Karanlık madde gökbilimcilerin uzun yıllardır üzerinde durduğu başlıca konulardan biri. Yeni bir çalışma, küçük ölçekli karanlık madde konsantrasyonlarının beklenenden 10 kat daha güçlü merceklenme etkisi yaptığını buldu.
Karanlık madde ve davranışları hakkındaki anahtar bileşenlerden bazıları hala kayıp. Daha çok yerçekimsel merceklenme, uzay-zamanın ve ışığın devasa nesneler tarafından kıvrılması, bu kozmik bilinmeyeni çözmek için mükemmel bir yol sunabilir. Evrenin toplam kütlesinin yüzde 70 ila 90'ını oluşturmasına ve kütle çekimsel etkisinin Samanyolu gibi galaksilerin uçup gitmesini tam anlamıyla engellemesine rağmen, bilim henüz karanlık madde konusunda karanlıkta kalıyor. Dünyanın dört bir yanındaki araştırmacılar bu zor maddenin doğasını ve bileşimini araştırırken, Science dergisinde yayımlanan bir araştırma, karanlık madde teorilerinin önemli bir bileşenin eksik olabileceğini öne sürüyor. Bu eksik ise, galaksileri bir arada tutan maddeyi anlamamızı engelliyor.
Karanlık madde teorilerindeki eksik olan şeyin varlığı, büyük galaksi kümelerinin bir örneğindeki karanlık madde konsantrasyonlarının gözlemlerinin karşılaştırılmasından ortaya çıktı. Bunun yanı sıra karanlık maddenin bu tür kümelerde nasıl dağıtılması gerektiğine dair teorik bilgisayar simülasyonlarından keşfedildi.
Küçük ölçekli karanlık madde kümeleri bilinenden 10 kat daha fazla mercelenme etkisi oluşturuyor
Kuzey Şili'deki Atacama Çölü'nde bulunan Hubble Uzay Teleskobu ve Very Large Teleskop (VLT) tarafından yapılan gözlemleri kullanarak, İtalya'daki INAF Astrofizik ve Uzay Bilimi Gözlemevinden Massimo Meneghetti liderliğindeki bir gökbilimi ekibi araştırmayı yaptı. Ekip, küçük ölçekli karanlık madde kümelerinin daha önce düşünülenden 10 kat daha fazla merceklenme etkisine neden olduğunu keşfetti. Meneghetti, "Bu çalışmadaki verileri pek çok kez test ettik ve bu uyumsuzluğun, ya simülasyonlarda ya da karanlık maddenin doğası hakkındaki anlayışımızda bazı fiziksel bileşenlerin eksik olduğunu gösterdiğinden artık eminiz." dedi.
Araştırmacıların karanlık madde uyumsuzluklarını açıkladığını düşündükleri merceklenme, yerçekiminin aslında kütlenin uzay-zaman üzerindeki etkisi olduğunu öne süren Einstein’ın genel görelilik teorisinin bir faktörüdür. Bu etki için verilen en yaygın benzetme, üzerine bir bowling topu yerleştirildiğinde gerilmiş bir lastik örtü üzerinde oluşan bozulmadır. Kütle çekimsel merceklenme olarak da bilinen bu durum, genellikle bir yıldız kadar küçük veya bir galaksi kadar büyük olabilen bir arka plan nesnesinin, ön plandaki bir nesnenin önünde hareket ettiğinde ve ona gökyüzünde görünür bir konum vererek ışığı büktüğünde görülüyor.
Karanlık madde yalnızca yerçekimi yoluyla etkileşime girdiğinden, yerçekimsel mercekleme şu anda onun varlığını anlamanın ve galaksilerdeki karanlık madde kümelerinin yerini belirlemenin en iyi yolu olarak düşünülüyor. Tahmin edebileceğiniz gibi lastik örtü benzetmesine dönersek, bir gülle, bir bowling topundan daha fazla "göçük" yapacaktır ve bu da bir golf topundan daha büyük bir çukur oluşturacaktır. Aynı şekilde, karanlık madde kümesi ne kadar büyükse -kütle ne kadar büyükse- uzayın eğriliği ve dolayısıyla ışık o kadar çoktur. Yerçekimsel mikromercekleme etkisi, Einstein’ın genel görelilik teorisi tarafından tahmin edilen, belirli bir kütleye sahip bir nesnenin yakınında uzay-zamanın bükülmesinden kaynaklanır.
Lastik örtüdeki bowling topu misketlerle çevrili olsaydı ne olacağını hayal edin. Bireysel bozulmalar küçük olsa da, kümülatif etkileri önemli olabilir. Ekip, bunun daha küçük karanlık madde kümelerinde oluşan şey olabileceğini düşünüyor. Bu küçük ölçekli karanlık madde kümeleri, genel bozulmayı artırıyor. Bir bakıma bu, içine gömülü daha küçük merceklere sahip büyük bir mercek olarak düşünülebilir.
Doğruluğu yüksek bir karanlık madde haritası hazırlandı
Ekip, Hubble’ın Wide Field Camera 3 ve Advanced Camera Survey'i tarafından elde edilen görüntülerini; Avrupa Güney Gözlemevi’nin (ESO) VLT’si (tarama teleskobu) tarafından toplanan spektrum verilerini kullanarak yüksek doğrulukta bir karanlık madde haritası oluşturmayı başardı. Bu haritayı kullanan ekip, üç ana kümeye odaklandı; MACS J1206.2–0847, MACS J0416.1–2403 ve Abell S1063. Araştırmacılar, merceklenme kırılmalarını izledi ve oradan karanlık madde miktarını ve nasıl dağıldığını buldu.
İtalya'daki Università Degli Studi di Ferrara'dan ekip üyesi Piero Rosati, "Hubble ve VLT'den gelen veriler mükemmel bir sinerji sağladı. Galaksileri her bir kümeyle ilişkilendirebildik ve mesafelerini tahmin edebildik." şeklinde konuşarak çalışmayı anlattı. Çalışmada, en büyük galaksilerin bulunduğu her kümenin çekirdeğinin yakınında yuvalanmış bir dizi küçük ölçekli arklar ve çarpık görüntüler keşfedildi. Ekip, bu iç içe geçmiş merceklerin, tek tek galaksilerin merkezindeki yoğun madde konsantrasyonları tarafından oluşturulduğuna inanıyor. Bu kümelerdeki yıldızların hızını ölçmek için spektroskopik gözlemler kullandılar ve viral teorem olarak bilinen bir hesaplama yöntemi ile bu kümelerin kütlelerini ve dolayısıyla içerdikleri karanlık madde miktarını doğruladılar.
Çalışma gelecek araştırmalara yol gösterici nitelikte
Bu farklı kaynaklardan gelen gözlemlerin birleşimi, ekibin birçok mercekli galaksiyi tanımlamasına imkan sağladı. Araştırmacılar, daha sonra bu yüksek kaliteli karanlık madde haritasını aldı ve aşağı yukarı aynı mesafelerde bulunan benzer kütlelere sahip simüle edilmiş galaksi kümelerinin örnekleriyle karşılaştırdı. Bu simüle edilmiş galaksi kümeleri aynı karanlık madde kümesi konsantrasyonlarını göstermedi. Bu eşitsizliğin keşfi, astrofizikçilerin daha iyi bilgisayar simülasyon modelleri tasarlamalarına ve böylece karanlık madde kümelerinin nasıl olduğunu daha iyi anlamalarına yardımcı olmalı.
Kaynak;