Gökbilimciler 7,3 milyar ışık yılı uzakta görünmez madde buldu

Almanya'daki Max Planck Astrofizik Enstitüsü'nde çalışan Devon Powell ve ekibi, yerçekimsel mercek sistemleri aracılığıyla yapılan gözlemlerde, kozmolojik mesafelerde tespit edilen en küçük kütleli nesneyi bulmuştur. Bu gizemli karanlık kütle, Güneş'in kütlesinin yaklaşık bir milyon katı büyüklüğünde olup, benzer şekilde uzaktan tespit edilen diğer nesnelerden yaklaşık 100 kat daha küçüktür. Keşfin önemini vurgulayan araştırmacılar, bu bulguların evrenin yapısı hakkındaki temel teorilerimizi test etmek için kritik bir fırsat sunduğunu belirtmişlerdir.

Karanlık madde nedir ve neden önemlidir?

Evren hakkındaki gözlemlerimiz, ışık yaymayan ancak yerçekimi yoluyla çevresindeki madde ve enerjiyi etkileyen bir madde türünün varlığını göstermektedir. Bu görünmez maddeye karanlık madde adı verilir ve Evrenin toplam kütlesinin büyük bir kısmını oluşturmaktadır. Bilim insanları, bu maddenin tam olarak ne olduğunu henüz tam anlamıyla belirleyememişlerdir; ancak çeşitli teoriler ve hipotezler mevcuttur. Karanlık maddenin tutarlılığı, yani pürüzsüz bir dağılım gösterip göstermediği veya topaklanmış biçimde var olup olmadığı, araştırmacıların bu gizemli maddenin doğasını anlamalarına yardımcı olabilir. Ancak karanlık madde hiçbir elektromanyetik radyasyon yaymadığı için, onun dağılımını ve konumunu haritalamak oldukça zorlayıcı bir görevdir.

Yerçekimsel mercek tekniği nasıl çalışıyor?

Evrendeki her kütleli nesne, çevresindeki uzay-zamanın bükülmesine neden olur; kütlenin büyüklüğü arttıkça, bu eğrilik de artar. Bunu anlamak için bir trampolinin üzerine bowling topu koymayı ve ardından trampolinin gergin yüzeyinde bir bilye yuvarlamayı hayal etmek yeterlidir. Bilye, bowling topunun oluşturduğu eğri yolu takip edecektir. Şimdi bu benzetmeyi kozmik ölçeğe uyarlayalım: bowling topu bir galaksi, bilye ise bir foton (ışık parçacığı) olsun. Uzak bir galaksiden gelen fotonlar, daha yakın bir galaksinin güçlü yerçekimi tarafından bükülmüş uzay-zamandan geçerken, bize gerilmiş, bozulmuş ve büyütülmüş olarak ulaşır. Bu olaya yerçekimsel mercek denir ve uzak Evrenin incelenmesinde son derece değerli bir araçtır. Yerçekimsel mercekler, derin uzayı teknolojinin kendi başına yapamayacağı ölçüde büyütebilir ve böylece gökbilimcilere milyarlarca ışık yılı uzaktaki nesneleri inceleme imkanı sunar.

JVAS B1938+666 sisteminde yapılan gözlemler

Powell ve meslektaşları, JVAS B1938+666 adlı iyi bilinen bir yerçekimsel mercek sistemine odaklanmak amacıyla Green Bank Teleskopu, Very Long Baseline Array ve Avrupa Very Long Baseline Interferometric Network gibi ileri teknoloji teleskoplardan oluşan kapsamlı bir ağ kullanmışlardır. Bu sistem, yaklaşık 7,3 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan bir ön plan galaksisinden ve ışığı bu ön plan galaksisi tarafından gerilmiş ve dört katına çıkarılmış olan, yaklaşık 10,5 milyar ışık yılı uzaklıkta yer alan daha uzak bir galaksiden oluşmaktadır. Merceklenmiş galaksinin görüntülerinden biri, parlak ve bulaşmış bir ışık yayı şeklinde görünmektedir. Bu bulaşmış yayın içinde, araştırmacılar sıkıştırılmış bir tür çukur tespit etmişlerdir. Bu sıkışmanın, yalnızca mercekleyen galaksi tarafından yaratılmış olamayacağını belirlemişlerdir; bunun yerine, suçlu bir kütle topağı olması gerektiğini 26 sigma'lık muazzam bir güven seviyesiyle kanıtlamışlardır.

Gizemli nesnenin kimliği ne olabilir?

Tespit edilen kütle hiçbir şekilde ışık yaymamaktadır; optik, radyo veya kızılötesi dalga boylarında herhangi bir sinyal gözlenmemiştir. Bu durum, nesnenin ya tamamen karanlık madde olduğu ya da görmek için çok sönük bir yapıya sahip olduğu anlamına gelmektedir. Araştırmacılar, bu bulguyu açıklamak için birkaç olasılık üzerinde çalışmaktadırlar. En öne çıkan adaylar arasında saf bir karanlık madde topağı veya tespit edemeyeceğimiz kadar az ışık yayan bir cüce galaksi yer almaktadır. Her iki seçenek de mevcut bilimsel verilerle uyumlu görünmektedir ve suçlunun kesin kimliğini belirlemek için daha kapsamlı araştırma çabalarına ihtiyaç duyulmaktadır. Powell, verilerinin hassasiyeti göz önüne alındığında, en az bir karanlık nesne bulmayı beklediğini ve bu keşfin, galaksilerin nasıl oluştuğuna dair anlayışımızın çoğunun dayandığı soğuk karanlık madde teorisi ile tutarlı olduğunu ifade etmiştir.

Keşfin bilimsel anlamı ve gelecek araştırmalar

Groningen Üniversitesi'nden gökbilimci John McKean, ilk yüksek çözünürlüklü görüntüden hemen yerçekimsel yayda bir daralma gözlemlediklerini ve bunun, peşinde oldukları bir şeyin açık işareti olduğunu belirtmiştir. Sadece araştırmacılarla uzak radyo galaksisi arasında başka bir küçük kütle topağı bu tür bir daralma yaratabilir. Bu keşif, yerçekimsel görüntüleme kullanarak yerel Evrenimizin çok ötesinde milyon-güneş-kütlesi rejimini araştırmanın gözlemsel fizibilitesini göstermektedir. Powell, verilerinin hassasiyeti göz önüne alındığında, en az bir karanlık nesne bulmayı beklediğini ve şimdi soru daha fazlasını bulup bulamayacakları ve sayılarının hala modellerle uyuşup uyuşmayacağı olduğunu vurgulamıştır. Bu bulgular, karanlık maddenin dağılımı ve yapısı hakkında daha derin bir anlayış geliştirmek için gelecekteki araştırmaların yolunu açmaktadır ve evrenin temel yapısı hakkındaki bilimsel bilgimizi genişletmeye katkı sağlamaktadır.