Yeni Bir Araştırma, Karanlık Maddenin Sonuçta Etkileşimli Olmayabileceğini Gösteriyor
Abell 3827 kümesinin kalbindeki dört dev gökadanın Hubble Uzay Teleskobu görüntüsü. Yaklaşık 3 saatlik bir pozlama, orijinali 2015’te kullanılan görsel dalga boylarında ve yakın kızılötesindeki görüntüyü gösteriyor. Kümenin arkasındaki daha uzak bir galaksinin çarpık görüntüsü dört galaksinin etrafına sarılmış, zayıf bir şekilde görülebiliyor.
Yeni gözlemler, gizemli maddenin çekim gücü dışındaki kuvvetlerle etkileşime girmediğini gösterdikten sonra, gökbilimciler karanlık maddenin ne olabileceği konusunda bilinmezliğe geri döndüler. Hubble Uzay Teleskobu kullanılarak yapılan gözlemler, Dünya’dan yaklaşık 1,3 milyar ışık yılı uzaklıktaki Abell 3827 kümesinde yer alan bir galaksinin çevresindeki karanlık maddeden ayrıldığını gösteriyor gibi görünüyordu.
Ultraviyole (mavi olarak gösterilen) Hubble Uzay Teleskobu görüntülemesi ve çok uzun (mm altı) Atakama Büyük Milimetre Dizisi görüntüleme dahil olmak üzere daha geniş bir dalga boyu aralığında Abell 3827 kümesinin kalbindeki dört merkezi gökadanın bir görünümü (dalga boyları kırmızı kontur çizgileri olarak gösterilir). Bu dalga boylarında, ön plandaki küme neredeyse şeffaf hale gelir ve arka plandaki galaksinin daha net görülmesini sağlar. Arka plandaki galaksinin nasıl bozulduğunu belirlemek artık daha kolay olur.
Böyle bir kayma, karanlık maddenin çekim kuvveti dışındaki kuvvetlerle etkileşime girmesi ve maddenin ne olabileceğine dair potansiyel olarak ipuçları sağlaması durumundaki çarpışmalar sırasında tahmin edilir. Abell 3827 kümesinin Dünya’dan görüldüğü tesadüfi yönelim, karanlık maddesinin oldukça hassas ölçümlerinin yapılmasını mümkün kıldı.
Üç yıl önce, uluslararası bir araştırma ekibi, nihayetinde karanlık maddenin ne olduğunu belirlemede bir ilerleme kaydettiklerini düşünmüşlerdi. Bununla birlikte, aynı gökbilimci grubu şimdi, daha yeni gözlemlerden elde edilen yeni verilerin, Abell 3827 kümesindeki karanlık maddenin galaksisinden hiç ayrılmadığını gösterdiğini söylemekteler. Ölçümler, karanlık maddenin yalnızca çekim kuvvetini hissetmesiyle tutarlı gözüküyor.
Abell 3827 gökada kümesinin geniş alanlı optik görüntüsü.
Durham Üniversitesi Ekstra galaktik Astronomi Merkezi’nden Dr. Richard Massey şunları söyledi: “Karanlık madde arayışı sinir bozucudur, ama sonuçta bilim yapıyoruz. Veriler geliştiğinde sonuçlar değişebilir. Bu arada karanlık maddenin doğasını ortaya çıkarmak için avımız devam ediyor. Karanlık madde, etrafındaki Evren ile etkileşime girmediği sürece, ne olduğunu bulmakta zorlanıyoruz.”
Evren’in yaklaşık yüzde 27’si karanlık maddeden oluşur ve geri kalanı büyük ölçüde aynı derecede gizemli karanlık enerjiden oluşur. Gezegenler ve yıldızlar gibi normal madde, Evrenin nispeten küçük bir yüzde beşi kadarına katkıda bulunur. Bilim insanları tarafından anlaşılan diğer tüm parçacıklardan yaklaşık beş kat daha fazla karanlık madde olduğuna inanılıyor, ancak kimse kesin olarak ne olduğunu bilmiyor.
Süper Basınçlı Balon Bazlı Görüntüleme Teleskopu (SuperBIT), Durham Üniversitesi, Princeton Üniversitesi, Toronto Üniversitesi ve NASA’nın Jet Tahrik Laboratuvarı’ndan uluslararası bilim insanları ve mühendis ekibi tarafından inşa edildi. Teleskop, bir futbol stadyumu büyüklüğündeki bir helyum balonunun altında Dünya atmosferinin yüzde 99’unun üzerine çıkarak gece gökyüzünün kesintisiz bir görüntüsünü elde ediyor. Bu yeni rota, bir roket fırlatma maliyetinin çok küçük bir kısmına denk geliyor ve tasarımı çok daha hızlı. İki başarılı test uçuşunun ardından, balon karanlık maddenin dağılımını yaklaşık 200 galaksi kümesi için ölçecek, bu Hubble Uzay Teleskobu gibi mevcut teknolojilerle imkansızdır.
