Evrendeki En Büyük Yapılar, Yaratılışlarının Şokuyla Hala Parlıyor

En büyük ölçeklerde, Evren ağ benzeri bir modelde sıralanır: galaksiler, iplikçiklerle birbirine bağlanan ve boşluklarla ayrılan kümeler halinde bir araya getirilir. Bu kümeler ve iplikçikler, gaz ve galaksiler gibi normal maddenin yanı sıra karanlık madde de içerir.

Buna “kozmik ağ” diyoruz ve optik teleskoplarla yapılan büyük taramalardan galaksilerin yerlerini ve yoğunluklarını haritalayarak görebiliyoruz.

Kozmik ağa, hareket halindeki enerjik parçacıklar tarafından yaratılan ve karşılığında bu parçacıkların hareketine rehberlik eden manyetik alanların da nüfuz ettiğini düşünüyoruz. Teorilerimiz, kütleçekimin bir iplikçiği birbirine çekmesiyle, manyetik alanı güçlendiren şok dalgalarına neden olacağını ve radyo teleskopla görülebilecek bir parıltı yaratacağını öngörüyor.

Science Advances'te yayınlanan yeni araştırmada, bu şok dalgalarını ilk kez galaksi kümeleri çiftleri ve onları birbirine bağlayan iplikçikler etrafında gözlemledik.

Geçmişte, bu radyo şok dalgalarını yalnızca doğrudan galaksi kümeleri arasındaki çarpışmalardan gözlemledik. Bununla birlikte, küçük galaksi gruplarının etrafında ve kozmik iplikçiklerde de var olduklarına inanıyoruz.

Bu manyetik alanlar hakkındaki bilgimizde, ne kadar güçlü oldukları, nasıl evrimleştikleri ve bu kozmik ağın oluşumundaki rollerinin ne olduğu gibi, hala boşluklar var.

Bu parıltıyı saptamak ve incelemek, yalnızca Evrenin büyük ölçekli yapısının nasıl oluştuğuna dair teorilerimizi doğrulamakla kalmadı, aynı zamanda kozmik manyetik alanlar ve bunların önemi hakkındaki soruları yanıtlamaya da yardımcı oldu.

 

Gürültüyü araştırmak

Bu radyo ışımasının hem çok sönük olmasını hem de geniş alanlara yayılmasını bekliyoruz, bu da onu doğrudan algılamanın çok zor olduğu anlamına geliyor.

Dahası, galaksilerin kendileri çok daha parlaktır ve bu zayıf kozmik sinyalleri gizleyebilirler. İşi daha da zorlaştırmak için, teleskoplarımızdan gelen gürültü genellikle beklenen radyo parıltısından çok daha fazladır.

Bu nedenlerden dolayı, bu radyo şok dalgalarını doğrudan gözlemlemek yerine, yığınlama olarak bilinen bir teknik kullanarak yaratıcı olmamız gerekiyordu. Bu, tek tek görülemeyecek kadar sönük birçok cismin görüntülerini bir arada ortaladığınızda olur, bu da gürültüyü azaltır veya daha doğrusu ortalama sinyali gürültünün üzerine çıkarır.

Birçok görüntüyü bir arada ‘yığmak’, ilgili sinyali arka plan gürültüsünden daha parlak hale getirebilir. Tessa Vernstrom, Yazar tarafından sağlandı.

 

Peki ne yığdık? Uzayda birbirine yakın 600.000'den fazla galaksi kümesi çifti bulduk ve muhtemelen iplikçiklerle birbirine bağlılar. Ardından, kümelerden veya aralarındaki bölgeden - şok dalgalarının olmasını beklediğimiz bölge - herhangi bir radyo sinyalinin bir araya gelmesi için görüntülerimizi hizaladık.

Bu yöntemi ilk olarak 2021'de yayınlanan bir makalede iki radyo teleskobundan alınan verilerle kullandık: Batı Avustralya'daki Murchison Widefield Dizisi ve New Mexico'daki Owens Valley Radyo Gözlemevi Uzun Dalga Boyu Dizisi. Bunlar yalnızca neredeyse tüm gökyüzünü kapsadıkları için değil, aynı zamanda bu sinyalin daha parlak olması beklenen düşük radyo frekanslarında çalıştıkları için seçildi.

