ALMA, Karanlık Maddenin İnce Ölçekli Parmak İzini Ortaya Çıkardı

Çığır açan gözlemler, galaksi ölçeğinin altındaki karanlık madde dalgalanmalarını ortaya çıkarıyor, soğuk karanlık madde teorilerini doğruluyor ve Evrenin bileşimine dair yeni bilgiler sağlıyor.

Kindai Üniversitesi’nden (Osaka, Japonya) Profesör Kaiki Taro Inoue liderliğindeki bir araştırma ekibi, dünyanın en güçlü radyo interferometresi olan Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisini kullanarak, Evrendeki karanlık madde dağılımındaki büyük galaksilerden daha küçük ölçeklerdeki dalgalanmaları keşfetti.ALMA), Şili Cumhuriyeti’nde bulunmaktadır.

Bu, uzak Evrendeki karanlık maddenin uzaysal dalgalanmalarının 30.000 ışıkyılı ölçeğinde ilk kez tespit edilmesidir. Bu sonuç, soğuk karanlık maddenin^[1] Büyük galaksilerden daha küçük ölçeklerde bile tercih edilir ve karanlık maddenin gerçek doğasını anlama yolunda önemli bir adımdır. Makale şu tarihte yayınlanacaktır: Astrofizik Dergisi.

Şekil 1. Karanlık maddede tespit edilen dalgalanmalar. Daha parlak turuncu renk, yüksek karanlık madde yoğunluğuna sahip bölgeleri, daha koyu turuncu renk ise düşük karanlık madde yoğunluğuna sahip bölgeleri gösterir. Beyaz ve mavi renkler, ALMA tarafından gözlemlenen yerçekimsel olarak merceklenen nesneleri temsil eder. Katkıda bulunanlar: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue ve diğerleri.

Anahtar noktaları

• Uluslararası bir proje olan dünyanın en büyük radyo dalgası interferometrelerinden biri olan ALMA ile gözlem.
• Evrendeki karanlık madde dalgalanmalarının 30.000 ışıkyılı altındaki ölçeklerde ilk tespiti.
• Karanlık maddenin gerçek doğasını açıklamaya yönelik önemli bir adım.

ALMA Karanlık Madde Dağılımındaki Küçük Ölçekli Dalgalanmaları Tespit Ediyor

Evrenin kütlesinin büyük bir kısmını oluşturan görünmez madde olan karanlık maddenin, yıldız ve galaksi gibi yapıların oluşumunda önemli rol oynadığı düşünülüyor.^[2] Karanlık madde uzayda eşit bir şekilde dağılmayıp yığınlar halinde dağıldığı için, onun yer çekimi uzak ışık kaynaklarından gelen ışığın (radyo dalgaları dahil) yolunu biraz değiştirebilir. Bu etkinin (kütleçekimsel merceklenme) gözlemleri, karanlık maddenin nispeten büyük galaksiler ve galaksi kümeleriyle ilişkili olduğunu göstermiştir, ancak daha küçük ölçeklerde nasıl dağıldığı bilinmemektedir.

Araştırma ekibi ALMA’yı Dünya’dan 11 milyar ışıkyılı uzaklıktaki bir nesneyi gözlemlemek için kullanmaya karar verdi. Nesne mercekli bir kuasardır,^[3] MG J0414+0534^[4] (bundan böyle “bu kuasar” olarak anılacaktır).

Bu kuasar, ön plandaki galaksinin yerçekimsel mercekleme etkisi nedeniyle dörtlü bir görüntüye sahip gibi görünüyor. Bununla birlikte, bu görünen görüntülerin konumları ve şekilleri, yalnızca ön plandaki galaksinin kütleçekimsel merceklenme etkisinden hesaplananlardan farklıdır; bu da, karanlık maddenin büyük kütleli gökadalardan daha küçük ölçekler üzerindeki dağılımının kütleçekimsel merceklenme etkisinin iş başında olduğunu göstermektedir.

