Evrendeki Karanlık Maddenin Dağılımı Zamanda Daha Geriye Haritalandı

Karanlık madde, bizi oluşturan normal maddeden beşe bir oranında ağır basması gereken varsayımsal bir madde biçimidir. Aletlerimizle görünmez ve etkileri ancak yerçekimi ile gözlemlenebilir. Standart bir yaklaşım, varlığının uzak galaksilerin ışığını nasıl bozduğuna bakarak dağılımını ölçer. Bu yöntem, etkili olmasına rağmen, geçmişe ne kadar geriye bakabileceği konusunda sınırlamalara sahiptir: çoğu durumda 8 milyar yıl öncesine kadar. Şimdi bu, 12 milyar yıl öncesine kadar genişletildi.

Devasa cisimler, etraflarındaki uzay-zamanı büker ve ışığı bükerek arkalarındaki uzak cisimler üzerinde bir mercek gibi davranır. En büyükleri, uzak galaksilerin muhteşem mercekli görüntülerini oluşturabilir. Daha küçük olanlar daha küçük bozulmalar yaratır, ancak bunları ölçerek, mercekli bir galaksideki kütle dağılımını tam olarak yeniden oluşturabiliriz. Bu sayede gökbilimciler görünmez karanlık maddeyi görebilirler.

Bu yaklaşım, arka planda çok sayıda parlak galaksiniz olduğu ve galaksiler ışıklarını bize daha yakın mercekledikleri sürece işe yarar. Bu nedenle, evrenin daha derinlerine – yani geçmişe – bakmak bir sınır oluşturur: Büyük Patlama'dan birkaç yüz milyon yıl sonra oluşan ilk galaksiler, o kadar da parlak değillerdi.

Physical Review Letters’da yayınlanan, Nagoya Üniversitesi'ndeki bilim insanları öncülüğünde yürütülen bir ortak çalışma, aynı yönteme yeni bir şekilde yaklaşarak, 12 milyar yıl önce galaksiler etrafındaki karanlık maddenin dağılımını ortaya çıkardı. Uzak galaksilerin ışığının bozulmasını aramak yerine, evrendeki ilk ışığa baktılar: kozmik mikrodalga arka planı (CMB).

CMB, kozmosun tamamına yayılan bir emisyondur. Büyük Patlama'dan yaklaşık 380.000 yıl sonra, evren nihayet ışığın madde tarafından emilmeden hareket edebileceği kadar soğuktu; böylece, bu ışık serbestti. Evren genişledikçe, dalga boyu mikrodalgalara kadar genişledi, ancak hala büyük cisimlerin yerçekiminden etkileniyor. Böylece, CMB'de merceklenmeyi ölçerek, araştırmacılar karanlık maddenin dağılımını zamanda daha geriye ve uzayın derinliklerine itmeyi başardılar.

Gözlemlerin çoğunu yapan, Tokyo Üniversitesi'nden Profesör Masami Ouchi bir açıklamada, "Uzak galaksilerin etrafındaki karanlık maddeye bakın? Çılgın bir fikirdi. Kimse bunu yapabileceğimizin farkında değildi." dedi.

"Ancak büyük bir uzak galaksi örneği hakkında bir konuşma yaptıktan sonra, Hironao [Miyatake, araştırma lideri] bana geldi ve CMB ile bu galaksilerin etrafındaki karanlık maddeye bakmanın mümkün olabileceğini söyledi."

Tokyo Üniversitesi Kozmik Işın Araştırma Enstitüsü'nden Yardımcı Doçent Yuichi Harikane, "Çoğu araştırmacı, günümüzden 8 milyar yıl öncesine kadar karanlık madde dağılımını ölçmek için kaynak galaksileri kullanıyor." diye ekledi. "Ancak, karanlık maddeyi ölçmek için daha uzak CMB'yi kullandığımız için geçmişte daha da geriye bakabiliriz. İlk kez, evrenin neredeyse ilk anlarından itibaren karanlık maddeyi ölçüyorduk.”

En merak uyandıran bulgu, karanlık maddenin yığınsallığının ölçümüdür. Evren hakkındaki anlayışımızın temelini oluşturan standart kozmoloji veya Lambda-CDM modeline göre, karanlık madde, zamanla galaksilerin oluştuğu aşırı yoğunluk bölgelerini oluşturur. Ancak, bu çalışmadaki yığılma ölçümü teorinin öngördüğünden daha düşüktür.

Nagoya Üniversitesi'nden Miyatake, "Bulgumuz hala belirsiz." dedi. “Ancak bu doğruysa, zamanda daha geriye gidildikçe tüm modelin kusurlu olduğu anlamına gelir. Bu heyecan verici çünkü belirsizlikler azaltıldıktan sonra sonuç devam ederse, karanlık maddenin doğasına dair anlayış sağlayabilecek modelde bir iyileştirme önerebilir.”

Princeton Üniversitesi'nde yardımcı araştırma görevlisi Andrés Plazas Malagón, “Bu noktada, Lambda-CDM modelinin evrende sahip olduğumuz gözlemleri gerçekten açıklayıp açıklayamayacağını görmek için daha iyi veriler elde etmeye çalışacağız.” dedi. "Ve sonuç, bu modele giren varsayımları tekrar gözden geçirmemiz gerekmesi olabilir."

Ekip, CMB için Avrupa Uzay Ajansı'nın Planck gözlemevinden gelen verileri ve Subaru Hyper Suprime-Cam Araştırması’ndan (HSC) elde edilen gözlemleri kullandı. HSC verilerinin yalnızca üçte biri analiz edildi, bu nedenle ekip şimdi bunu tamamlamak için çalışıyor.

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.