Gökbilimciler Hubble Uzay Teleskopu yardımıyla bir gökada kümesinin kütlesini önceki hesaplara oranla daha yüksek hassasiyetle hesapladılar. Hubble’ın Frontier Fields gözlem programı çerçevesinde yapılan gözlemlerle MCS J0416.1-2403 gökada kümesinin kütlesi 160 trilyon Güneş kütlesi olarak belirlendi. Bu kütle hesabı Hubble’ın ayrıntılı gözlemleri yardımıyla ve güçlü kütle çekimsel mercek adlı kozmik yöntemle gerçekleşti.
Evrende gözlenen cisim çok uzaktaysa onun kütlesini ve kütle dağılımını ölçmek zor olabilir. Gökbilimciler bunun için sık kullanılan bir hileye başvurur: uzak bir cisimden gelen ışığın daha öndeki gökada kümesi tarafından ne kadar büküldüğünü hesaplamak. İşte bu amaçla çalışan Hubble Frontier Fields programı ile incelenen altı gökada kümesinden biri olan MCS J0416.1-2403 kümesinin kütlesi hesap edilmeye çalışıldı [1].
Evrendeki büyük kütlelerin yakınından geçen ışık tıpkı mercekte olduğu gibi ışığın yolunu değiştirir ve böylece uzak cisimler büyük görünür[2].
Bir gökada kümesi ne denli küçük kütleli ise kütle çekimsel etkisi de azdır. Bunların çoğu da eliptik ya da gökyüzünde soluk görünen ve mercek etkisi zayıf olan kümelerdir. Küme ne kadar büyük kütleliyse mercek etkisi de o denli büyük olur. Normal bir gökada bile ışığın bükülmesinden dolayı yay şeklini alarak bozuk görülebilir. İşte kısaca mercekleme etkisi diyebileceğimiz bu yöntemi kullanan araştırmacılar MCS J0416.1-2403 kümesindeki kütle dağılımını hesapladılar.
İngiltere Durham Üniversitesi ve Güney Afrika Astrofizik ve Kozmoloji Araştırma Merkezi’nden Mathilde Jauzac: “Veriler eşliğinde çok daha silik cisimleri, güçlü mercekleme etkisi gösteren gökadalar yardımıyla görebildik. Güçlü mercekleme etkisi çok uzak ve çok zayıf olan görülen arka plandaki gökadaları büyütür. Verilerin derinliği inanılmaz uzak gökadaların belirlenmesi anlamına gelir. Kümenin dört kat fazla çekim etkisi oluşturduğunu görüyoruz” diyor.
Hubble’ın Gelişmiş Tarama Kamera‘sını kullanan gökbilimciler 51 yeni çoklu gökada kümesini tanımlayarak, önceki çalışmalara göre mercek gökada sayısını dört kat arttırarak 68’e getirdi.
Görüntüde yaklaşık 200 mercekleme etkisi yapan gökada görülebilmektedir. Bu etkiyi izleyen Jauzac ve arkadaşlarının gözlemsel hesaplamaları kümenin kütlesini ve son derece zor elde edilen karanlık maddeyi belirledi [3].
Çalışma ekibinden Jean-Paul Kneib: “Buna karşılık 20 yıldır teleskoplarla yapılan güçlü mercekleme etkisiyle uzun süreli derin uzay gözlemleri sonucunda üretilen tüm modeller MCS J0416.1-2403 küme kütlesi çalışmamızda etkili oldu” diyor.
Bu çalışmaların güvenilir ve anlaşılır olan 57 merceksi gökada verisiyle gökbilimciler MCS J0416.6-2403 gökada kümesindeki normal ve karanlık madde kütlesinin her ikisini de modelledi. “Haritalarımız herhangi bir önceki modele göre iki kat daha iyiydi” diyor Jazuac.
MCS J0416.1-2403’deki toplam kütlenin –modele göre 650.000 ışık yılı uzaklıkta- 160 trilyon Güneş kütlesinde olduğunu bulduk. Bu ölçümler diğer küme haritalarına göre birkaç kat daha hassas sonuç verdi [4]. Kümenin kütle miktarına göre gökbilimciler aynı zamanda uzay eğriliğini de yüksek hassasiyetle ölçtüler.
“Frontier Fields gözlem verileri ve kütle çekimsel mercek yöntemiyle dört buçuk milyar ışık yılı uzaklıktaki cisimden gelen ışığı karakterize etmemizi sağladı. Ancak daha çalışmamız bitmedi. Çok zayıf mercekleme etkisi ölçümlerini de ekleyerek kütlenin tam bir resmini oluşturabilirsiniz. Böylece sadece kümenin merkezinin kütlesini değil bunu çevreleyen kütleyi de hesaplarsınız” diyor Jean-Paul Kneib.
Hubble’ın ultra-derin görüntüleme ve ayrıntılı mercekleme etkisini kullanan ekip böylece kümenin sadece çekirdeğini değil bunu saran yapının kütlesini de belirleyecek. Böylece kümenin ortamdaki yapısı ortaya çıkacak. Böylece X-ışını ölçümlerinden de yararlanılarak sıcak gaz ve kırmızıya kayma oranına göre karanlık maddenin gaz ve yıldız üzerine olan katkısı hesaplanabilecek [5].
Bu veri kaynaklarını birleştirerek 3-boyutlu gösteren ve buradaki gökadaların hızlarını da ekleyen bir harita daha ayrıntılı olacaktır. Bu da gökada kümesinin tarihini ve evrimini anlamanın önünü açacaktır.
Bu çalışma 24 Temmuz 2014 tarihli Royal Astronomical Society’de yayınlandı.
Notlar
[1] Küme MACS J0416.1–2403 adıyla bilinmektedir.
[2] Büyük kütleli cisimlerin uzay-zamanı büktüğü öngörüsü Albert Einstein tarafından ileri sürülmüştü.
[3] Kütle çekimsel mercek etkisi gökbilimcilerin karanlık maddenin doğasını anlamaya çalıştıkları yöntemlerden biridir. Karanlık madde ışık yaymayan, ışığa etki etmeyen ve normal maddenin içinden geçebileceği yani doğrudan görülemeyen türden olup evrenin dörtte üçünün bu maddeden oluştuğu düşünülmektedir. Sadece kütle çekimi ile etkileşime girdiğinden kütle çekimsel etkilerle varlığı anlaşılabiliyor.
[4] Buradaki belirsizlik % 0,5 ya da 1 trilyon Güneş kütlesi kadardır. Bu hassasiyet bunun gibi bir çalışma için oldukça iyi bir değerdir.
[5] NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi verileri ile kümedeki sıcak gazın yaydığı X-ışını ölçümleri ve yer merkezli gözlemevlerinin sağladığı verilerle spektroskopik kırmızıya kayma değerleri üretildi.
