Hubble Gözlemleri Karanlık Madde Teorisinde Eksik Bir Bileşenin Varlığını İddia Ediyor
Çeviren: Hande Çendik
Düzenleyen: Esranur Maral
Özet: Araştırmacılar karanlık madde gözlemleri ve teorileri arasında şaşırtıcı bir fark buldu.
Gök bilimci Fritz Zwicky, 1933’te Saç Kümesi üzerinde çalışırken bir problemi ortaya çıkardı. Kümedeki tüm yıldızların kütlesi, üye gök adaların kümenin kütle çekimi etkisinden kaçmasını önlemek için gereken kütlenin yalnızca yüzde birkaçına karşılık geliyordu. Fritz Zwicky, kümeyi bir arada tutan gücün ‘’kayıp kütlenin’’ bugünkü bildiğimiz karanlık madde olduğunu tahmin etti. Karanlık madde ki adı üstünde görülebilen bir madde değildir. Işığı yaymaz, soğurmaz, yansıtmaz ya da bilinen herhangi bir tanecikle etkileşime girmez. Bu anlaşılması zor maddenin varlığı yalnızca uzaydaki görünür madde üzerindeki çekim etkisi sayesinde bilinir. Bu gizemli madde, gök adaların uzun ipliksi yapılar şeklinde oluşturduğu -kozmik ağ- evrenimizin görünmez iskelesidir. Hatta daha ilginci de karanlık maddenin evrendeki tüm kütle içeriğinden daha fazlasını oluşturuyor olmasıdır. Yıldızlar, gezegenler ve insanlar evrenin içeriğinin sadece yüzde birkaçını oluşturur. Gök bilimciler on yıllardır bu hayaletimsi maddenin peşindeler fakat hâlâ yeterince cevapları yok. Kütle çekimi etkilerinin izlerini takip ederek karanlık maddenin varlığını anlamak için yaratıcı yöntemler geliştirdiler. Bir yöntem, karanlık maddenin büyük bir gök ada kümesindeki çekim gücünü ve uzak bir arka plan gök adasından gelen ışığı nasıl yolundan saptırdığını ölçüyor. Kütle çekimsel merceklenme denen bu olay uzak gök adaların lekeli görüntülerini ve bazen de tek bir görüntünün birden çok kopyasını üretiyor. Son zamanlarda 11 ağır gök ada kümesi üzerinde yapılan araştırmalar, bazı küçük ölçekli karanlık madde kümelerinin ürettikleri merceklenme etkilerinin beklenenden 10 kat daha güçlü olacak kadar yoğun olduğunu göstermiştir. Bu yoğunlaşmalar özel gök ada kümeleriyle ilgilidir. Araştırmacılar, Hubble Uzay Teleskobunu ve Şili’de bulunan Avrupa Güney Gözlemevindeki Çok Büyük Teleskobu kullanarak en büyük gök adaların bulunduğu her kümenin çekirdeğinde eşi benzeri görülmemiş ayrıntılarla daha küçük ölçekli mercek bozulmalarını keşfetti. Bu beklenmedik keşif, karanlık maddenin gök ada kümesinde nasıl dağılmış olabileceğinin gözlemleri ve teorideki modeli arasındaki farkını ortaya koydu. Bu keşif, gök bilimcilerin karanlık maddenin doğası hakkındaki mevcut anlayışlarında bir fikir ayrılığının sinyali olabilir.
Gök bilimciler, karanlık maddenin nasıl davrandığına dair kozmik tarifimizde eksik bir bileşen olabileceğini keşfettiler. Karanlık maddenin gök ada kümelerinde nasıl dağılmış olması gerektiğine dair teorik modeller ile karanlık maddenin kümeler üzerindeki etkisi hakkındaki gözlemleri arasında bir tutarsızlık ortaya çıkardılar. Karanlık madde ışığı yaymaz, emmez veya yansıtmaz. Varlığı, yalnızca uzaydaki görünür madde üzerindeki çekim etkisinde görülebilir. Bu nedenle, karanlık madde Alice Harikalar Diyarında’ki Cheshire Kedisi kadar anlaşılmaz kalır. Burada sadece sırıtışını (kütle çekimi şeklinde) görürsünüz, hayvanın kendisini görmezsiniz. Gök bilimcilerin karanlık maddeyi tespit edebilmelerinin bir yolu, kütle çekiminin uzayı nasıl büktüğünü ölçmektir ve bu etki kütle çekimsel merceklenme olarak adlandırılır. Araştırmacılar, kümelerdeki küçük ölçekli karanlık madde yoğunluğunun beklenenden 10 kat daha güçlü kütle çekimsel merceklenme etkileri ürettiğini buldular. Bu kanıt, NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu ve Şili’deki Avrupa Güney Gözlemevi’nin Çok Büyük Teleskobu (VLT) tarafından birkaç büyük gök ada kümesinin eşi görülmemiş derecede ayrıntılı gözlemlerine dayanmaktadır. Bireysel üye gök adalardan oluşan evrendeki en büyük yapılar olan gök ada kümeleri, karanlık maddenin en büyük depolarıdır. Sadece büyük ölçüde karanlık maddenin çekimi ile bir arada tutulmakla kalmazlar, bireysel gök adalar da karanlık maddeyle doludur. Kümelerdeki karanlık madde bu nedenle hem büyük hem de küçük ölçülerde dağılmıştır.
