Evren Fizik

Karanlık Madde Erken Evrende Daha Güçsüzdü

VLT gözlemleri uzak gökadaların daha çok normal maddeden oluştuğunu gösteriyor

Yeni gözlemlere göre, 10 milyar yıl önce, gökada oluşumunda zirvenin yaşandığı dönemlerde, büyük kütleli gökadalar çoğunlukla baryonik ya da “normal” maddeden oluşmaktaydı. Bu, gizemli karanlık maddenin çok daha etkili olduğu görülen günümüz gökadalarının tam tersi bir duruma karşılık geliyor. Bu ilginç sonuç ESO’nun Çok Büyük Teleskopu ile elde edildi ve karanlık maddenin erken evrende daha az etkili olduğunu gösteriyor.

Maddenin normal halini; parlayan yıldızlar, ışıldayan gaz ve toz bulutları şeklinde görüyoruz. Ancak ışığı yaymadığı, soğurmadığı ve yansıtmadığı için tespit edilmesi daha zor olan karanlık madde, sadece kütleçekimsel etkileri sayesinde gözlenebilmektedir. Karanlık maddenin varlığı yakın sarmal gökadaların dış kısımlarının doğrudan görebildiğimiz normal maddenin etkisiyle oluşan hızlardan neden daha yüksek hızlarda döndüğünü açıklayabilir [1].

Şimdi Almanya, Garching’deki Max Planck Yerötesi Fiziği Enstitüsü’nden Reindard Genzel liderliğindeki bir gökbilimciler ekibi, uzak Evren’de 10 milyar yıl önce gerçekleşen gökada oluşumundaki zirve döneme ait altı büyük kütleli gökadanın ölçümleri için, ESO’nun Şili’deki Çok Büyük Teleskopu üzerindeki KMOS ve SINFONI aygıtlarını kullandı [2].

Buldukları şey ilgi çekiciydi: günümüz Evren’indeki sarmal gökadalardan ziyade, bu uzak gökadaların dış kısımlarının merkezi bölgelerine göre daha yavaş döndüğü tespit edildi — bu da beklenenden daha az karanlık madde varlığına işaret ediyordu [3].

Şaşırtıcı bir şekilde dönme hızları sabit değildi ve gökadadan dışarıya doğru gidildikçe azalmaktaydı,” diyor Nature makalesinin ilk yazarı Reinhard Genzel. “Bunun için muhtemelen iki neden var. İlk olarak, ilk oluşan gökadaların çoğu daha çok normal maddeden oluşmaktaydı, karanlık madde Yerel Evren’den ziyade burada daha küçük bir etkiye sahipti. İkinci olarak, buradaki disk yapıları şimdilerde kozmik komşularımızda gördüğümüz yapılara göre çok daha çalkantılı bir yapıya sahipti.

Gökbilimciler zamanda daha da geriye gittiklerinde, Evren’in erken dönemlerinde her iki etkinin de dikkat çekici hale geldiğini gördüler. Buna göre Büyük Patlama’dan 3 ila 4 milyar yıl sonra, gökadalardaki gaz çoktan yoğunlaşarak düz, dönmekte olan disklerde yoğunlaşırken, bunları çevreleyen karanlık madde haleleri çok daha büyük,seyrek halde ve dağınıktı. Görünüşe göre karanlık madenin de yoğunlaşması milyarlarca yıl gerektiriyordu, böylece günümüzde gördüğümüz gökada disklerinin dönme hızlarındaki etkisi baskın hale geldi.

Bu açıklama ilk gökadaların gaz bakımından günümüzdekilere göre daha zengin ve derli-toplu görünmeleriyle de tutarlı haldedir.

Bu çalışmada gözlenen altı gökada ESO’nun Şili’deki Paranal Gözlemevi’nde bulunan Çok Büyük Teleskop üzerindeki KMOS ve SINFONI aygıtları ile gözlenen yüz kadar uzak, yıldız-oluşumu disklerinden oluşan çok daha büyük bir örneklem arasından seçilmiştir. Yukarıda açıklanan tekil gökada oluşumlarına ek olarak, diğer gökadalardan alınan daha zayıf bir sinyalle ortalama bir dönme eğrisi de oluşturulmuştur. Bu birleştirilmiş eğriye göre de, gökadaların merkezlerinden dışarıya doğru azalan bir hız trendi görülmektedir. Ek olarak, 240 yıldız-oluşum diskine ait iki diğer çalışma da bulguları desteklemektedir.

Ayrıntılı modeller normal maddenin genel olarak tüm gökadalardaki toplam maddenin yaklaşık olarak yarısından sorumlu olduğunu, ancak yüksek kırmızıya kayma oranlarında gökadanın dinamiğini tamamen elinde tuttuğunu göstermektedir.

Notlar

[1] Bir sarmal gökadanın diski yüzlerce milyon yıl zaman ölçeğinde dönüş yapabilir. Sarmal gökada çekirdekleri yüksek sayıda yıldız içerirken, parlak madde yoğunluğu dış kısımlarına doğru azalmaktadır. Eğer gökadanın kütlesi tamamen normal maddeden oluşuyorsa, daha seyrek olan dış bögelerin merkezdeki yoğun kısımlara göre daha yavaş dönmesi gerekmektedir Ancak yakın gökadalara ait gözlemler hem iç hem de dış bölgelerin neredeyse aynı hızlarda döndüğünü göstermektedir. Bu “düzgün dönme eğrileri” sarmal gökadaların disklerinde çok miktarda ışıma yapmayan karanlık madde haleleri ile çevrili olduğuna işaret etmektedir.

