Karanlık madde, evrenin favori görünmez gizemi, genellikle yalnızca kütleçekime tepki veren bir madde olarak tanımlanır. Ancak bilim insanları, basit bir hikayeyle asla yetinmeyerek, şimdi daha karmaşık bir olasılığı araştırıyor: Karanlık madde parçacıkları kendi aralarında gizli bir kuvvet aracılığıyla da etkileşebilir. Kozmoloji ve Astropartikül Fiziği Dergisi'nde (JCAP) yayınlanan yeni bir çalışma, karanlık maddenin ek bir çekici kuvvet deneyimlemesi durumunda ne olacağını inceledi. Sonuçlar şaşırtıcı derecede mantığa aykırıydı: Kuvvet, karanlık maddenin daha verimli bir şekilde toplanmasına neden olmasına rağmen, genellikle kozmik yapının büyümesini hızlandırmıyor. Bunun yerine, bu büyümeyi yavaşlatma eğiliminde.

Bilim insanları neden bir 'karanlık kuvvet' düşünüyor? Çünkü Evren'in son derece hassas gözlemleri, her zaman tam olarak uyumlu olmayan sonuçlar üretti. Kozmik genişleme ve galaksilerin ve diğer büyük yapıların gelişimi ölçümleri bazen biraz farklı hikayeler anlatıyor gibi görünüyor. Uzak Evren'in bazı gözlemleri, genişlemenin geçmişte standart kozmolojik modelin öngördüğünden biraz daha yavaş ilerlemiş olabileceğini düşündürüyor. Bu arada, kozmik mikrodalga arka planı çalışmaları uzun süredir maddenin Evren'in en büyük ölçeklerinde beklenenden daha sıkı kümelenmiş olabileceğini öne sürüyor. Bu farklılıklar nispeten küçük, ancak bilim insanlarını standart kozmoloji modelinin önemli bir bileşeni eksik olup olmadığını sormaya teşvik ettiler.

Bir olasılık, karanlık madde parçacıklarının sıradan maddenin algılayamadığı ek bir kuvvet hissetmesidir. Etkileşim yalnızca karanlık madde sektörü içinde işlediğinden, araştırmacılar buna 'karanlık kuvvet' adını veriyor. Böyle bir etkileşim, hem Evren'in genişlemesini hem de galaksilerin ve daha büyük kozmik yapıların oluşumunu potansiyel olarak etkileyebilir. Çalışmanın sorumlu yazarı ve Perimeter Teorik Fizik Enstitüsü'nde araştırmacı olan Zachary Weiner, 'Karanlık madde hakkında gerçekten bildiğimiz her şey şimdiye kadar yalnızca kütleçekimsel etkileriyle öğrenildi' diyor. 'Bu, karanlık maddenin sıradan maddeden gizlenmiş ek etkileşimlere sahip olabileceği olasılığını açık bırakıyor.'

Araştırma ekibi, karanlık madde parçacıklarının kütleçekime ek olarak uzun menzilli bir kuvvetle etkileştiği bir grup teorik modeli araştırdı. Teorik hesaplamaları kozmolojik verilerle birlikte kullanan bilim insanları, bu gizli etkileşimin kozmik genişleme tarihini ve büyük ölçekli yapının büyümesini nasıl etkileyeceğini inceledi. İlk başta, beklenen sonuç basit görünüyor: Karanlık madde parçacıkları başka bir kuvvet aracılığıyla birbirlerini çekerse, daha hızlı kümeler halinde toplanmalıdırlar. Bu daha güçlü kümelenme, Evren'in öngörülenden daha yoğun yapılar içerdiğini öne süren gözlemleri açıklıyor gibi de görünebilir. Weiner, 'İlk bekleyeceğiniz şey, karanlık maddeye ek bir çekici kuvvet vermenin yapıların daha hızlı büyümesini sağlamasıdır' diyor. 'Ama aynı anda başka bir etki devreye giriyor.'

Araştırmacıların incelediği modellerde, ek kuvvet karanlık maddenin daha etkili bir şekilde kümelenmesini sağlıyor. Ancak, aynı zamanda Evren genişledikçe karanlık maddenin davranışını da değiştiriyor. Aynı süreç, karanlık madde parçacıklarının zamanla etkili bir şekilde kütle kaybetmesine neden oluyor. Bu azalma, onların kütleçekimsel etkisini zayıflatıyor ve gizli kuvvetin ürettiği daha güçlü çekimi dengeliyor. Sonuç olarak, gelişmiş kümelenme, kozmik mikrodalga arka planı üzerinde daha güçlü bir kütleçekimsel iz yaratmıyor. Çoğu durumda, birleşik etki aslında kozmik yapının büyümesini bastırıyor.

Bu bulgular, yalnızca karanlık maddenin ötesine geçen teoriler için önemli olabilir. Karanlık Enerji Spektroskopik Aleti'nden (DESI) yakın zamanda yapılan ölçümler için önerilen bazı açıklamalar, karanlık madde parçacıkları arasındaki benzer etkileşimleri içeriyor. Araştırmacılara göre, yeni tanımlanan mekanizmanın bu daha karmaşık modellerin çoğunu etkilemesi muhtemel.