Bilim insanları evrenin %31’inin maddeden oluştuğunu belirleyerek bunu ölçmek ve doğrulamak için yenilikçi teknikler kullanarak gelecekteki galaksi araştırmalarının önünü açtı.
Bir araştırma ekibi, galaksi kümelerinin kütlesini belirlemek için galaksi üyelerinin sayısını ölçmeye güveniyor.
Kozmolojideki en acil sorulardan biri “Evrende ne kadar madde var?” sorusudur. Uluslararası bir bilim insanı ekibi, ikinci kez toplam madde miktarını ölçmeyi başardı. Raporlama Astrofizik DergisiEkip, maddenin evrendeki toplam madde ve enerji miktarının %31’ini oluşturduğunu, geri kalanının ise karanlık enerjiden oluştuğunu belirledi.
Ulusal Araştırma Enstitüsü’nde araştırmacı olan ilk yazar Dr. Mohamed Abdullah şöyle açıklıyor: “Kozmologlar, toplam maddenin yalnızca %20’sinin yıldızları, galaksileri, atomları ve yaşamı içeren düzenli veya ‘baryonik’ maddeden oluştuğuna inanıyorlar.” Astronomi ve Jeofizik-Mısır, Chiba Üniversitesi, Japonya. “Yaklaşık %80’i, gizemli doğası henüz bilinmeyen ancak henüz keşfedilmemiş bazı atom altı parçacıklardan oluşabilen karanlık maddeden oluşuyor.” (Bkz. Şekil 1.)
Tespit Yöntemleri
Abdullah’ın ortak yazarlarından Gillian Wilson, “Ekip, evrendeki toplam madde miktarını belirlemek için, birim hacim başına gözlemlenen gökada kümelerinin sayısını ve kütlesini sayısal simülasyonlardan elde edilen tahminlerle karşılaştırmak olan, kanıtlanmış bir teknik kullandı” diyor. UC Merced’de eski lisansüstü danışmanı ve Fizik Profesörü ve araştırma, yenilik ve ekonomik kalkınmadan sorumlu Rektör Yardımcısı. “Şu anda gözlemlenen kümelerin sayısı, ‘küme bolluğu’ olarak adlandırılan küme sayısı, kozmolojik koşullara ve özellikle de toplam madde miktarına karşı çok hassastır.”
Şekil 1. Ekip, Goldilocks gibi, hangi cevabın “doğru” olduğunu belirlemek için ölçülen galaksi kümesi sayısını sayısal simülasyonlardan elde edilen tahminlerle karşılaştırdı. Katkıda bulunanlar: Mohamed Abdullah (Ulusal Astronomi ve Jeofizik Araştırma Enstitüsü, Mısır/Chiba Üniversitesi, Japonya)
Virginia Üniversitesi’nden Anatoly Klypin, “Evrendeki toplam maddenin daha yüksek bir yüzdesi, daha fazla kümenin oluşmasına neden olur” diyor. “Ancak herhangi bir galaksi kümesinin kütlesini doğru bir şekilde ölçmek zordur çünkü maddenin çoğu karanlıktır ve onu doğrudan teleskoplarla göremiyoruz.”
Bu zorluğun üstesinden gelmek için ekip, küme kütlesinin dolaylı izleyicisini kullanmak zorunda kaldı. Daha büyük kütleli kümelerin daha az kütleli kümelere göre daha fazla gökada içerdiği gerçeğine güvendiler (kütle zenginliği ilişkisi: MRR). Galaksiler parlak yıldızlardan oluştuğu için, her kümedeki galaksilerin sayısı, toplam kütlesini dolaylı olarak belirlemenin bir yolu olarak kullanılabilir. Ekip, Sloan Digital Sky Survey’den aldıkları örneklerdeki her kümedeki gökada sayısını ölçerek, kümelerin her birinin toplam kütlesini tahmin edebildi. Daha sonra birim hacim başına gözlemlenen gökada kümesi sayısını ve kütlesini sayısal simülasyonlardan elde edilen tahminlerle karşılaştırabildiler.
Gözlemler ve simülasyonlar arasındaki en uygun eşleşme, toplam maddenin %31’inden oluşan bir evrendi; bu değer, Planck uydusundan kozmik mikrodalga arka plan (CMB) gözlemleri kullanılarak elde edilen değerle mükemmel bir uyum içindeydi. Özellikle SPK’nın tamamen bağımsız bir teknik olduğu görülmektedir.
Doğrulama ve Teknikler
Chiba Üniversitesi’nden Tomoaki Ishiyama, “Planck ekibinin CMB yöntemini kullanarak elde ettiği ölçümle mükemmel bir uyum içinde olan MRR’yi kullanarak ilk madde yoğunluğunun ölçümünü yapmayı başardık” diyor. “Bu çalışma ayrıca küme bolluğunun kozmolojik parametreleri sınırlamak için rekabetçi bir teknik olduğunu ve CMB anizotropileri, baryon akustik salınımları, Tip Ia süpernovaları veya yerçekimsel merceklenme gibi küme dışı teknikleri tamamlayıcı olduğunu gösteriyor.”
Ekip, başarılarının, her bir kümeye olan mesafeyi ve kümeye kütleçekimsel olarak bağlı olan gerçek üye gökadalara olan mesafeyi tam olarak belirlemek için radyasyonu bireysel bantlar veya renklerden oluşan bir spektruma ayıran teknik olan spektroskopiyi başarıyla kullanan ilk kişi olduğuna inanıyor. görüş hattı boyunca arka plan veya ön plandaki müdahaleciler. MRR tekniğini kullanmaya çalışan önceki çalışmalar, her bir kümeye ve gerçek üye olan yakındaki galaksilere olan mesafeyi belirlemek için bazı dalga boylarında çekilen gökyüzü resimlerini kullanmak gibi çok daha kaba ve daha az doğru görüntüleme tekniklerine dayanıyordu.
Sonuç ve Gelecekteki Uygulamalar
13 Eylül’de yayınlanan makale Astrofizik DergisiMRR tekniğinin yalnızca kozmolojik parametreleri belirlemek için güçlü bir araç olduğunu göstermekle kalmıyor, aynı zamanda geniş, geniş ve derin alan görüntüleme ve spektroskopik galaksi araştırmalarından elde edilen yeni veri kümelerine nasıl uygulanabileceğini de açıklıyor. Subaru Teleskobu, Karanlık Enerji Araştırması, Karanlık Enerji Spektroskopik Aleti, Öklid Teleskobu, eROSITA Teleskobu ve James Webb Uzay Teleskobu.
Referans: Mohamed H. Abdullah, Gillian Wilson, Anatoly Klypin ve Tomoaki Ishiyama tarafından yazılan “Küme Kütlesi-Zenginlik İlişkisini Kullanarak Kozmolojik Parametrelerin Kısıtlanması”, 13 Eylül 2023, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace773
Bu proje, Japonya’nın Chiba Üniversitesi’ndeki IAAR Araştırma Destek Programı, MEXT/JSPS KAKENHI (Grant Numarası JP19KK0344, JP21H01122 ve JP21F51024), MEXT tarafından “Süper Bilgisayar Fugaku Araştırmasını Teşvik Programı” (JPMXP1020200109), JICFuS, Ulusal tarafından desteklenmektedir. Bilim Vakfı ve NASA.