Karanlık Madde Yoksunu Galaksiler Nasıl Parçalanıyor?

Bilim insanları normalden çok az karanlık madde içeren DF2 ve DF4 cüce galaksilerinin parçalanmakta olduğunu gördüler. Oysa karanlık madde yoksunu galaksilerin yakındaki büyük galaksilerin yerçekiminin oluşturduğu gelgit dalgaları nedeniyle 7 milyar yıl önce yok olması gerekiyordu. Neden o kadar bekledikten sonra şimdi parçalanıyorlar? Yoksa karanlık madde ve kozmoloji teorilerini değiştirmek mi gerekiyor? Evrenbilimde yeni çıkan karanlık madde sorununu görelim.

Karanlık madde neden önemli?

Bilgi Üniversitesi öğrencilerim çoktan ezberlediler. Işıktan etkilenmediği için görünmez olan ama ne olduğunu bilmediğimiz karanlık madde galaksi disklerindeki yıldızları bir arada tutan ek yerçekimini sağlıyor. Bu yüzden karanlık madde yoksunu galaksilerin civardaki büyük galaksilerin yerçekimiyle parçalanması, rakip galaksilerin yıldızları çekip alması gayet mümkün görünüyor ama iki sorun var:

1) Büyük patlamadan kalan ses dalgalarında anlattığım gibi tüm galaksiler karanlık madde bulutlarının içinde oluşuyor. Öyleyse karanlık maddesi olmayan galaksiler nasıl ortaya çıkıyor? 2) Karanlık madde yoksunu DF2 ve DF4 galaksileri neden 7 milyar yıl önce parçalanmadı da şimdi parçalanıyor?

Bunlar detaydır ama şeytan ayrıntılarda gizlidir: Henüz karanlık maddenin ne olduğunu bilmiyoruz. Karanlık sıvı olabileceğinden, hatta karanlık madde ile karanlık enerjinin aynı şey olduğundan kuşkulanıyoruz. Karanlık maddenin ne olduğunu bulamadığımız için evrendeki sıra dışı galaksilere bakıyoruz. Karanlık madde eksiği olan galaksiler ne olduğu hakkında bize bilgi verebilir ve bu çok ilginç bir konuya benziyor. Hemen anlatalım!

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Karanlık madde teorisi

Evrenin yüzde 27’si karanlık maddeden oluşur ve karanlık madde bizi oluşturan maddeden 6 kat fazladır. Normal madde tüm fizik kuvvetlerinden etkilenirken karanlık madde elektromanyetik kuvvetten (ışık, manyetizma, elektrik) etkilenmez ama hem madde hem de karanlık madde yerçekiminden etkilenir. İki madde arasındaki benzerlik de burada biter:

• Normal madde elektromanyetizma sayesinde atomlar oluşturabildiği için kolay topaklanır; yıldızlar, gezegenler ve diğer gökcisimleri halinde birikir.
• Gaz ve toz bulutları çarpışır, güneş sistemleri oluşturur. Madde gayet elastiktir.
• Teknik dille doğrusal ve açısal momentumunu diğer cisimlere aktarır. Futbol topu duvara çarpınca geri seker vb.
• Radyasyon basıncıyla uzaya savrulur: güneş rüzgarı, gazların ısınınca genleşmesi vb.

Galaksi kümeleri gibi büyük ölçeklerde yerçekimi baskındır. Görünmez karanlık madde bulutlarının içinde binlerce galaksiden oluşan süper galaksi kümeleri vardır. Bunlar 13 milyar yıl önce oluşmuştur. Karanlık madde sorunu ise küçük ölçeklerde ortaya çıkar, yani cüce galaksilerde; çünkü bazı galaksilerin hemen hiç karanlık madde içermediğini biliyoruz ama neden? Özellikle de neden cüce galaksiler? Neden büyük galaksilerde karanlık madde eksiği yok?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Karanlık madde yoksunu galaksiler

Bu sorunun yanıtı yerçekiminde yatıyor. Cüce galaksilerin kütlesi az, toplam yerçekimi zayıftır. Aslında karanlık madde normal madde gibi topaklanmadığı için evrende seyrek ve dağınıktır ama toplam yerçekimi fazladır. Bu yüzden tüm galaksiler karanlık madde bulutları içinde oluşur. Hepsi küçük başlar ama bazıları daha kütlelidir. Büyük galaksiler küçük galaksileri çekip yutarak büyür.

Samanyolu da eskiden küçük bir galaksiydi ama şimdi uydu galaksileri olan tam boy galaksi oldu ve yakında hem onları yutacak hem de aynı boyda (yeni keşif) ama daha kütleli olan Andromeda ile çarpışacak. Biz de karanlık madde bulutlarının homojen olmasından hareketle büyük ve küçük galaksilerdeki karanlık madde/madde oranının ortalama aynı olmasını bekleriz. Birçok cüce galaksi için de öyledir ama bazı mini galaksilerde karanlık madde azdır ve bunun bir nedeni olmalı ama daha iyi anlamak için önce tersini görelim. Karanlık madde fazlası olan galaksiler nasıl oluşuyor?

