McGill Üniversitesi ve ETH Zurich’te yapılan çalışma, kozmolojik ölçekte gözlenen son derece zayıf fakat oldukça düzgün manyetik alanların aksiyonlar ile açıklanabileceğini öne sürüyor. Aksiyon, karanlık maddeyi oluşturduğu düşünülen, ultra hafif ve maddeyle zayıf etkileşime giren parçacıklara deniyor.
Manyetik alan tüm evrende bulunuyor. Galaksiler arasında da küçük ama homojen manyetik alanlar bulunuyor. Alanların erken evrenden beri nasıl mevcut olduğu ise bir soru işaretiydi.
Manyetik alan, elektrik yüklü parçacıkların hareketiyle oluşan ve yine yüklü parçacıkların hareketini etkileyen fiziksel bir alan olarak tanımlanıyor. Dünya’nın manyetik alanı pusulaları yönlendirirken, galaksilerdeki manyetik alanlar da yıldız oluşumunu, kozmik ışınların yayılımını ve gaz bulutlarının dinamiğini etkiliyor.
Galaksilerin içinde manyetik alanlar görece daha güçlü çünkü burada yoğun gaz, plazma ve hareketli yüklü parçacıklar bulunuyor. Yıldız patlamaları ve galaktik dönüş gibi süreçler bu alanları sürekli besliyor. Galaksiler arası boşluklar son derece seyrek madde içeriyor. Bu nedenle bölgelerde manyetik alan üretmek zor, mevcut alanları korumak ise daha da zor kabul ediliyor.
Makalenin yazarları Robert Brandenberger ve Jurg Frohlich, Hao Jiao’nun Phys org’a yaptığı açıklamada şöyle dediler: “Evrende galaksiler arası ölçeklere yayılan, çok küçük ve homojen manyetik alanların varlığına dair kanıtlar oldukça uzun zaman önce toplanmıştı. Uzun zamandır bu alanların kökeni bir gizem olarak kalmıştı. Son makalemiz, 1997, 2000 ve 2012 yıllarında yayınlanan önceki makalelerde açıklanan fikirler üzerine inşa edilmiştir.”
Çalışmanın önerisi: Aksiyonlar
Çalışma, karanlık maddenin çok düşük kütleli, uzay boyunca koherent biçimde salınan bir aksiyon alanından oluştuğunu varsayıyor. Koherent salınım, bir alanın ya da parçacık topluluğunun uzayın geniş bir bölgesinde aynı fazda ve düzenli biçimde birlikte salınması anlamına geliyor. Yani sistemin farklı noktaları rastgele değil, senkronize şekilde hareket ediyor.
Aksiyon henüz deney ile kanıtlanmamış, kuramsal bir parçacık. Parçacık ilk kez; 1978 yılında Frank Wilczek ve Steven Weinberg tarafından öngörüldü. Aksiyonlar, yavaş hareket eden ve elektromanyetik maddeyle son derece zayıf etkileşen “soğuk karanlık madde” adayları arasında yer alıyor.
Soğuk karanlık madde, erken evrende ışık hızına yakın değil, görece yavaş hareket eden parçacıklardan oluştuğu varsayılan karanlık madde türü olarak tanımlanıyor. “Soğuk” ifadesi sıcaklıkla değil, parçacıkların hız dağılımıyla ilgili bir kavramı ifade ediyor.
Brandenberger ve Frohlich “Ancak şu anda karanlık maddenin neyden oluştuğunu bilmiyoruz. Son makalemizde, bunun ‘ultra hafif’ olduğunu, daha doğrusu çok küçük bir kütleye sahip sözde-skaler bir aksiyon alanı tarafından üretildiğini varsayıyoruz; bu alan, rekombinasyon anında evren boyunca tutarlı bir şekilde salınmaktadır. Bu oldukça standart bir varsayım.” dedi.
Araştırmacılar özellikle evrenin, Büyük Patlama’dan yaklaşık 380 bin yıl sonra atomların oluştuğu ve ışığın serbestçe yayılmaya başladığı dönemden sonraki sürece odaklanıyor. Süreç yeniden birleşme dönemi (recombination epoch) olarak biliniyor ve kozmik mikrodalga arka plan ışımasının üretildiği evreye karşılık geliyor. Bu aşamadan sonra ışık ve madde artık güçlü biçimde bağlı olmadığı için, üretilen manyetik alanların uzun süre varlığını sürdürebileceği düşünülüyor.
Aksiyon alanı ile manyetik alan arasındaki etkileşim, “pseudo-taşiyonik rezonans” adı verilen bir kararsızlık oluşturmasına yol açıyor. Bu kararsızlık, özellikle uzun dalga boylu modların üstel biçimde büyümesini sağlıyor. Sonuç olarak galaksiler arası ölçeklerde son derece homojen ama zayıf manyetik alanlar üretilebiliyor.
Kaynak: Physical Review Letters