Ulusal Astrofizik Enstitüsü (INAF) Astrofizik ve Uzay Bilimleri Gözlemevi’nden Massimo Meneghetti, “Gök ada kümeleri, evrenin bilgisayar benzetimlerinin karanlık madde ve görünür madde ile etkileşimi hakkında güvenilir bir şekilde yeniden üretip üretmediğini anlamak için uygun laboratuvarlardır.” dedi. İtalya Bologna Üniversitesindeki çalışmanın başyazarı Meneghetti, “Bu çalışmadaki benzetimleri ve verileri karşılaştırırken çok sayıda dikkatli test yaptık ve uyuşmazlığa ilişkin bulgumuz devam ediyor.” diye devam etti. “Bu tutarsızlığın olası bir kaynağı, benzetimlerde bazı temel fiziği kaçırıyor olabilmemizdir.” Connecticut’taki New Haven’daki Yale Üniversitesinden ekibin kıdemli teorisyenlerinden Priyamvada Natarajan, “Gerçek evrenin şu anki teorik modellerimizde yakalayamadığımız bir özelliği var. Bu, karanlık maddenin doğası ve özellikleri hakkındaki mevcut anlayışımızda bir boşluğa işaret edebilir çünkü bu hassas veriler, karanlık maddenin en küçük ölçeklerde ayrıntılı dağılımını araştırmamıza izin verdi.”
Karanlık maddenin kümelerdeki dağılımı, ışığın bükülmesi veya ürettikleri kütle çekimsel merceklenme etkisiyle haritalanır. Karanlık maddenin çekimi, uzak arka plandaki nesnelerden gelen ışığı büyütür ve bükerek tıpkı bir eğlence evindeki aynalar gibi çarpıklıklar ve bazen aynı uzak gök adanın birden fazla görüntüsünü üretir. Bir kümedeki karanlık madde yoğunluğu ne kadar fazlaysa ışığın bükülmesi o kadar belirgindir. Hubble’ın net görüntüleri, VLT’den gelen spektrumlarla birleştiğinde ekibin yüksek doğrulukta karanlık madde haritası oluşturmasına yardımcı oldu. Düzinelerce görüntülenen merceklenmiş arka plan gök adaları belirlediler. Gök bilimciler merceklenme çarpıklıklarını ölçerek karanlık maddenin miktarını ve dağılımını bulabilirler. Çözümlemede üç önemli gök ada kümesi kullanıldı; MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 ve Abell S1063. Ekibi şaşırtan şey, en büyük gök adaların bulunduğu her kümenin çekirdeğindeki daha büyük ölçekli mercek bozulmalarının içine yerleştirilmiş daha küçük ölçekli kavisler ve çarpık görüntülerin ortaya çıkması oldu. Araştırmacılar, gömülü lenslerin tek tek küme gök adalarıyla ilişkili yoğun karanlık madde derişimlerinin çekimi tarafından üretildiğine inanıyor. Tek tek gök adaların iç bölgelerindeki karanlık maddenin dağılımının kümenin genel merceklenme etkisini artırdığı biliniyor. Sonraki tayfsal gözlemler, birkaç küme gök adasının içinde yörüngede dolanan yıldızların hızının ölçülmesiyle çalışmaya eklendi. İtalya’daki Ferrara Üniversitesinden ekip üyesi Piero Rosati, “Tayfsal çalışmamıza dayanarak gök adaları her bir kümeyle ilişkilendirebildik ve mesafelerini tahmin edebildik.” dedi. İtalya’daki Bologna INAF Astrofizik ve Uzay Bilimi Gözlemevinden ekip üyesi Pietro Bergamini, “Yıldızların hızı bize karanlık madde miktarı da dâhil olmak üzere her bir gök adanın kütlesinin bir tahminini verdi.” dedi. Ekip, karanlık madde haritalarını, gözlenen kümelerle aşağı yukarı aynı mesafelerde bulunan benzer kütleli simüle edilmiş gök ada kümelerinin örnekleriyle karşılaştırdı. Bilgisayar simülasyonlarındaki kümeler, en küçük ölçeklerde -evrende görüldüğü gibi tek tek küme gök adalarıyla ilişkili ölçeklerde- aynı düzeyde karanlık madde yoğunluğunu göstermedi. Ekip, merak uyandıran doğasını saptamak için karanlık madde modelinin testine devam etmeyi dört gözle bekliyor. NASA’nın planladığı Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, devasa gök ada kümelerinin kütle çekimi merceklenmesi yoluyla daha da uzak gök adaları tespit edecek. Gözlemler, gök bilimcilerin karanlık madde modellerini daha fazla test etmek için çözümleyecekleri küme örneklerini genişletecek.
