18 Haziran 2013

Karanlık Maddenin Sırrı Dev Kümelerde Aranıyor

Uluslararası bir gökbilimci ekibi Subaru Teleskopunu kullanarak, elli gökada kümesindeki karanlık madde dağılımını ölçmeyi başardı. Tayvan, İngiltere ve Japonya ülkelerinden oluşan araştırma ekibinin bulguları karanlık madde yoğunluğunun kozmik devlerin merkezlerinden dışarı doğru azaldığını belirledi. Evren içine yayıldığı bilinen gizemli karanlık madde ile ilgili yeni kanıtlar “CDM” olarak bilinen soğuk karanlık madde kuramının ileri sürdüğü görüşle de uyumlu.

Bundan yaklaşık 80 yıl kadar önce birkaç bilimci karanlık maddenin varlığından şüphelenmişti. Buna karşılık bu maddeyi gökyüzünde doğrudan göremezsiniz ve parçacık fizikçilerinin deneylerinde de karanlık madde parçacıkları ortaya çıkmadı. O zaman bu “karanlık madde nedir?” Fizikçiler ve gökbilimciler, son çalışmalarda evren kütlesinin % 85’ini oluşturduğu hesaplanan karanlık madde ile ilgili birçok soruyla karşı karşıya.

Tayvan Sinica Akademisi’nden Dr. Nobuhiro Okabe ve İngiltere Birmingham Üniversitesi’nden Dr. Graham Smith’in liderliğindeki ekip, karanlık maddenin doğasını araştırmak amacıyla evrendeki en büyük cisimlerin yoğunluğunu ölçmeye çalıştı. Ekip bunun için belirledikleri elli gökada kümesini Subaru Birincil Odak Kamerası (Subaru Prime Focus Kamera, Suprime-Cam) ile gözledi. “Bir gökada kümesi gökyüzündeki çok büyük bir şehir gibidir. Her parlak ışık bir gökada ve bu ışıklar arası da karanlık maddeyle kaplıdır. Bu karanlık madde gökadaları canlı tutan altyapıları gibidir” diyor Smith. Ekip gökada kümesinin merkezine doğru karanlık madde yoğunluk değişimini görmek istedi.

Karanlık madde yoğunluğu aslında bileşenlerine yani karanlık maddeyi oluşturan parçacıkların özelliklerine bağlıdır. Bugüne kadar ileri sürülen en önemli karanlık madde kuramı olan CDM, karanlık madde parçacıklarının sadece birbirleriyle ve kütleçekimiyle diğer maddeyi etkilediğini, onları boş uzay üzerine yaydığını veya elektromanyetik ışımayı soğurduğunu söyler ki, bunları görmek zor olsa da imkansız da değildir. Bu nedenle ekip sıradan madde ve ışıması ile karanlık madde etkileşimini kütleçekimsel mercek yöntemiyle gözlemek istedi. Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı’na göre çok uzaktaki parlak bir noktadan yayılan ışık yakındaki büyük bir cismin yakınından geçerken yolunu değiştirerek bükülür. Aynı nedenle uzak gökadaların ışığı aradaki karanlık maddenin etkisinden dolayı şekil ve konum değiştirmelidir. “Subaru Teleskopu kütle çekimi mercek etkisini görme yeteneği olan harika bir teleskoptur. Bize oldukça soluk nokta gibi görünen gökada kümelerindeki karanlık maddenin ışığı ne kadar etkilediğini tam olarak ölçebilmekte” diyor Okabe. (Şekil 1)

Şekil-1: Sol: Subaru Teleskopu gözlemi. Sağ: Görünür ışıkla elde edilmiş ve Subaru verilerinin katılmasıyla elde edilmiş yeni görüntü. Orta: Kütleçekimsel mercek etkileri açıkça görülüyor. (NAOJ/ASIAA/School of Physics and Astronomy, University of Birmingham/Kavli IPMU/Astronomical Institute, Tohoku University))

CDM kuramı gökada kümelerinin merkezinden dışa doğru gidildikçe yoğunluğu azalan karanlık maddeyle ilgili iki görüş öne sürer. Birine göre bu basitçe maddenin kütlesiyle ilgilidir. Diğeri ise kümenin ortalama yoğunluğunun bir parametresidir. CDM kuramı gökadaların yüksek yoğunluğunun gökada kümelerine gidildikçe ortalama yoğunluğa indiğini tahmin ediyor.

Ekip yoğunluk parametresi hesabı için bilinen en büyük elli gökada kümesinin gözlemlerini birleştirdi. Ortalama kütle haritası (Şekil 2) oldukça simetriktir. Bireysel kümelerde kütle yoğunluğu dağılımının yoğunluğu ise geniş bir aralığa sahiptir. Ekip karanlık madde yoğunluğunun CDM kuramına uygun olarak küme kenarlarından merkeze doğru arttığını belirledi. Araştırma sırasında az sayıda da CDM kuramına uymayan parametrelere de rastlandı. Ancak gözlem daha çok CDM kuramını destekler nitelikte. Okabe gökada kümelerinden oldukça geniş alanda bir gözlem yapıldığını vurgulayarak, “Bu şimdiye kadar mevcut veriler eşliğinde ve oldukça dikkatli bir inceleme sonucunda ulaşılmış en tatmin edici sonuçtur” diyor.

karanlık_madde_har

Şekil-2: Elli gökada kümesi (solda), bir gökada kümesi (ortada) ve karanlık madde kuramı (sağ) ele alınarak oluşturulmuş karanlık madde haritaları. Düşükten yükseğe yoğunluk sırasıyla mavi, yeşil, sarı ve kırmızı renklerle gösterilmiştir. Beyaz çizgi ise 1 milyon ışık yılı uzunluğu gösteriyor. Sağ tarafta CDM kuramı ile Subaru çalışmasına dayalı tahminlerin birbiriyle örtüştüğü görülmekte. (NAOJ/ASIAA/School of Physics and Astronomy, University of Birmingham/Kavli IPMU/Astronomical Institute, Tohoku University))

Gelecekte ne gibi karanlık madde çalışmaları yapılabilecek. Smith’e göre çalışmalar genişletilecek. Örneğin gökada kümelerinin merkezileri ölçü alınarak daha küçük ölçeklerde çalışmalar yapılabilecek. Bu ölçümler karanlık madde hakkındaki bilgimizi genişletecek.

Japonya Tokyo Üniversitesi’nden Prof. Masahiro Takada gelecek için heyecanlı: “Bu, tek ölçümle birçok gökada kümesinin mercekleme gözlemlerini birleştiren en güçlü yöntemdir. Japon gökbilimciler insanlık tarihinin en büyük gökada araştırmalarından birini yapmak için Subaru Teleskopu’nun yeni Hyper Suprime-Cam’ini kullanmaya hazırlanıyor. Kütleçekimsel mercek çalışmalarında bu aleti kullanmak sağlam kanıtlar elde etmek demektir” diyor.

NAOJ


Düşünceniz

XHTML: Bu kodlardan yararlanabilirsiniz.: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*