[2] Analizleri yapılan veriler KMOS3D ve SINS/zC-SINF taramaları kapsamında ESO’nun Şili’deki Çok Büyük Teleskopu üzerindeki KMOS ve SINFONI toplam alan tayfölçerleri ile elde edilmiştir. Kozmik zaman ölçeğinde 5 milyar yıllık ya da kırmızıya kayma değerleri z~0.6 ila 2.6 aralığında olan, bu kadar çok sayıda gökadaya ait ilk kez böyle bir karşılaştırmalı çalışma yapılmıştır.

[3] Yeni sonuçlar karanlık maddenin Evren’deki temel bileşen olarak gerekliliğini sorgulamamaktadır. Bunun yerine karanlık maddenin gökadaların içerisinde ya da disk bölgesinde günümüzdeki gibi değil daha farklı dağılım sergilediğini göstermektedir.

Kaynak
ESO – Bilim Bülteni

Daha fazla bilgi

Bu araştırma R. Genzel ve arkadaşlarınca kaleme alınan “Strongly baryon dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago” başlıklı bir makale olarak Nature dergisinde yayımlanmak üzere sunulmuştur.

Araştırma ekibinde R. Genzel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya; University of California, Berkeley, ABD), N.M. Förster Schreiber (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), H. Übler (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), P. Lang (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), T. Naab (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Almanya), R. Bender (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Almanya; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), L.J. Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), E. Wisnioski (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), S.Wuyts (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya; University of Bath, Bath, UK), T. Alexander (The Weizmann Institute of Science, Rehovot, İsrail), A. Beifiori (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Germany; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), S.Belli (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, ABD), A.Burkert (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Almanya; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya) C.M. Carollo (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, İsviçre), J. Chan (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), R. Davies (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), M. Fossati (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Almanya), A. Galametz (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Almanya), S. Genel (Center for Computational Astrophysics, New York, ABD), O. Gerhard (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), D. Lutz (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya), J.T. Mendel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Almanya), I. Momcheva (Yale University, New Haven, ABD), E.J. Nelson (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya; Yale University, New Haven, ABD), A. Renzini (Vicolo dell’Osservatorio 5, Padova, İtalya), R.Saglia (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Almanya), A. Sternberg (Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel), S. Tacchella (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, İsviçre), K.Tadaki (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya) ve D. Wilman (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Almanya; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Almanya) yer almaktadır.

Avrupa Güney Gözlemevi ESO, Avrupa’daki en önemli hükümetler-arası gökbilim kuruluşudur ve dünyanın en üretken gökbilim gözlemevidir. 16 ülke tarafından desteklenmektedir: Avusturya, Belçika, Brezilya, Çek Cumhuriyeti, Danimarka, Finlandiya, Fransa, Finlandiya, Almanya, İtalya, Hollanda, Polonya, Portekiz, İspanya, İsveç, İsviçre ve İngiltere. Tasarıma, inşaya ve önemli bilimsel keşiflere olanak sağlayan güçlü yer tabanlı gözlem faaliyetlerine odaklanan iddialı bir program yürütmektedir. ESO ayrıca gökbilim araştırmalarında teşvik edici ve düzenleyici bir dayanışma konusunda öncü bir rol oynamaktadır. ESO Şili’nin Atacama Çölü bölgesinde benzeri olmayan üç adet birinci sınıf gözlem yerleşkesi işletmektedir: La Silla, Paranal ve Chajnantor. ESO Paranal’da dünyanın en gelişmiş optik gökbilim gözlemevi olan Çok Büyük Teleskop’u (Very Large Telescope), ve iki tarama teleskopu işletmektedir. Kırmızı ötesi gözlem teleskopu VISTA dünyanın en büyük tarama teleskopudur ve VLT tarama teleskopu (VST) ise sadece görünür ışıkta gökyüzünü taramak için tasarlanan dünyanın en büyük teleskopudur. ESO var olan en büyük gökbilim projesi ve devrimsel gökbilim teleskopu ALMA’nın ana ortağıdır. ESO şu anda Paranal civarındaki Cerro Armazones’te 39-metre çaplı “gökyüzünü izleyen dünyanın en büyük gözü” olacak Avrupa Aşırı Büyük Teleskopu, E-ELT’yi inşa etmektedir.

ESO Basın Bültenlerinin çevirileri ESO Bilim Toplum Ağı’nda (ESON) bulunan ESO üyesi ve diğer ülkelerdeki bilim toplum uzmanları ve bilim iletişimcileri tarafından gerçekleştirilmektedir. ESON Türkiye çeviri ekibinde Ankara Üniversitesi (Ankara), Çağ Üniversitesi (Mersin), Başkent Üniversitesi (Ankara), İstanbul Üniversitesi (İstanbul), İzmir Yüksek Teknoloji Üniversitesi (İzmir) ve Max Planck Yer-Ötesi Fiziği Enstitüsü’nden (Almanya) uzman kişiler yer almaktadır.

Bağlantılar

Arşivler