Karanlık Maddenin İlk İşaretleri Gözlendi mi?

Abell 3827 Gökada Kümesi

Karanlık maddenin ilk kez başka bir karanlık maddeyle kütleçekim kuvveti dışında bir yolla etkileşim sağladığı gözlenmiş olabilir. Çarpışan gökadaların ESO’nun Çok Büyük Teleskopu ve NASA/ESA Hubble Uzay Teleskopu ile gerçekleştirilen gözlemleri, Evren’in bu gizemli bileşeninin doğasına dair şaşırtıcı ipuçları ortaya çıkardı.

ESO’nun Şili’deki VLT’si üzerinde bulunan MUSE aygıtı ile birlikte yörüngedeki Hubble’dan alınan görüntüleri kullanan bir gökbilimciler ekibi Abell 3827 gökada kümesindeki dört gökadanın eş zamanlı çarpışmalarını araştırdı. Ekip sistemdeki kütlenin izini sürerek karanlık maddenin dağılımını parlak gökadaların konumları ile karşılaştırdı.

Karanlık madde doğrudan görülemese de, araştırma ekibi tarafından konumu, sahip olduğu kütle sayesinde arka plandaki gökadalardan gelen ışık üzerindeki bozucu etkisi nedeniyle belirlenebilmiştir — kütleçekimsel mercekleme etkisi. Bu çarpışma tam olarak beşinci arka plan gökadasının önünde gerçekleşmiş olup, buradan çıkan ışığın Yeryüzü’ne ulaşabilmesi için çarpışma bölgesinden geçmesi gerekmektedir. Kümedeki kütle uzay-zamanın yapısını ciddi bir şekilde bozmakta ve uzak gökadadan gelen ışığı yolundan saptırmaktadır.

Güncel bilgilerimize göre tüm gökadalar karanlık madde kümelenmelerinin içerisinde yer almaktadır. Karanlık maddenin kütleçekiminin zorlayıcı etkisi olmasaydı, Samanyolu gibi gökadaların kendi etrafındaki dönüşleri nedeniyle savrulmaları gerekirdi. Bunu önlemek için, Evren’deki kütlenin yüzde 85’inin [1] karanlık madde şeklinde var olması gerekiyor, henüz gerçek doğası bir gizem olarak kalsa da.

Bu çalışmada, çarpışmakta olan dört gökadayı gözleyen araştırmacılar bir karanlık madde kümesinin çevrelediği gökadanın arkasında toplandığını gözledi. Karanlık madde şu anda gökadanın 5000 ışık-yılı (50 000 milyon kere milyon kilometre) ötesinde olup — NASA’nın Voyager uzay aracının bu uzaklığı Samanyolu’ndan kat etmesi 90 milyon yıl alacaktır.

Karanlık madde ile bağlı bulunduğu gökada arasındaki bir gecikmenin karanlık maddenin kendi içerisindeki etkileşimi nedeniyle olduğu tahmin edilmektedir, oldukça zayıf ve kütleçekim kuvveti dışında bir etki nedeniyle [2]. Karanlık maddenin kendi içinde şimdiye kadar kütleçekim kuvveti dışında başka bir şekilde etkileşim gösterdiği gözlenmemişti.

Araştırmayı yürüten Durham Üniversitesi’nden Richard Massey şu açıklamayı yapıyor: “Karanlık maddenin hep kendi halinde durağan ve kendi işiyle meşgul olduğunu düşünüyorduk, kütleçekimsel etkisi dışında. Ancak eğer karanlık madde bu çarpışma nedeniyle yavaşlatıldıysa, karanlık tarafta bulunan zengin bir fiziğe dair ilk kanıtlar ortaya çıkmış olabilir — gizemli Evren etrafımızda. 

Araştırmacılara göre duraklama ya da gecikmeye yol açabilecek başka etkiler de olabileceği için daha fazla araştırma yapılması gerekiyor. Daha fazla gökadayı içeren benzer gözlemlere ve gökada çarpışmalarının bilgisayar benzetimlerinin oluşturulmasına ihtiyaç var.

Ekip üyelerinden Liliya Williams (Minnesota Üniversitesi) şunları ekliyor: “Karanlık maddenin var olduğunu Evren’i şekillendiren kütleçekimsel etkileşimleri sayesinde biliyoruz, ancak hala sıkılarak söylemek zorundayım ki karanlık maddenin aslında ne olduğunu bilmiyoruz. Gözlemlerimize göre karanlık madde kütleçekimi dışındaki kuvvetlerle de etkileşiyor, bu sayede karanlık maddenin ne olabileceğine dair bazı anahtar teorileri eleyebiliriz.

Bu sonuç bir süre önce gökada kümeleri arasındaki 72 çarpışmayı gözleyen [3] ve karanlık maddenin az da olsa kendisiyle etkileştiğini bulan başka bir ekibin sonuçlarını takip etmektedir. Bununla birlikte yeni çalışma gökada kümeleri yerine gökadaların tekil olarak hareketlerini dikkate almaktadır. Araştırmacılara göre bu gökadalar arasındaki çarpışmalar daha önce gözlenen çarpışmalara göre daha uzun sürmüş olmalı — çok küçük bile olsa zamanla bir araya gelerek ölçülebilir bir gecikme oluşturan sürtünme kuvvetinin etkisiyle [4].

Bir arada düşünüldüklerinde, elde edilen iki sonuç ilk kez karanlık maddenin davranışına kısıtlama getiriyor. Karanlık madde şu şekilde etkileşebilir, ancak şunu yapamaz gibi... Massey son olarak şunu ekliyor: “Sonunda karanlık maddeyi köşeye sıkıştırdık — bildiklerimizi iki yönden de doğrulamaya çalışıyoruz.”

Notlar

[1] Gökbilimciler Evren’deki toplam kütle/enerji içeriğinin şu oranlarda bölüşüldüğünü buldular; % 68 karanlık enerji, % 27 karanlık madde ve % 5 “normal” madde. Dolayısıyla % 85 oranındaki “madde” halen karanlıkta ve doğası bilinmiyor.

[2] Bilgisayar benzetimleri çarpışmadan kaynaklı ilave sürtünmenin karanlık maddeyi yavaşlattığını gösteriyor. Bu etkileşimin doğası ise bilinmiyor; alışılmamış bazı bilinmeyen kuvvetlerin etkileri nedeniyle meydana gelmiş olabilir. Bu noktada söylenebilecek tek şey sebebin kütleçekimi olmadığı. 

[3] Gökada kümeleri bin kadar tekil gökada içerebilirler.

[4] Sonuçlardaki ana belirsizlik çarpışma için verilen zaman aralığı: karanlık maddeyi yavaşlatan sürtünme milyarlarca yıl boyunca etki eden zayıf bir kuvvet olmalı, ya da “sadece” 100 milyon yıl boyunca etkili görece daha güçlü bir kuvvet.

Daha fazla bilgi

Bu araştırma “The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies located in the 10 kpc core of Abell 3827” başlıklı bir makale olarak Monthly Notices of the Royal Astronomical Society adlı dergide 15 Nisan 2015 tarihinde yayımlanmak üzere sunulmuştur.

Kaynak: ESO Türkiye