Evren kayıp kütlesini nerede saklıyor?

Evren kayıp kütlesini nerede saklıyor?

Gökbilimciler, kaçırılması zor gibi görünen bir şeyi; Evrendeki “normal” maddenin üçte birini aramak için yıllarını harcadılar. NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi’nden elde edilen yeni sonuçlar, bu zorlu eksik madde alanını bulmalarına yardımcı olabilecek.

Bağımsız, köklü gözlemler sonucu bilim adamları, Büyük Patlama’dan hemen sonra hidrojen, helyum ve diğer elementler anlamına gelen normal maddenin ne kadar normal olduğunu duyarlılıkla hesaplamışlardır. İlk birkaç dakika ile ilk milyar yıl arasında kalan süre içinde, normal maddenin çoğu kozmik toz, gaz ve teleskopların günümüz evreninde görebileceği yıldızlar ve gezegenler gibi nesnelere yol açtı.

Sorun şu ki, gökbilimciler bugünün Evrendeki tüm normal maddenin kütlesini topladıklarında bunun üçte birini bulamıyorlar (Bu eksik madde, hala gizemli  farklıdır).

Bir fikir, eksik kütlenin, intergalaktik uzayda sıcak (100.000 Kelvin’den az sıcaklık) ve daha sıcak (100.000 Kelvin’den büyük sıcaklık) gazdan oluşan dev tellere veya topaklara toplanmış olmasıdır. Bu filamentler   tarafından “sıcak-sıcak galaksiler arası ortam” veya WHIM olarak bilinir. Optik ışık teleskoplarına görünmezler ancak filamentlerdeki ılık gazın bir kısmı ultraviyole ışığında tespit edilir.

Araştırmacılar  kullanarak , Chandra ve diğer teleskoplardan gelen verilere dayanarak WHIM’in sıcak bileşeni için yeni ve güçlü kanıtlar buldular.

Astrofizik Merkezi’nden Orsolya Kovac, “Bu eksik kütleyi bulursak, astrofizikteki en büyük engellerden birini çözebiliriz” dedi. Harvard ve Smithsonian (CfA) Cambridge, Massachusetts’de. “Evren, yıldızlar ve gezegenler ve bizim gibi şeyleri oluşturan meseleyi nerede sakladı?” diye soruyorlar.

Gökbilimciler, hızla büyüyen süper kütleli bir kara delik tarafından desteklenen parlak bir X-ışını kaynağı olan bir quasar’a uzanan sıcak gaz filamanlarını araştırmak ve incelemek için Chandra’ı kullandılar. Bu Kuazar Dünya’dan yaklaşık 3,5 milyar ışıkyılı uzaklıktadır. WHIM’in sıcak gaz bileşeni bu filamentlerle ilişkiliyse, kuazardan gelen X ışınlarının bir kısmı bu sıcak gaz tarafından emilecektir. Bu nedenle, Chandra tarafından tespit edilen kuazarın X-ışını ışığına basılmış sıcak gazın imzasını aradılar.

Evren kayıp kütlesini nerede saklıyor?

Bu yöntemin zorluklarından biri, WHIM tarafından absorpsiyon sinyalinin, kuazardan gelen toplam X ışını miktarına kıyasla zayıf olmasıdır. Tüm X-ışınları spektrumunu farklı dalga boylarında ararken, bu zayıf soğurma özelliklerini (WHIM’in gerçek sinyallerini) rastgele dalgalanmalardan ayırt etmek zordur.

Kovacs ve ekibi, aramalarını yalnızca X-ışını ışık spektrumunun belirli bölgelerine odaklayarak bu sorunun üstesinden geldi ve hatalı pozitiflerin olasılığını azalttı. Bunu, ilk önce görüş hattının yakınında bulunan galaksileri ultraviyole verilerinden tespit edilen ılık gaz bölgeleri olarak Dünya ile aynı mesafede bulunan kuazara tespit ederek yaptılar. Bu teknikle kuazar ile aramızdaki 17 olası filamenti tespit ettiler ve mesafelerini aldılar.

Seyahat ederken ışığı uzatan evrenin genişlemesi nedeniyle, bu filamentlerdeki maddelere göre X-ışınlarının herhangi bir absorpsiyonu, daha kırmızı dalga boylarına kaydırılacaktır. Değişimlerin miktarı filamentin bilinen mesafelerine bağlı olduğundan, ekip WHIM’den absorpsiyon için spektrumda nerede arama yapılacağını biliyordu.

CfA’dan ortak yazar olan Akos Bogdan, “Tekniğimiz prensip olarak Afrika’nın engin ovalarında hayvanlar için nasıl etkili bir araştırma yapabileceğinize benzer” dedi. “Hayvanların içmesi gerektiğini biliyoruz, bu yüzden önce sulama deliklerini aramak mantıklı.”

Araştırmayı daraltmaya yardımcı olurken, araştırmacılar ayrıca X-ışını emiliminin zayıflığı sorununu da aşmak zorunda kaldılar. Böylece, 17 filamentten spektrumları bir araya getirerek, 5.5 günlük bir gözlemi yaklaşık 100 günlük veri değerine eşdeğer hale getirerek sinyali artırdılar. Bu teknikle, yaklaşık bir milyon derece Kelvin sıcaklıkta bir gazda olduğunu belirten özelliklere sahip oksijen tespit ettiler.

Araştırmacılar, bu oksijen gözlemlerinden tüm element kümesine ve gözlemlenen bölgeden yerel evrene ekstrapolasyon yaparak, araştırmacılar eksik madde miktarının tamamını hesaba katabileceklerini bildirmişlerdir. En azından bu özel durumda, eksik olan madde WHIM’de nihayetinde saklanıyordu.

CfA’dan ortak yazar Randall Smith, “Bu eksik maddenin bazılarını izleyebildiğimiz için çok heyecanlandık” dedi. “Gelecekte, bu uzun zamandır devam eden gizemin en sonunda kırıldığını doğrulamak için bu aynı yöntemi diğer kuazar verilerine uygulayabiliriz.”