Soğuk karanlık madde - Cold dark matter

Gelen kozmoloji ve fiziği , soğuk karanlık madde ( CDM ) varsayımsal türüdür karanlık madde . Gözlemler, evrendeki maddenin yaklaşık %85'inin karanlık madde olduğunu ve yıldızları , gezegenleri ve canlı organizmaları oluşturan sıradan baryonik maddeden yalnızca küçük bir kısmını oluşturduğunu göstermektedir . Soğuk karanlık madde hareket yavaş göre gerçeğini ifade eder ışık hızı ise, koyu sıradan madde ile çok zayıf bir etkileşim olduğunu gösterir elektromanyetik radyasyon .

CDM'nin fiziksel doğası şu anda bilinmemektedir ve çok çeşitli olasılıklar vardır. Bunların arasında yeni bir tür zayıf etkileşimli kütleli parçacık , ilkel kara delikler ve eksenler var .

Tarih

Soğuk karanlık madde teorisi ilk olarak 1982'de James Peebles tarafından yayınlandı ; sıcak karanlık madde resmi aynı anda bağımsız olarak J. Richard Bond , Alex Szalay ve Michael Turner tarafından önerilmişken ; ve George Blumenthal , H. Pagels ve Joel Primack . 1984 yılında Blumenthal, Sandra Moore Faber , Primack ve Martin Rees tarafından yazılan bir inceleme makalesi , teorinin ayrıntılarını geliştirdi.

Yapı oluşumu

Soğuk karanlık madde teorisinde, yapı hiyerarşik olarak büyür, küçük nesneler önce kendi yerçekimi altında çöker ve daha büyük ve daha büyük nesneler oluşturmak için sürekli bir hiyerarşide birleşir. Soğuk karanlık madde paradigmasının tahminleri, genel olarak kozmolojik büyük ölçekli yapı gözlemleriyle uyumludur .

1980'lerin başında ve şimdi daha az popüler olan sıcak karanlık madde paradigmasında, yapı hiyerarşik olarak ( aşağıdan yukarıya ) oluşmaz , ancak parçalanma ( yukarıdan aşağıya ) ile oluşur, en büyük üstkümeler ilk önce düz gözleme benzeri tabakalarda oluşur. ve ardından galaksimiz Samanyolu gibi daha küçük parçalara bölünür .

1980'lerin sonlarından veya 1990'lardan bu yana, çoğu kozmolog soğuk karanlık madde teorisini (özellikle modern Lambda-CDM modelini ), evrenin erken zamanlarda ( kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun gösterdiği gibi) düzgün bir başlangıç ​​durumundan nasıl geçtiğinin bir açıklaması olarak desteklemektedir. bugün gördüğümüz galaksilerin ve kümelerinin topaklı dağılımına - evrenin büyük ölçekli yapısına. Erken evrendeki küçük ölçekli yoğunluk dalgalanmaları tarafından yaratılmış olan cüce gökadalar bu teori için çok önemlidir; artık daha büyük yapılar oluşturan doğal yapı taşları haline geldiler.

Kompozisyon

Karanlık madde, sıradan madde ve radyasyonla yerçekimsel etkileşimleri yoluyla tespit edilir. Bu nedenle, soğuk karanlık maddenin bileşenlerinin neler olduğunu belirlemek çok zordur. Adaylar kabaca üç kategoriye ayrılır:

  • Axions , onları uygun bir CDM adayı yapan belirli bir kendi kendine etkileşim tipine sahip çok hafif parçacıklar. AXIONS varlıklarını çözer teorik avantajı var güçlü CP sorunu içinde kuantum renk , ama axion parçacıkları sadece teorize ve asla tespit edilmiştir. Eksenler, WIMP'lerin düşük kütleli karşılıkları olan WISP ( zayıf etkileşimli "ince" veya "ince" parçacık ) olarak adlandırılan daha genel bir parçacık kategorisinin bir örneğidir .
  • Zayıf etkileşimli büyük parçacıklar (WIMP'ler). Şu anda gerekli özelliklere sahip bilinen bir parçacık yoktur, ancak standart parçacık fiziği modelinin birçok uzantısı bu tür parçacıkları öngörmektedir. WIMP'lerin aranması, son derece hassas dedektörler tarafından doğrudan tespit girişimlerinin yanı sıra, parçacık hızlandırıcılar tarafından WIMP'lerin üretilmesine yönelik girişimleri içerir . WIMP'ler genellikle karanlık maddenin bileşimi için en umut verici adaylardan biri olarak kabul edilir. DAMA / Nal deney ve halefi DAMA / TERAZİ BURCU Dünya'ya geçerek doğrudan tespit karanlık madde parçacıkları olduğu iddia edilen, ancak benzer deneylerden sonuç DAMA sonuçları ile uyumlu görünmektedir çünkü birçok bilim adamı şüpheci kalır gelmiş.

Zorluklar

Parçacık soğuk karanlık madde paradigmasının tahminleri ile galaksilerin gözlemleri ve kümelenmeleri arasında birkaç tutarsızlık ortaya çıktı:

Cuspy halo sorun
Soğuk karanlık madde simülasyonlarında (en azından baryonik geri beslemenin etkisini içermeyenler) karanlık madde halelerinin yoğunluk dağılımları, dönme eğrileri araştırılarak galaksilerde gözlemlenenden çok daha fazla tepe noktasına sahiptir.
Eksik uydular sorun
Soğuk karanlık madde simülasyonları, Samanyolu gibi gökadaların çevresinde gözlemlenen küçük cüce gökadaların sayısından çok daha fazla sayıda küçük karanlık madde halelerini tahmin eder .
Uydu diski sorunu
Samanyolu ve Andromeda gökadalarının etrafındaki cüce gökadaların ince, düzlemsel yapılarda yörüngede oldukları gözlemlenirken, simülasyonlar onların ana gökadaları etrafında rastgele dağılmaları gerektiğini tahmin ediyor.
Galaksi morfolojisi sorunu
Galaksiler hiyerarşik olarak büyüdüyse, o zaman büyük galaksiler birçok birleşmeyi gerektiriyordu. Büyük birleşmeler kaçınılmaz olarak klasik bir şişkinlik yaratır . Aksine, gözlemlenen gökadaların yaklaşık %80'i böyle bir şişkinlik olmadığına dair kanıt sunar ve dev saf disk gökadalar olağandır. Bu şişkin olmayan kesir, 8 milyar yıl boyunca neredeyse sabit kaldı.

Bu sorunlardan bazıları önerilen çözümlere sahiptir, ancak CDM paradigmasını terk etmeden çözülüp çözülemeyecekleri belirsizliğini korumaktadır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma