Görünmez Evren Ortaya Çıkıyor: Karanlık Maddenin İzleri İlk Kez Bu Kadar Net
Bilim insanları, gökyüzünün geniş bir bölgesindeki galaksi şekillerindeki hafif bozulmaları inceleyerek evrenin gizli yapısını araştırdılar.
Evrenin standart resminde, neredeyse her şey görünmezdir. Evrenin yaklaşık yüzde 95’i, doğrudan görülemeyen ve hala tam olarak anlaşılamayan karanlık madde ve karanlık enerjiden oluşmaktadır.
Bununla birlikte, evrenin şekillenmesinde büyük rol oynarlar; karanlık madde, yerçekimi yoluyla galaksilerin nasıl oluştuğunu etkilerken, karanlık enerji de uzayın genişlemesinin hızlanmasına neden olur. Bilim insanları, bu görünmeyen bileşenleri, görünür nesneleri nasıl etkilediklerini izleyerek öğrenirler ve Chicago Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, gökyüzünün yeni analiz edilen bir bölgesinde bu etkileri incelediler.
Karanlık evrenin haritalanması
2013 ve 2019 yılları arasında, Karanlık Enerji Araştırması (DES), Şili’deki Cerro Tololo Inter-American Gözlemevi’nde bulunan 4 metrelik Blanco Teleskobu’na monte edilmiş Karanlık Enerji Kamerası (DECam) ile gözlemler topladı. Bu alet kullanılarak yapılan araştırmada, gökyüzünün yaklaşık sekizde birini (5.000 kare derece) kapsayan bir alana yayılmış 150 milyondan fazla galaksinin şekilleri hassas bir şekilde ölçüldü. Bu detaylı harita, bilim insanlarının evrende maddenin nasıl dağıldığını ve karanlık enerjinin nasıl davrandığını daha iyi anlamalarına yardımcı oluyor.
DES verileri, önde gelen kozmolojik çerçeve olan Lambda-CDM (LCDM) modeliyle ilgili son soruları incelemede de önemli bir rol oynamıştır. DES gibi galaksi araştırmalarına dayalı olarak yakın evrenin bazı ölçümleri, Büyük Patlamadan kalan radyasyon olan kozmik mikrodalga arka planından (CMB) gelen erken evren ölçümlerinden farklı görünmektedir.
Birincil araştırma çalışmalarına ek olarak, DECam ayrıca resmi DES sınırlarının ötesindeki geniş alanların görüntülerini de yakalamıştır. Open Journal of Astrophysics’te yayınlanan yeni bir dizi çalışmada, Chicago Üniversitesi araştırmacıları bu ek gözlemleri kullanarak, şekilleri doğru şekilde ölçülmüş galaksi sayısını neredeyse ikiye katlamıştır.
Genişletilmiş veri seti, orijinal DES ayak izinin dışında binlerce kare derecelik bir alanı kapsamaktadır. Bu gözlemler başlangıçta zayıf kütleçekimsel merceklenme araştırması için tasarlanmamış olsa da, ekip bunların bağımsız bir veri seti kullanarak LCDM modelindeki bildirilen farklılıkları yakından incelemek için kullanılabileceğini göstermiştir.
Bozulma ve mesafe
Büyük kütleli cisimler tarafından ışığın bükülmesi olan kütleçekimsel merceklenme, evrendeki kütle miktarını ve dağılımını araştırmak için kullanılan önemli bir yöntemdir ve bu sayede karanlık madde, sıradan madde ve karanlık enerji arasındaki etkileşimlere dair bilgi edinilir, diye açıklıyor Astronomi ve Astrofizik Bölümü Doçenti ve Karanlık Enerji Kamerası Her Yerde Tüm Veriler (DECADE) zayıf merceklenme kozmik kayma projesinin lideri Chihway Chang.
Zayıf kütleçekimsel merceklenme nedeniyle, Dünya’dan gözlemlenen galaksilerin şekli hafifçe bozulmuş (kaymış) görünür; çünkü bu galaksilerden gelen ışık, bize ulaşmak için evrendeki madde içinden ve etrafından geçmek zorundadır. Bu etki o kadar ince ki, ölçülmesi için istatistiksel analiz gerektirir.
Karanlık Enerji Kamerası, 62 adet ultra hassas CCD sensörü içerir ve evrenin eşi benzeri görülmemiş bir derinlikte görüntülenmesine olanak tanır. (Kaynak: DOE/FNAL/DECam/R. Hahn/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA)
“Zayıf kütleçekimsel merceklenme ölçümleri, maddenin ‘kümelenme’sini incelemek için en iyisidir,” diyor DECADE makaleler serisinin baş analisti ve ilk yazarı olan Astronomi ve Astrofizik doktora öğrencisi Dhayaa Anbajagane. “Bu kümelenmeyi nicelleştirmek, galaksiler ve galaksi kümeleri gibi yapıların kökeni ve evrimi hakkında bilgi verir. Bu, kabaca bir bölgede yaşayan insanların (maddenin) dağılımını ölçmeye ve bunu, manzaranın topografyası veya kentsel alanların konumu veya yaşı gibi özellikleri (yapıların kökenini ve evrimini etkileyen faktörler) anlamak için kullanmaya benzer.”
Bu proje için ekip, 100 milyondan fazla galaksinin şeklini ölçtü. Ayrıca, bir galaksinin ışığının ışık spektrumunun kırmızı ucuna doğru ne kadar kaydığını (kırmızıya kayma) belirleyerek mesafelerini ölçtüler; bu da galaksinin ne kadar hızlı uzaklaştığını gösterir. Bu ölçümden, Dünya’dan uzaklığı hesaplayabilirler.
