiyor.
Genellikle gözden kaçırılan bir olasılık, karanlık madde parçacıklarının, protondan çok daha hafif, sadece birkaç milyon elektronvolt kütleye sahip olabileceği ve buna rağmen evrensel bir rol oynayabileceğidir. Bu hafif karanlık madde adayları genellikle sub-GeV (giga elektronvolt) karanlık madde parçacıkları olarak adlandırılıyor.
Araştırmacılar, bu hafif karanlık madde parçacıklarının karşıt parçacıklarıyla galaksi merkezinde temas etmesi durumunda birbirlerini yok ederek elektron ve pozitron üretmesi olasılığını inceledi.
CMZ’nin yoğun gazında, bu düşük enerjili parçacıklar hızla enerji kaybederek çevredeki hidrojen moleküllerinden elektronları kopararak onları verimli şekilde iyonlaştırıyor. Bölgenin yoğunluğu nedeniyle parçacıklar uzağa gidemez ve enerjilerini yerel olarak bırakırlar, bu da gözlemlenen iyonlaşma profiliyle oldukça uyumludur.
Araştırmacılar ayrıntılı simülasyonlar kullanarak, karanlık madde parçacıklarının elektron ve pozitronlara dönüşmesinin, CMZ’de gözlemlenen iyonlaşma oranlarını doğal olarak açıklayabileceğini buldular.
Pozitron Bilmecesi
Eğer karanlık madde CMZ’de pozitronlar oluşturuyorsa, bu parçacıklar sonunda yavaşlayacak ve ortamdaki elektronlarla birleşerek tam olarak 511 keV enerjisinde gama ışınları üretecektir. Bu, iyonlaşma ve gizemli ışıma arasında doğrudan bir bağlantı sağlayacaktır.
Araştırma, karanlık maddenin iyonlaşmayı açıklayabileceği gibi, bir miktar 511 keV radyasyonu da üretebileceğini gösterdi. Bu çarpıcı bulgu, iki sinyalin de aynı kaynaktan, yani hafif karanlık maddeden kaynaklanabileceğini gösteriyor.
511 keV çizgisinin tam parlaklığı, pozitronların elektronlarla bağlı durumlar oluşturma verimliliği ve tam olarak nerede yok oldukları gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Bu ayrıntılar hala belirsizliğini koruyor.
Görünmezi Test Etmenin Yeni Bir Yolu
511 keV emisyonu ve CMZ iyonlaşmasının ortak bir kaynağı olup olmadığına bakılmaksızın, CMZ’deki iyonlaşma oranı, karanlık maddeyi incelemek için değerli yeni bir gözlem olarak ortaya çıkıyor. Özellikle, geleneksel laboratuvar deneyleriyle tespit edilmesi zor olan hafif karanlık madde parçacıklarını içeren modelleri test etmek için bir yol sağlıyor.
Çalışmada, karanlık maddeden kaynaklanan tahmin edilen iyonlaşma profilinin CMZ boyunca dikkat çekici şekilde düz olduğu gösterildi. Bu önemli bir bulgu çünkü gözlemlenen iyonlaşma gerçekten de nispeten eşit şekilde yayılmış durumda.
Galaksinin merkezindeki kara delik veya süpernova (patlayan yıldızlar) gibi kozmik ışın kaynakları bu durumu kolayca açıklayamaz. Ancak düzgün dağılmış bir karanlık madde halosu bunu açıklayabilir.
Bulgular, Samanyolu’nun merkezinin karanlık maddenin temel doğası hakkında yeni ipuçları sunabileceğini gösteriyor.
Daha iyi çözünürlüğe sahip gelecekteki teleskoplar, 511 keV çizgisi ve CMZ iyonlaşma oranı arasındaki uzamsal dağılım ve ilişkiler hakkında daha fazla bilgi sağlayabilecek. Bu arada, CMZ’nin sürekli gözlemleri, karanlık madde açıklamasını çürütmeye veya güçlendirmeye yardımcı olabilir.
Her halükârda, galaksinin kalbinden gelen bu tuhaf sinyaller, evrenin hâlâ sürprizlerle dolu olduğunu hatırlatıyor. Bazen içe doğru, kendi galaksimizin dinamik, parlayan merkezine bakmak, ötesinde ne yattığına dair en beklenmedik ipuçlarını ortaya çıkarıyor.