Karanlık madde varsılı olmanın en kolay yolu parlak yıldızların yaydığı şiddetli morötesi radyasyondur. Sonuçta yıldızlar öbek öbek oluşur ve parlak yıldız kümeleri yoğun radyasyon yayar. Bu da civar gaz ve toz bulutlarını gezegenler, yıldız sistemleri ve yeni güneşler halinde toplanmadan önce seyrelterek uzayın derinliklerine, hatta galaksilerin dışına üfler.

Cüce galaksiler

Bu galaksiler küçük olduğundan az karanlık madde içerir. Dolayısıyla yıldız ışığı normal maddeyi galaksi dışına üfleyebilir (evet, ışık maddeyi itebilir). Oysa karanlık madde ısınmaz, termal radyasyondan etkilenmez. Madde uçar gider, karanlık madde kalır ve normal maddeden 1000 kat fazla karanlık madde içeren güdük galaksiler oluşur. Karanlık madde yoksunu galaksilerde mekanizma farklı işler:

İlgili yazı: VASIMR roketi ile Mars’a 40 Günde Nasıl Gideriz?

 

Karanlık madde azalıyor

Temelde küçük galaksilerin yerçekimi zayıf, kendini bir arada tutması zordur ve yakından geçen büyük galaksilerin karanlık maddesi fazladır. Böylece büyük galaksiler yerçekimi kaynaklı gelgit dalgaları yaratır. Bunlar küçük galaksileri saran karanlık madde bulutunu şerit şerit soyup koparır. Geriye kalan maddenin, yıldızlarla gaz ve toz bulutlarının yerçekimi galaksiyi bir arada tutmaya yeterli olmaz. Varsa süper kütleli kara delikler bile pek işe yaramaz. Böylece büyük galaksiler küçükleri parçalamaya başlar.

Sorun şu ki yapılan araştırmalar karanlık madde yoksunu cüce galaksilerin 7 milyar yıl önce parçalanmış olması gerektiğini gösteriyor. Sonuçta evrenin genişlemesi son 5 milyar yılda hızlandı. Eskiden galaksiler birbirini etkileyecek kadar yakın, galaksi kümeleri yoğun ve kalabalıktı. Günümüzde galaksi parçalanması azalmıştır; çünkü yutulan yutuldu ve galaksi birleşmeleri azaldı… Öyleyse neden bazı galaksiler şimdi parçalanıyor? İkisine bakalım:

Yaklaşık 62 milyon ışık yılı uzakta NGC 1052 galaksisi var. O ve merkezinde olduğu büyük galaksi kümesi o kadar uzak ki onlarla asla çarpışmayacağız. Evren genişledikçe bu galaksiler gittikçe bizden uzaklaşarak gözden kaybolacaklar. Gerçi grup büyük ama galaksiler küçük ve bazıları aşırı seyrek cüce galaksi sınıfına giriyor. Bu nadir kategoride birbirinden uzak az sayıda yıldız içeren galaksiler bulunur. Bunlar haliyle soluktur, daha çok yaşlı yıldızlardan oluşur ama her birinin kendine özgü farkları vardır.

Bizi ilgilendiren içlerinden ikisi

Astronomların koyduğu kod adlarıyla vakit kaybetmeden bunlara kısaca DF2 ve DF4 diyelim. İlk bakışta her ikisi de NGC 1052’nin uydusu görünüyor. Yeni yıldız oluşumu milyarlarca yıl önce durmaya yüz tuttuğu için yaşlı yıldızlar içeriyor ve yaşama pek uygun değiller. Yaşlı yıldızların galaktik merkez çevresindeki yörüngeleri de çoktan oturmuş olduğu pek yavaş deviniyorlar ama bunun asıl nedeni galaksi yerçekiminin zayıf olması. Bu da karanlık madde yoksunu olmaları demek:

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Karanlık madde yoksunu mantık basit

Karanlık madde içermeyen galaksilerin yerçekimi zayıftır. Bu yüzden yıldızlar galaktik merkez çevresinde daha yavaş dönerek yörüngesini koruyabilir. Oysa Samanyolu büyük bir karanlık madde bulutu içinde yüzüyor. Bu yüzden yerçekimi güçlü ve en uzak yıldızlar galaktik merkez çevresinde hızlı dönüyor. Aksi takdirde yörüngeleri sarmallar çizerek daralır ve birkaç milyar yılda galaksinin merkezine çökerek muhtemelen kara deliklerle çarpışırlardı.

