Karanlık madde enerji olarak kullanılabilir mi?

vrenin görünmeyen kısmında kendini saklayan karanlık madde, galaksileri bir arada tutan bir kuvvet olarak bilinmesiyle beraber; aynı zamanda kendi içinde nükleer füzyon başlatabilecek kadar güçlü bir enerji kaynağı olabilir mi? Araştırmacılar, X olarak adlandırdığı ağır fermiyonların, φ adlı bir skaler alan aracılığı ile bağlandığı bileşik karanlık madde yapılarının, içlerinde çok güçlü potansiyel alanlar barındırabileceğini ve standart modeldeki atom çekirdeğini MeV seviyesine kadar hızlandırabileceğine dikkat çekmektedir. Bu hızlandırma ile beraber füzyon reaksiyonları için yeterince enerji sağlayabilecek ve karanlık madde aktif bir nükleer enerji kaynağı haline gelebilecektir. Nitekim çalışmada belirtildiği üzere bu bağlı yapılar görünür maddede nükleer reaksiyonları tetiklemek amacıyla çıkarılabilecek potansiyel enerjiler barındırabilir.

Bileşik karanlık madde ile etkileşime giren çekirdekler, φ alanının sınırında aniden hızlandırılarak elektronlarını kaybetmektedir. Bu süreç sonunda iyonize olmuş bir plazma oluşmakta ve plazma içinde serbest kalan elektronlar radyasyon üretmektedir. Ortaya çıkan bu radyasyon, yüksek enerjili fotonlar içerir ve bu sayede karanlık madde yapılarını gözlemlenebilir bir hale getirir. Bu radyasyon, büyük hacimli nötrino ve sıvı sintilatör dedektörlerinde tespit edilebilmektedir. 

Çalışma da ayrıca; bu bileşik karanlık maddenin, Dünya’nın kabuğunda ve mantosunda yavaşlatılabileceği, belirli koşullarda yakalanabileceği ve gezegenin iç ısısına etki edebileceği belirtilmektedir. Beyaz cüceler gibi yıldız kalıntılarından geçerken, yoğun maddeyle etkileşime geçerek nükleer füzyon başlatabilecekleri ve bu sayede ani bir termonükleer tepkime ile süpernova patlamalarını tetikleyebilecekleri belirtilmektedir. Yıldızın merkez yoğunluğuna ve bileşik karanlık madde parçacığının büyüklüğüne bağlı olarak, bu etkileşimler yıldızın kararsız hale gelmesine sebep olabilir ve zincirleme reaksiyonların başlamasına sebep olabilir. Fakat belirli yıldızların bugüne kadar patlamamış olması bu teoriye sınır koymaktadır.¹

Farklı bir çalışma de ise karanlık madde ile nükleer füzyonun farklı bir etkileşimi incelenmiştir. Özellikle yıldız benzeri ama düşük kütleli gök cisimleri (kahverengi cüceler, gaz devleri ve gezegen benzeri kütleye sahip olan yoğun cisimler) ele alınmıştır. Bu tür cisimler, galaksinin karanlık madde ile çevrili bölgelerinde uzun süreler boyunca karanlık madde parçacıklarını çekim yoluyla içlerinde biriktirebilmektedir. 

Bunun sonucunda karanlık madde parçacıkları, karşıt antiparçacıklarıyla karşılaştığında yok olma reaksiyonları gerçekleşmektedir. Bu reaksiyonlar sonucunda açığa çıkan yüksek miktarda enerji ile yapının merkezinde sıcaklık artarak hidrojen füzyonu başlatabilmektedir. Buradaki sıcaklık artışının önemi, normal şartlar altında füzyon başlatamayacak kadar soğuk olan kahverengi cüce gibi yapıların, hidrojen füzyonu başlatabilecek sıcak seviyelerine ulaşabilmesidir. Önemli nokta ise karanlık maddenin reaksiyona girmese bile enerji sağlayıcı bir görev üstlenerek katalizör gibi davranmasıdır.

Bu durum klasik astrofizik modellerde füzyon gerçekleştiremeyen bazı yıldızaltı cisimlerin, karanlık madde ile farklı davranışlar sergileyebileceğini göstermektedir. Özellikle bazı kahverengi cücelerde gözlemlenen beklenmedik parlaklık ve içsel ısı kaynaklarına sebep olarak bu yok olma süreçleri gösterilmektedir.²

Bu bağlamda yapılan modellemeler; karanlık madde kaynaklı enerji üretiminin, yıldızların termal denge yapısını önemli ölçüde etkileyebileceğini ve bazı yıldızların yaşam sürelerinin uzamasına neden olabileceğini ortaya koymaktadır. Buna ek olarak bu tür ekstra ısı kaynağının, yıldızların parlaklıklarında ve sıcaklıklarında anomali oluşturabileceğinden dolayı gelecek nesil teleskoplarda yapılacak yüksek hassasiyetli gözlemler de karanlık madde varlığına dair dolaylıda olsa kanıtlar sunma potansiyeli barındırmaktadır. 

Bu gözlemsel veriler, hem yıldız evrimi modellerinin revize edilmesini gerektirebilir hem de karanlık madde ile normal madde arasındaki etkileşimi daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.³

Kaynaklar

1. Acevedo, J. F., Bramante, J., & Goodman, A. (2021). Nuclear fusion inside dark matter. Physical Review D, 103(12), 123022.
2. Sun, Y., Schutz, K., Nambrath, A., Leung, C., & Masui, K. (2022). Axion dark matter-induced echo of supernova remnants. Physical Review D, 105(6), 063007.
3. Bhattacharjee, P., & Calore, F. (2024). Probing the Dark Matter Capture Rate in a Local Population of Brown Dwarfs with IceCube Gen 2. Particles, 7(2), 489-501.

(YZ: %15)