İlk projede heyecan verici bir keşif yaptık: Küme çiftleri arasında bir parıltı bulduk! Bununla birlikte, tümü birçok galaksi içeren birçok kümenin ortalaması olduğu için, sinyalin galaksiler gibi diğer kaynaklardan değil, kozmik manyetik alanlardan geldiğinden emin olmak zordu.

 

‘Şok edici’ bir keşif

Normalde kümelerdeki manyetik alanlar, çalkantıdan dolayı karışır. Bununla birlikte, bu şok dalgaları manyetik alanları düzene sokar, bu da yaydıkları radyo parıltısının oldukça polarize olduğu anlamına gelir.

Yığınlama deneyini polarize radyo ışığı haritaları üzerinde denemeye karar verdik. Bunun, sinyale neyin neden olduğunu belirlemeye yardımcı olma avantajı vardır.

Normal galaksilerden gelen sinyaller yalnızca %5 veya daha az polarize olurken, şok dalgalarından gelen sinyaller %30 veya daha fazla polarize olabilir.

Yeni çalışmamızda, deneyi tekrarlamak için Küresel Manyeto İyonik Ortam Taraması'ndan ve Planck uydusundan radyo verilerini kullandık. Bu taramalar neredeyse tüm gökyüzünü kapsıyor ve hem polarize hem de düzenli radyo haritalarına sahip.

Yığınlama küme çiftleri: dikey olarak hizalanan iki karanlık nokta kümelerdir ve çalkantıdan dolayı depolarizasyon gösterirken, dış alanlar ve kümeler arasındaki alan oldukça polarizedir. Tessa Vernstrom, Planck verilerini kullanarak, Yazar tarafından sağlandı.

 

Küme çiftlerini çevreleyen çok net polarize ışık halkaları tespit ettik. Bu, kümelerin merkezlerinin depolarize olduğu anlamına gelir ki bu, çok çalkantılı ortamlar olduklarından beklenen bir durumdur.

Bununla birlikte, şok dalgaları sayesinde kümelerin kenarlarında manyetik alanlar düzene girer, yani bu polarize ışık halkasını görürüz.

Ayrıca kümeler arasında, yalnızca galaksilerden bekleyebileceğinizden çok daha fazla, yüksek polarize ışık fazlalığı bulduk. Bunu bağlantı iplikçiklerindeki şoklardan gelen ışık olarak yorumlayabiliriz. Bu tür bir ortamda ilk kez bu tür bir emisyon bulunmuştur.

Sonuçlarımızı, sadece radyo emisyonunun toplam sinyalini değil aynı zamanda polarize sinyali de tahmin eden türünün ilk örneği olan son teknoloji kozmolojik simülasyonlarla karşılaştırdık. Verilerimiz bu simülasyonlarla çok uyumluydu ve bunları birleştirerek erken Evren'den kalan manyetik alan sinyalini anlayabiliyoruz.

Gaz sıcaklığını, şoklardan radyo emisyonunu ve manyetik alan çizgilerini gösteren kozmolojik simülasyon. F. Vazza (Bologna Üni.) / D. Wittor (Hamburg Gözlemevi) / J. West (NRC) / ICRAR.

 

Gelecekte, bu tespiti Evrenin tarihi boyunca farklı zamanlarda tekrarlamak istiyoruz. Bu kozmik manyetik alanların kökenini hâlâ bilmiyoruz, ancak bunun gibi daha fazla gözlem, onların nereden geldiklerini ve nasıl geliştiklerini anlamamıza yardımcı olabilir.

 

Tessa Vernstrom, Kıdemli Araştırma Görevlisi, Batı Avustralya Üniversitesi ve Christopher Riseley, Araştırma Görevlisi, Bologna Üniversitesi

Bu makale The Conversation'da yayınlanmıştır.