Bununla birlikte, karanlık madde bugün Evren’in nasıl göründüğüne dair önemli bir faktördür, çünkü ekstra çekim gücünün kısıtlayıcı etkisi olmasa, Samanyolu gibi galaksiler dönerken birbirlerinden ayrılırlardı. Tek tek yıldızlar ve tek tek galaksiler birbirlerinden o kadar uzaktır ki, birbirlerinin yanından geçerler. Yaygın gaz, sürtünme görevi gören sıradan parçacıklar arasındaki kuvvetler nedeniyle yavaşlar ve galaksilerden ayrılır.
Karanlık madde yalnızca çekim kuvvetini hissediyorsa, yıldızlarla aynı yerde kalabilir, ancak başka güçleri hissederse, bu dev parçacık çarpıştırıcısındaki yörüngesi değişecektir. Bu son çalışmada, araştırmacılar Abell 3827 kümesini görüntülemek için Şili’deki ALMA teleskop dizisini kullandılar. ALMA, arka plandaki ilgisiz bir galaksiden çarpık kızıl ötesi ışığı algılayıp, önceki çalışmada tanımlanamayan, aksi halde görünmez olan karanlık maddenin yerini ortaya çıkardı.
İki gökada kümesi arasındaki çarpışmanın süper bilgisayar simülasyonu. Tüm gökada kümeleri yıldızlar (turuncu) ve hidrojen gazı (kırmızı olarak gösterilmiştir) içerir. Görünmez karanlık madde mavi olarak gösterilmiştir.
Minnesota Üniversitesi’nde görevli ve çalışma ekibinden Prof. Liliya Williams şunları söyledi: “ALMA’yı kullanarak uzak galaksinin Hubble Uzay Teleskobundan bile daha yüksek çözünürlüklü bir görüntüsünü elde ettik. Karanlık maddenin gerçek konumu, önceki gözlemlerimize göre daha net hale geldi.”
Yeni sonuçlar karanlık maddenin galaksisinde kaldığını gösterirken, araştırmacılar bunun karanlık maddenin etkileşime girmediği anlamına gelmediğini söylediler. Ekip, karanlık maddenin çok az etkileşime girebileceğini veya galaksinin doğrudan bize doğru hareket ettiğini, bu nedenle karanlık maddenin yanlara doğru yer değiştirdiğini görmeyi beklemediklerini öne sürdüler.
Son iki yılda standart olmayan karanlık madde ile ilgili birkaç yeni teori öne sürüldü ve Durham Üniversitesi’nde bunların birçoğunun yüksek güçlü süper bilgisayarlar kullanılarak hesaplamaları yapıldı. Karanlık madde, çekim gücüne ek olarak büyük kuvvetler hisseden son derece güçlü ‘kendi kendine etkileşen’ parçacıklardan oluşuyorsa diye düşünülerek aynı çarpışmanın üstteki videoda görüleceği gibi bir simülasyonu yapıldı.
Ortaya çıkan karanlık madde ve gaz dağılımı, evrende gerçek gözlenenlerle aynı ölçüde fikir birliği vermemektedir. Aslında, bu durumda etkileşim o kadar güçlüdür ki, karanlık madde çarpma noktasına yakındır. Bu gerçek Evrende görülmediğinden, belirli karanlık madde modelini dışlamamızı sağlamakta.
Çalışmanın grubundan olan ve Durham Üniversitesi Hesaplamalı Kozmoloji Enstitüsü’nde çalışan Robertson, “Karanlık maddenin farklı özellikleri anlatı işaretleri bırakıyor. İhtiyacımız olan deneyi yapmış olmamız ve doğru açıdan görebilmemiz için doğayı aramaya devam edeceğiz. Özellikle ilginç olan test, karanlık madde etkileşimlerinin karanlık madde yığınlarını daha küresel hale getirmesidir. Bir sonraki arayacağımız şey bu” dedi.
Yüzlerce galaksi kümesindeki karanlık maddeyi ölçmek ve bu araştırmaya devam etmek için Durham Üniversitesi, dev bir helyum balonunun altında Dünya atmosferinin üzerine yükselerek net bir görüntü elde eden yeni SuperBIT teleskopunu inşa etmeyi yeni bitirmiştir.