Şekil 2: Yerçekimi mercek sistemi MG J0414+0534’ün kavramsal diyagramı. Görüntünün ortasındaki nesne mercek galaksisini gösterir. Turuncu renk galaksiler arası uzaydaki karanlık maddeyi, soluk sarı renk ise mercek galaksisindeki karanlık maddeyi gösterir. Kredi bilgileri: NAOJ, KT Inoue

Kozmolojik ölçeğin (birkaç on milyar ışıkyılı) çok altında olan yaklaşık 30.000 ışıkyılı ölçeğinde bile karanlık maddenin yoğunluğunda uzaysal dalgalanmalar olduğu bulundu. Bu sonuç, karanlık madde kümelerinin yalnızca galaksilerin içinde (Şekil 2’de soluk sarı renk) değil, aynı zamanda galaksiler arası uzayda da (Şekil 2’de turuncu) bulunduğunu öngören soğuk karanlık maddenin teorik tahminiyle tutarlıdır.

Bu çalışmada bulunan karanlık madde yığınlarından kaynaklanan yerçekimsel merceklenme etkileri o kadar küçüktür ki, bunları tek başına tespit etmek son derece zordur. Ancak ön plandaki galaksinin neden olduğu yerçekimsel merceklenme etkisi ve ALMA’nın yüksek çözünürlüğü sayesinde etkileri ilk kez tespit edebildik. Dolayısıyla bu araştırma, karanlık madde teorisinin doğrulanması ve onun gerçek doğasının aydınlatılması açısından önemli bir adımdır.

Bu araştırma, KT Inoue ve diğerleri tarafından “Lensed Quasar MG J0414+0534’e doğru 10 kpc ölçekli Mercekleme Gücü Spektrumlarının ALMA Ölçümü” başlıklı bir makalede sunulmuştur. içinde Astrofizik Dergisi.

Notlar

1. Soğuk karanlık madde
   Evren genişledikçe maddenin yoğunluğu azalacak ve böylece karanlık madde parçacıkları (ışığı göremeyen madde) artık diğer parçacıklarla karşılaşmayacak ve sıradan maddenin hareketinden farklı, bağımsız bir harekete sahip olacak. Bu durumda sıradan maddeye göre ışık hızından çok daha düşük bir hızla hareket eden karanlık madde parçacıklarına soğuk karanlık madde adı veriliyor. Hızının düşük olması nedeniyle Evrendeki büyük ölçekli yapıları silme yeteneği yoktur.
2. Evrendeki yapı oluşumu
   Erken Evrende, yıldızların ve galaksilerin, karanlık maddenin yoğunluk dalgalanmalarının yerçekimsel büyümesi ve karanlık madde yığınlarının çektiği hidrojen ve helyumun toplanmasıyla oluştuğu düşünülüyor. Karanlık maddenin büyük galaksilerinkinden daha küçük ölçeklerdeki dağılımı hala bilinmiyor.
3. Kuasar
   Kuasar, bir galaksinin son derece parlak ışık yayan merkezi kompakt bölgesidir. Kompakt bölge ve çevresi radyo dalgaları yayan büyük miktarda toza sahiptir.
4. MG J0414+0534
   MG J0414+0534, Dünya’dan görüldüğü gibi Boğa takımyıldızı yönünde yer almaktadır. Bu nesnenin kırmızıya kayması (ışığın dalga boyundaki artışın orijinal dalga boyuna bölünmesi) z=2,639’dur. Kozmolojik parametrelerdeki belirsizlik dikkate alınarak karşılık gelen mesafenin 11 milyar ışıkyılı olduğu varsayılmaktadır.

Referans: Kaiki Taro Inoue, Takeo Minezaki, Satoki Matsushita ve Kouichiro Nakanishi tarafından yazılan “Lensed Quasar MG J0414+0534’e Doğru 10 kpc Ölçekli Mercekleme Gücü Spektrumlarının ALMA Ölçümü”, 7 Eylül 2023, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/aceb5f

Bu çalışma, Japonya Bilimi Teşvik Derneği (No. 17H02868, 19K03937), Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi ALMA Ortak Bilimsel Araştırma Projesi 2018-07A, aynı ALMA JAPAN Araştırması’nın Bilimsel Araştırma Yardımları Hibesi tarafından desteklenmiştir. Fon NAOJ-ALMA-256 ve Tayvan MoST 103-2112-M-001-032-MY3, 106-2112-M-001-011, 107-2119-M-001-020, 107-2119-M-001- 020.