Karanlık madde sıkıştırılabilir mi?

Evet ama "sıkıştırmak" ile ne kastettiğinize bağlı. Karanlık maddeyi bir gaz gibi pistonla sıkıştıramazsınız, çünkü neredeyse hiç çarpışmaz ve ışıma yaparak enerji kaybedemez. Buna karşılık yerel yoğunluğu kütleçekimi sayesinde artabilir ve bu, modellenen gerçek bir süreçtir.

Gaz neden sıkışır? Parçacıklar çarpışır, ışıma yapar, soğur ve merkeze çöker. Soğuk karanlık madde bunu yapamaz. Parçacıkları birbirinin İÇİNDEN geçen, çarpışmasız bir akışkan gibi davranır. Bunu hayal edebiliyor musunuz, bir galaksiyi saran devasa bir bulut var ve hiçbir parçacık diğerine "çarpmıyor". Bu yüzden haloları yıldızlar gibi yoğun topaklara dönüşmez, geniş ve yaygın kalır.

Yine de adyabatik büzülme denen bir mekanizma var. Halonun merkezinde baryonik madde çökerse ya da merkezdeki kara delik kütle kazanırsa potansiyel kuyusu derinleşir. Karanlık madde yörüngeleri yavaşça küçülür ve merkezde daha dik bir yoğunluk profili ortaya çıkar. Kim ve arkadaşları bu etkiyi dalga karanlık madde için hesapladı. Sonuçlarına göre daha yoğun bir halo, ara kütleli kara deliklerin etrafındaki sarmal yörüngelerde kütleçekimi dalgalarının faz kaymasını değiştirebilir, yani bu sıkışma ilke olarak gözlenebilir bir iz bırakır.

Sıkışmanın bir tavanı da var. Çarpışmasız bir sistemde Liouville teoremi gereği faz uzayı yoğunluğu korunur, bu yüzden yoğunluğu istediğiniz kadar artıramazsınız. Karanlık madde fermiyonlarsa Pauli dışlama ilkesi de ek bir sınır getirir (Tremaine-Gunn sınırı).

Bazı alternatif modellerde durum farklıdır:

• Dalga (ultrahafif bozon) karanlık madde: Kuantum belirsizlikten gelen bir "basınç" sıkışmaya direnir ve merkezde soliton çekirdek denen kararlı bir yapı oluşturur (Hui, 2021).
• Kendiyle etkileşen karanlık madde: Parçacıklar birbirine saçılırsa halo bir akışkan gibi basınç ve ısı iletimi kazanır, yeterince uzun sürede gravitermal çöküşe girebilir.

Özetle karanlık madde laboratuvarda ya da gaz gibi sıkıştırılamaz, ama kütleçekimi onu merkezde yoğunlaştırabilir. Ne kadar sıkışacağını da parçacığın doğası belirler.