Karanlık Madde Gerçekten Karanlık mı, Yoksa Işık Saçıyor mu? >> Çarpışan galaksiler yeni ipuçları sağladı

Evren’deki çarpışan galaksileri inceleyen astronomlar karanlık maddenin sadece kütleçekim kuvvetinden değil, diğer fizik kuvvetlerinden de etkilendiğini düşünmeye başladı.

Işık saçmadığı için teleskoplarla görülmeyen karanlık madde Evren’deki eksik kütleyi tamamlıyor ve galaksilerin yıldız disklerini bir arada tutan ek çekim kuvvetini sağlıyor.

Hubble Uzay Teleskopu ve Avrupa Güney Gözlemevi’nin Çok Büyük Teleskopu’nu kullanan astronomlar, Abell 3827 galaksi kümesinde aynı anda çarpışmakta olan 4 galaksiyi inceledi.

Böylece karanlık maddenin parlak galaksilerin arasında nasıl bir dağılım gösterdiğini anlayan araştırmacılar şaşırtıcı bir sonuca vardı: Karanlık madde diğer fizik kuvvetleriyle de etkileşime giriyor olabilir. Bu da karanlık maddenin soluk bir ışık saçabileceği anlamına geliyor.

 

 

Bu keşif neden önemli?

Evren’in yüzde 68’i uzayın genişlemesinden sorumlu olan karanlık enerjiden, yüzde 5’i bizi oluşturan normal maddeden ve yüzde 27’si de normalde ışık saçmadığı düşünülen karanlık maddeden oluşuyor. Kozmoloji teorilerine göre karanlık madde evreni örümcek ağı gibi sarıyor ve uzun mesafede etkili olan muazzam kütlesi ile Evren’e şekil veriyor.

Karanlık madde güçlü çekim alanıyla gaz ve toz bulutlarının toplanarak galaksilerin, yıldızların ve galaksilerin merkezindeki süper kütleli kara deliklerin oluşmasını sağladı. Bu nedenle Evren’in nasıl oluştuğunu ve gelecekte Evren’e ne olacağını anlamak için “karanlık madde nedir” sorusunu yanıtlamak gerekiyor.

 

 

Yılan hikayesi

Ancak bugüne kadar karanlık maddenin sadece kütleçekim kuvveti yaydığı ve ışıkla ya da nükleer kuvvetlerle hiç etkileşime girmediği sanılıyordu. Bilim adamları da galaksilerin nasıl oluştuğunu bu varsayım üzerine kurmuş ve yeni matematik modellerini buna göre ayarlamışlardı.

Oysa Evren’in uzak köşelerinde çarpışan galaksiler karanlık maddenin az da olsa elektromanyetik kuvvet ve/veya nükleer kuvvetlerle etkileşime girebileceğini gösteriyor. Bu doğruysa Evren’in nasıl oluştuğunu yeniden düşünmemiz gerekecek.

 

 

Karanlık madde işi arapsaçına döndü

Bilim adamları geçenlerde Evren’deki karanlık maddenin haritasını çıkardılar ve karanlık madde dağılımı bilgisayar modelleriyle uyuştuğu için teorilerin doğru olduğu sonucuna vardılar. Oysa Evren’in büyüklüğünü ölçmekte kullandıkları yöntemlerin yanlış olabileceği anlaşıldı.

Bu doğruysa karanlık madde haritası da sanıldığından farklı olacak ve hatalı bilgisayar modelleriyle uyuşmayacaktı. Şimdi de karanlık maddenin soluk da olsa ışık saçıyor olabileceği ortaya çıktı. Eğer yeni gelişmeleri bilinen modellerle açıklamak mümkün olmazsa evrenbilimcilerin araştırmalarına sıfırdan başlaması gerekecek. Bu durum kuantum fiziği teorisini de etkileyecek.

 

 

Karanlık madde araştırma üssü

Şili’de bulunan Avrupa Güney Gözlemevi’ne ait Çok Büyük Teleskop’a takılı MUSE (Çok Birimli Tayfölçüm Kaşifi) aygıtını kullanan astronomlar, Abell 3827 galaksi kümesinde çarpışan 4 galaksiyle ilgili gözlem verilerini Hubble Uzay Teleskopu verileriyle karşılaştırdılar. Böylece karanlık madde ile karanlık maddenin içinde yüzen parlak galaksilerin dağılım haritasını çıkardılar.

Karanlık maddeyi doğrudan göremeseler de kütleçekim lens etkisinden yararlanarak karanlık madde topaklarını tespit eden araştırmacılar, çarpışan 4 galaksi içindeki bir karanlık madde topağının diğer galaksilerdeki karanlık maddeden geride kaldığını saptadılar.

