Gökbilimciler Hubble Uzay Teleskopu yardımıyla karanlık maddenin dev ipliksi yapılarını üç boyutlu olarak inceledi. 60 milyon ışık yılı uzaklıktaki bilinen en büyük gökada kümelerinden birinde görülen ipliksi yapı, evrenin geniş ölçekli yapısını oluşturan kozmik parçadır ve Büyük Patlama’dan geriye kalan bir izdir. İpliksi yapılar için ölçülen en yüksek kütle evrenin geri kalan kısmını temsil ediyorsa, o zaman evrenin tüm kütlesinin yarısından fazlası bunlardan oluşmalıdır.
Büyük Patlama kuramı, evrenin ilk anlarında yoğun durumdaki maddenin, karışık ipliksilerin yardımıyla açıldığını öngörür. Bu görüş bilgisayar benzetimleriyle de gösterildiği gibi, evrendeki büyük gökada kümelerini birbirine bağlayan uzun ipliksi yapılarla da desteklenmektedir. Bu ipliksi yapılar geniş ve uzun olmalarına karşılık görülmesi çok zor olan koyu maddeden oluşmuştur.
Bu yapıların tek boyutuyla ilgili ilk tanımlama bu yıl yapıldı [1]. Şimdi ise gökbilimciler yapıların üç boyutunu araştırarak daha ileri gitti. 3 boyutlu görüntüler ipliksilerin gizemini ortadan kaldırır.
Güney Afrika KwaZulu-Natal Üniversitesi ve Fransa Marsilya Astrofizik Laboratuarı’ndan (LAM) Mathilde Jauzac: “Son derece geniş ve uzun olan kozmik ipliksiler üzerine 3 boyutlu çalışma son derece zordur” diyor.
Ekip dev gökada kümesi MACS J0717.5+3745 (kısaca MACS J0717) çevresindeki bölgenin Hubble, NAOJ, Kanada-Fransa-Hawai Teleskopu ve Subaru Teleskopu ile alınan görüntülerini, MW Keck Gözlemevi ve Gemini Gözlemevi yüksek çözünürlükteki görüntülerini birleştirerek elde etti. Böylece gökada kümesinden dışarı uzanan ipliksilerin tam bir görüntüsüne ulaştılar.
Bu ipliksi yapının tanımı için birkaç yol üzerinde duruldu.
Birincisi: Umut verici bir hedef. Kozmik büyüme kuramları kozmik ipliksilerin nerede olabileceğini söyler, kümeleri bir huni gibi yavaşça kaplayarak gökada kümelerini oluştururlar. On yıl önce MACS J0717’yi keşfeden ekibin içinde olan Manoa Hawai Üniversitesi’nden Harald Ebeling: “MACS J0717’nin aktif bir büyüyen bir küme olduğunu bildiğimizden ilk hedefimiz oldu” diyor.
İkincisi: İleri kütle çekimsel mercek teknikleri. Albert Einstein’ın ünlü kuramı (genel görelilik) büyük kütleli nesneler yakınından geçen ışığı bir mercek gibi kıracağını söyler. Kozmik ipliksi yapılar genel olarak karanlık maddeden oluşur [2], ancak doğrudan görülmezler. Ancak arka plandaki nesneden gelen ışığı büküp o nesneyi bir mercek gibi büyütürler. Buna kütle çekimsel mercek adı veriliyor. Ekip bir harita üzerinde görüntü bozulmalarını izleyen yeni araçlar geliştirdi.
Üçüncüsü: Yüksek çözünürlüklü görüntüler. Çekimsel mercek bir olgudur ve onu okuyabilmek için ayrıntılı görüntülere ihtiyaç duyulur. Hubble, ekibe sayısız mercekli gökadaların görüntülerini sundu. Bu görüntüler karanlık madde ipliksilerinin nerede olduğunu gösterdi. Çalışma ekibinden LAM’dan Jean-Paul Kneib: “Yaptığımız, gözlediğimiz mercekleme özelliklerine uyan bir model bulmaktı” diyor.
Sonuncu: Uzaklık ve hareket ölçümü. Hubble gözlemleri bir ipliksinin iki boyutlu bir haritasını verir, ancak 3 boyutlu görüntüler için ek gözlemler gerekir. Renkli görüntüler [3], tayfölçerler ile gökada hızları [4], Subaru, CFHT, WM Keck ve Gemini Kuzey Teleskopları (Mauna Kea Hawaii’dekilerin tümü) verileri ile binlerce gökadanın içindeki ipliksilerin hareketleri tespit edildi.
Tüm gökadaların konum ve hız bilgileri birleştirilerek bir model oluşturuldu ve daha sonra da ipliksi yapının 3 boyutlu biçimi ve konumu belirlendi. Sonuçta iki boyutlu yapılardaki görülen bazı belirsizlikler ve yapının özellikleriyle ilgili zorlukları açıklamak kolaylaştı.
Sonuçlar kozmik kuramsal çalışmalar ve sayısal benzetimler yoluyla yapılan tahminleri en yüksek seviyede zorladı. MACS J0717’nin 60 milyon ışık yılı uzunluğundaki ipliksileri, astronomik ölçeklerde bile fazlasıyla uzundu. Dev kümeleri saran ve uzayı kozmik ağ gibi saran bu yapılar gökbilimcilerin tahmininden daha fazla madde (karanlık) içeriyor olabilir. Yani evrenin kütlesinin yarısından fazlası bu yapılar içinde gizlenmiş olabilir.
2018 yılında fırlatılması planlanan NASA/ESA/CSA James Webb Uzay Teleskopu’nun yüksek duyarlılığı ile kozmik ipliksiler daha kolay tespit edilebilecek.
Notlar
[1] Karanlık madde ipliksiler ilk kez J. Dietrich ve arkadaşları tarafından 4 Temmuz 2012’de Nature Dergisi’nde yayınlanan, “iki gökada kümesi arasındaki karanlık maddenin ipliksileri” (A filament of dark matter between two clusters of galaxies) ile tanımlandı.
[2] Bu madde ışık yaymadığı ve yansıtmadığı için doğrudan görülemiyor. Başka bir madde içinden çarpışmaya uğramadan rahatça geçebilir. Evrenin dörtte üçünün karanlık maddeden oluştuğu düşünülüyor. Bunlar yalnız kütle çekiminden etkilenir ve gökadaların dönme hızı ile genel görelilik ilkesinin kütle çekimsel etkiye göre ışığın kırılması yoluyla ortaya çıkarılabilirler.
[3] Teleskopların yakaladığı ışık, geldiği nesne hakkında bilgi içerir. Bununla ilgili önemli bir uygulama olan kırmızıya kayma (evrenin genişlemesine bağlı olarak ışık kırmızı dalga boyuna kayar) ile nesnenin uzaklığı belirlenir. Gökadaların uzaklıkları görünen renkleri ile göreli parlaklıkları kırmızıya kayma oranıyla tahmin edilerek hesaplanır. Bu uzaklık tahmini çok hassas olmasına karşılık çok uzaktaki soluk nesneleri için de güzel sonuçlar verir.
[4] Tayfölçümü bir nesneden gelen ışığın özelliklerini ayrıntılı olarak gösteren çalışmadır. Bu çalışmada tayfölçer ile gözlenen gökadanın hareketi ile onu saran ipliksiler ortaya çıkarılmıştır.
