Hubble teleskopu ile Avrupa Güney Gözlemevinin Şili’deki Çok Büyük teleskopunun (VLT) yaptığı gözlemler karanlık maddenin davranışına ait ileri sürülen kuramların eksik olabileceğini ortaya çıkardı. Bu eksiklik büyük gökada kümelerindeki karanlık madde yoğunluklarının gözlemler ile karanlık maddenin kümeler arasındaki dağılımını hesaplayan kuramsal bilgisayar benzetimleri arasındaki tutarsızlığı düzeltebilir. Yeni veriler bazı küçük ölçekli karanlık madde dağılımının beklenenden 10 kat daha güçlü mercek etkisi ürettiğini gösteriyor.
Karanlık madde, bir gökadadaki yıldızları, tozu ve gazı bir arada tutan görünmez yapıştırıcıdır. Bu madde, gökada kütlesinin büyük kısmını oluşturur ve evrenin büyük ölçekli yapısının temelini oluşturur. Karanlık madde ışık yaymadığından, emmediğinden ya da yansıtmadığından dolayı gözlenemez. Var olduğunu sadece uzaydaki görünür maddeyle arasındaki çekim kuvvetinden anlarız. Gökbilimciler ve fizikçiler bu maddenin ne olduğunu bulmaya çalışıyor.
Evrendeki yakın zamanda toplanarak oluşmuş en büyük yapılar olan gökada kümeleri aynı zamanda karanlık madde depolarıdır. Kümeler büyük ölçüde karanlık maddenin kütle çekimi etkisiyle bir arada tutulan gökadalardan oluşur.
İtalya’daki INAF-Observatory of Astrophysics and Space Science (Astrofizik ve Uzay Bilimi Gözlemevi)’den Massimo Meneghetti: “Gökada kümeleri şu anda mevcut olan evrenin sayısal benzetimlerinin kütleçekimsel mercekleme yöntemiyle çıkarabileceğimiz ideal bir laboratuvardır” diyor.
“Bu çalışmayla verileri pek çok kez test ettik ve benzetimlerle karanlık maddenin doğası arasındaki uyumsuzluğun düşündüğümüz etkilerin bazı fiziksel bileşenlerinin eksik olduğunu gösterdiğinden eminiz.”
ABD’nin Connecticut kentindeki Yale Üniversitesinden Priyamvada Natarajan: “Gerçekte evrenin mevcut kuramlarımızda göremediğimiz bir özelliği var. Bu, karanlık maddenin doğası ve özellikleriyle ilgili mevcut fikirlerimizdeki boşluğa işaret edebilir. Elde edilen mükemmel veriler karanlık maddenin en küçük ölçeklerde ayrıntılı dağılımını araştırmamıza izin vermektedir” diyor.
Karanlık maddenin kümelerdeki dağılımı, ışığı bükmesi (kütleçekimsel mercekleme etkisi) ölçülerek haritalanmaktadır. Kümelerde yoğunlaşan karanlık maddenin kütle çekimi, uzaktaki arka planda yer alan cisimlerden gelen ışığı bükerek onları büyütür. Bu efekt, kümelerin görüntülerinde arka plandaki gökadaların şekillerinin bozulmalarına neden olur. Kütleçekimsel mercekleme genelde uzaktaki aynı gökadanın birden fazla görüntüsünün oluşmasına neden olabilir.
Bir kümedeki karanlık madde yoğunluğu ne kadar yüksekse, ışığı bükme etkisi de o kadar çarpıcıdır. Kümedeki gökadalarda yer alan daha küçük ölçekli karanlık maddenin varlığı bu bozulmayı arttırır. Bir anlamda gökada kümesi içinde gömülü birçok lens büyük bir mercek görevi üstlenir.
Hubble ile elde edilen net görüntüler teleskoptaki Geniş Alan Kamerası 3 ve sıralı çalışmalar için geliştirilmiş Gelişmiş Kamerası ile üretildi. Avrupa Güney Gözlemevinin Çok Büyük teleskopu ile üretilen tayflarda birleştiğinde yüksek doğrulukta karanlık madde haritasına ulaşıldı. Gökbilimciler mercekleme nedeniyle oluşan çarpıklıkları ölçerek karanlık madde miktarını ve dağılımını ölçebildiler. MACS J1206.2-0847 , MACS J0416.1-2403 ve Abell S1063 adlı üç gökada kümesi aynı zamanda Hubble’ın iki veri setinin parçasıydı: The Frontier Fields (Sınır alanlar) ve kümedeki lensler yardımıyla süpernova araştırması.
Ekibi şaşırtan olgu, her kümede kütleçekimsel merceklemenin ürettiği ve uzak gökadalardan kaynaklanan çarpıcı yaylara ek olarak daha küçük ölçekteki kavisler ve kümelerin kütlesinin en büyük olduğu merkez kısımlarında görülen yuvarlak görüntüler oldu. Araştırmacılar iç içe yerleşmiş merceklerin kümedeki gökadalarda yer alan yoğun maddeden kaynaklandığını düşünüyor. İzleyen tayfsal gözlemlerle birkaç gökada kümesinde dolanan yıldızların hızlarına bakılarak kütleleri ölçüldü.
Tayfsal çalışmayı yöneten İtalya’daki Università degli Studi di Ferrara’dan Piero Rosati: “Hubble ve VLT’den gelen veriler mükemmel sinerji sağladı. Böylece her kümedeki gökadalara bakarak uzaklıklarını tespit edebildik” diyor.
İtalya Bologna’daki İtalya’daki INAF-Observatory of Astrophysics and Space Science’dan Pietro Bergamini; “Yıldızların hızı bize karanlık madde miktarı da olmak üzere her gökadanın kütlesini tahmin etmemizi sağladı” diyor.
Hubble görüntüleme ve VLT tayf verisi birleştirilerek gökbilimciler düzinelerce görüntülenen, mercek etkisiyle görüşen arka plan gökadaları tanımlayabildiler. Bu da her kümedeki karanlık maddedeki kütle dağılımının iyi kalibre edilmiş yüksek çözünürlüklü haritasının elde edilmesini sağladı.
Ekip karanlık madde haritalarını aynı uzaklıklarda bulunan benzer kütleli simüle edilmiş gökada kümeleri örnekleriyle karşılaştırdı. Bilgisayar modelindeki kümeler, en küçük ölçeklerde (tek tek küme gökadalarıyla ilgili ölçeklerde) aynı düzeyde karanlık madde dağılımını göstermedi.
Çalışma ekibi ve diğer tüm gökbilimciler karanlık maddenin doğasını keşfetmek için benzer çalışmalar yapmayı hedefliyor.