Karanlık madde topağı ait olduğu galaksinin 5000 ışık yılı (50 bin milyon milyon km) gerisindeydi. 5000 ışık yılı 93 milyar ışık yılı çapında olan gözlemlenebilir evrende kısa bir mesafe, ama insanoğlunun en hızlı araçları olan Voyager sondalarının 5000 ışık yılı yol alması için 90 milyon yıl gitmesi gerekiyor.

 

 

Saat gibi geri kaldı

Peki karanlık maddenin 4 galaksinin aynı anda çarpıştığı bu galaksi kümesinde ait olduğu galaksiden geri kalmasının sebebi ne olabilir?

Karanlık madde sadece kütleçekim kuvvetinden etkileniyor olsaydı galaksinin gerisinde kalmaması gerekirdi. Ancak karanlık madde başka fizik kuvvetlerinden de etkileniyorsa “ek sürtünme” kuvveti karanlık maddeyi yavaşlatıyor olabilir.

Konuyla ilgili araştırma makalesinin başyazarı olan Richard Massey (Durham Üniversitesi) durumu şöyle açıklıyor: “Karanlık maddeyi kütleçekim alanı yaymak dışında hiçbir şey yapmadan oturan atıl bir şey sanıyorduk. Ancak karanlık madde çarpışan galaksilerle etkileşime girerek yavaşlıyorsa bu durum Evren’deki karanlık madde gizemini çözmemizi sağlayabilir.”

 

 

Yeni bir fizik mi söz konusu?

Araştırma ekibine Minnesota Üniversitesi’nden katılan Liliya Williams şunu ekliyor: “Karanlık maddenin kütleçekim kuvvetiyle etkileşime girdiğini biliyoruz. Bu da Evren’in şekillenmesini sağlıyor, ancak utanç verici olmakla birlikte karanlık maddenin ne olduğunu bilmiyoruz.

“Çarpışan galaksilerle ilgili gözlemlerimiz karanlık maddenin diğer fizik kuvvetleriyle de etkileşime girebildiğini gösteriyor. Bu doğruysa karanlık maddeyle ilgili birçok teoriyi çöpe atmamız gerekecek.”

Williams karanlık maddenin yeni özelliklerini neden şimdiye kadar fark etmediklerini de açıklıyor: “Bugüne dek hep yüzlerce ve binlerce galaksiden oluşan süper galaksi kümelerini inceledik. Şimdi ise tek tek çarpışan galaksileri inceliyoruz. Olaya daha ayrıntılı bakınca galaksilerin çarpışma süresinin eski çalışmada sandığımızdan daha uzun olduğunu görüyoruz. Bu da galaksileri bir arada tutan karanlık maddenin geri kalmasından kaynaklanıyor. Geri kalmanın sebebi de diğer fizik kuvvetleri olabilir.”

 

 

Karanlıkta parlıyor mu?

Bazı karanlık madde modelleri Evren’de karanlık maddeden oluşan atomlar olabileceğini gösteriyor. Ancak bunlar radikal teoriler ve karanlık madde ile normal madde arasındaki ayrımı büyük ölçüde ortadan kaldırdığı için pek rağbet görmüyor. Ayrıca İsviçre’deki CERN parçacık hızlandırıcısının Büyük Hadron Çarpıştırıcısı da bazı egzotik karanlık madde teorilerinin yanlış olduğunu gösterdi.

Oysa yeni araştırma egzotik karanlık madde ihtimalini güçlendiriyor. Sonuçta karanlık madde elektromanyetik kuvvetle etkileşime giriyorsa soluk da olsa ışık saçmalı. Bugüne kadar fosforlu parlayan karanlık madde görmediğimiz için (gözlemler doğruysa) geriye tek bir seçenek kalıyor: Karanlık madde normal madde ile egzotik bir şekilde, yani bilinen fizik kurallarının dışında etkileşime giriyor olmalı.

Her durumda karanlık maddeyi yavaşlatan bir şey varsa bile bu çok yavaş işleyen bir etki. Karanlık maddenin yavaşlayarak galaksinin gerisinde kalması 100 milyon ila 1 milyar yıl almış olabilir. Bu aslında egzotik karanlık madde olup olmadığını anlamayı zorlaştırıyor, ama aynı zamanda karanlık maddenin geri kalmasını yeni fizik kurallarına gerek kalmadan açıklamayı da kolaylaştırıyor. Her durumda kafası karışan bilim adamları şimdilik köşeye sıkışmış bulunuyor.

 

 

Hubble dört galaksinin aynı anda çarpıştığı Abell 3827 galaksi kümesini gözlemledi

 

 

 

¹“The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies located in the 10 kpc core of Abell 3827” makalesi Monthly Notices of the Royal Astronomical Society dergisinde 15 Nisan 2015’te yayınlandı.