Özetle DF-2 ve DF 4’te hemen hiç karanlık madde yok ve bu da bir bulmaca: Her ikisi de küre şekilli cüce galaksiler olarak başta NGC 1052 olmak üzere büyük galaksilerin yakınında yer alıyor. Neden çoktan parçalanmadılar? Normalde büyük galaksilerin bunları her yönde çekiştirmesi ve içlerinden en kütleli olanın da cüce galaksilerin dış kenarındaki yıldızları soğan soyar gibi koparması gerekirdi. DF2 ve DF4’ün en geç 1 milyar yılda parçalanmış olmasını bekleriz ama 7 milyar yıldır yerinde duruyorlar.

Dahası bu galaksiler az da olsa yeni yıldızlar oluşturmuş. Peki yeni yıldız oluşturacak gazı nereden buldular? Belki de gözlemlerimizi bozan gizli değişkenler vardır. Örneğin Dünya’dan bakınca NGC 1052 galaksisi ile aramızda iki galaksi daha bulunuyor: NGC 1042 ve NGC 1035. Acaba hangisi bize daha yakın? Karşıdan bakınca bunu anlamak zor ama gerekli; çünkü DF2 ve DF 4, NGC 1052 yerine bunlardan birine ait olabilir. Başka bir galaksinin uydusu olabilir ve bu da karanlık madde senaryosunu etkiler.

Karanlık madde yoksunu galaksi hesabı

Bir galaksi sandığınızdan yakınsa içerdiği karanlık madde miktarını gösteren şu üç özellik değişecektir: 1) Büyüklüğü (yani!), 2) gökcisimlerinin merkez çevresinde dönüş hızı ve 3) galaksiyi bir arada tutan yerçekimini oluşturan toplam kütle. Nitekim yeni gözlemler DF2 ve DF4’ün NGC 1052’ye bağlı olmadığını gösteriyor. Bunlar bize daha yakın başka bir galaksinin uydusu olabilir. Bu durumda DF sorunu çözülür: Aslında yeterince karanlık madde içeriyordur ama DF4 bulmacası henüz çözülmedi:

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

Sorunun cevabı

DF2. NGC 1042ye ve DF4 de daha büyük olan NGC 1035’e bağlı görünüyor. Bu bağlamda gelgit mekanizmasını anımsayın. En kütleli galaksi daha hafif olan galaksileri kendine bakan yüzünü daha kuvvetli çekerek parçalayacaktır. Hatta cüce galaksinin arka yüzünü çekiştiren diğer galaksiler kurbanın parçalanmasını ters yönden çektikleri için geciktirebilir.

Buna ek olarak ultra seyrek cüce galaksiler normal madde gibi topaklanmadığı için daha büyük ve seyrek bir karanlık madde bulutunda yer alır. Kısacası yıldızlar karanlık madde bulutunun merkezinde toplanır ve bu da galaksinin dış kenarında maddenin azalmasıyla karanlık madde oranının artmasına yol açar. Bu durumda DF4’ün neden 7 milyar yıl önce değil de şimdi parçalanmaya başladığını açıklayabiliriz:

• Önce karanlık madde galaksi kenarından koparılır ve büyük galaksiye geçer.
• Bu da galaksiyi bir arada tutan yerçekimini azaltır.
• Cüce galaksi büyük galaksiye yaklaştıkça karanlık madde kaybı artar.
• Cüce galaksi merkezindeki yıldızlar birbirine daha yakın olduğu için son ana dek bir arada kalmaya devam eder.

Kısacası DF4 galaksisinin içerdiği karanlık madde miktarı yüzde 90 azalana dek galaksi parçalanmaya başlamaz; çünkü karanlık madde başlangıçta normal maddeden 5-6 kat fazladır. Bu da DF4’ün 7 milyar yıl gecikmeyle parçalanmasını açıklar. Bugün karanlık madde yoksunu galaksiler görmemizin sebebi bunların karanlık maddesini galaksi çarpışmaları nedeniyle sonradan kaybetmiş olmasıdır.

Sonsöz

Peki kara delikten karanlık madde olur mu? Yoksa aksiyon parçacıkları mı karanlık madde? Onu da şimdi okuyabilir ve yeni öz etkileşimli karanlık madde teorisini görerek büyük patlamada oluşan, hatta eski evrenlerden kalan ilkin kara deliklerin karanlık madde olup olamayacağına göz atabilirsiniz. Büyük patlama öncesinde ne olduğunu merak ederek durgun galaksileri öldürmenin 3 yolunu okuyabilirsiniz. Evde bol egzersiz ve keyif yaparak bilimle kalacağınız muhteşem bir hafta sonu dilerim. 😊

Karanlık madde yoksunu galaksi mi?

¹The galaxy “missing dark matter” NGC1052-DF4 is undergoing tidal disruption