Ekip, bu şekilleri ve mesafeleri kullanarak LCDM modelini verilere uyguladı. Bu, evren hakkındaki gözlemleri açıklamak için yaygın olarak kabul edilen, karanlık enerji, karanlık madde, sıradan madde, nötrinolar ve radyasyonla ilgili bileşenlere sahip standart kozmoloji modelidir. Chang, “Bu, son on yılda birçok incelemeden geçmiş, iyi test edilmiş bir model ve veri noktamız bu hikayeye katkıda bulunacak” dedi.
DECADE çalışması, evrendeki yapının büyümesinin LCDM modelinin tahminleriyle tutarlı olduğunu ve önceki zayıf merceklenme ölçümlerinin sonuçlarını desteklediğini ortaya koyuyor. Chang, “Ayrıca, kısıtlamalarımızı erken evrenin CMB’sinden türetilen ve ekstrapole edilenlerle karşılaştırdığımızda da iyi bir uyum görüyoruz” dedi. “Bu son nokta, son beş yıldır bir tartışma kaynağıydı ve yeni sonuçlarımızla, zayıf merceklenme ile CMB arasında bir gerilim görmediğimizi söyleyebiliriz.”
Anbajagane, “DECADE merceklenme ölçümlerini DES ölçümleriyle birleştirerek, bugüne kadar en geniş gökyüzü alanını (13.000 kare derece) kapsayan en büyük sayıda galaksiyi (270 milyon) kullanan bir galaksi merceklenme analizi elde edebiliyoruz,” dedi. “Bu büyük miktarda veri sayesinde, analizimizde özellikle muhafazakar seçimler yapabiliyoruz; örneğin, tüm yararlı veya olası ölçümler yerine yalnızca en çok güvendiğimiz ölçümleri yapabiliyor veya kullanabiliyoruz ve yine de CMB ile karşılaştırmalarımızı anlamlı bir şekilde bilgilendirecek kadar hassas bir ölçüm yapabiliyoruz.”
“Alışılmadık bir zayıf merceklenme araştırması”
DECADE projesi, DES’ten tamamen farklı ancak benzer büyüklükte bir gökyüzü alanında CMB ve zayıf merceklenme ölçümleri arasındaki tutarlılığı bağımsız olarak kontrol ediyor. Ancak, DECADE gözlem kampanyasına liderlik eden Fermilab’da bilim insanı ve UChicago Astronomi ve Astrofizik Bölümü’nde doçent olan Alex Drlica-Wagner, bu sonucun projenin başlangıcında kesin olmadığını belirtiyor. “DECADE veri setinin kozmolojik analiz yapmak için yeterli kalitede olup olmadığı net değildi, ancak bunun gerçekten sağlam sonuçlar üretebileceğini gösterdik,” diye ekledi.
Anbajagane, “Bu çalışmanın benzersiz sonuçlarından biri, görüntü kalitesi konusunda yaptığımız seçimlerle ilgili,” dedi. Geleneksel zayıf merceklenme odaklı bir araştırma, yıllar boyunca yaklaşık yüz bin özel görüntü alır, ancak bunların çoğu, örneğin görüntü kalitesinin belirlenen kriterleri karşılamaması nedeniyle atılır. “DECADE projesi, arşiv verilerini – başlangıçta astronomi topluluğu tarafından cüce galaksilerden yıldızlara ve uzak galaksi kümelerine kadar çok çeşitli bilimsel amaçlar için çekilen görüntüleri – yeniden kullanması ve görüntü kalitesi için önemli ölçüde daha esnek kriterler kullanması bakımından benzersizdir. Çalışmamız, merceklenmeye özel görüntüleme kampanyalarımız olmasa bile sağlam merceklenme analizlerinin yapılabileceğini gösteriyor,” dedi.
Bu durum, gökbilimcilerin Vera C. Rubin Uzay ve Zaman Mirası Araştırması (Rubin LSST) gibi gelecekteki merceklenme analizlerine bakış açılarını değiştiriyor. Bu tür analizler, aksi takdirde kullanabileceklerinden daha fazla görüntüden yararlanabilir ve gökbilimcilerin kozmolojik özellikleri ölçme hassasiyetini artırabilir. DECADE projesinin bu tür arşiv görüntü verilerini kullanabilme yeteneği, büyük ölçüde Fizik alanında doktora öğrencisi olan Chin Yi Tan’ın önderliğindeki titiz görüntü incelemesi sayesinde mümkün oldu.
DES ile birleştirilen tamamlanmış katalog, gökyüzünün yaklaşık üçte birini (13.000 kare derece) kapsıyor ve 270 milyon galaksi içeriyor. Bu katalog bu sonbaharda bilim camiasına sunuldu ve şimdiden kozmologların ve gökbilimcilerin ilgisini çekti. Örneğin, ekibin görüntü verileri cüce galaksileri incelemek ve evrendeki kütlenin haritasını çıkarmak için kullanıldı. Anbajagane, “Kavli Kozmolojik Fizik Enstitüsü’ndeki uzmanlarla birlikte verilerimize diğer analiz yöntemlerini uygulamak için aktif olarak çalışıyoruz” dedi.
UChicago, Fermilab ve UIUC’deki NCSA’dan bilim insanları, DECADE analizini gerçekleştirmek için Argonne, UW-Madison ve dünyanın dört bir yanındaki birçok diğer kurumdaki araştırmacılarla güçlerini birleştirdi. Chang, “Bu farklı bileşenlerin hepsinin koridorda oturması oldukça özeldi” dedi. “Ayrıca birbirimizden öğrenmemizi sağladı ve bu projenin beklenmedik ama harika bir sonucu ortaya çıktı.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Karanlık Madde mi, Kozmik Filament mi? Galaksilerin Dönüşünü Gerçekte Ne Kontrol Ediyor?