Galaksinin çekirdeği önceden tahmin edilenden daha az karanlık madde içeriyor olabilir

MIT fizikçileri, Samanyolu galaksisindeki yıldızların hızını ölçerek, galaktik diskin daha uzak noktalarında bulunan yıldızların, galaksinin merkezine daha yakın olan yıldızlara kıyasla beklenenden daha yavaş hareket ettiğini buldu. Bulgular şaşırtıcı bir olasılığı gündeme getiriyor: Samanyolu’nun çekimsel çekirdeği önceden düşünülenden daha hafif olabilir ve daha az karanlık madde içerebilir.

Yeni sonuçlar, ekibin Gaia ve APOGEE araçları tarafından alınan verilerin analizine dayanıyor. Gaia, Samanyolu galaksisindeki 1 milyardan fazla yıldızın kesin konumunu, mesafesini ve hareketini izleyen yörüngeli bir uzay teleskopudur; APOGEE ise yer tabanlı bir araştırmadır.

Fizikçiler, Gaia’nın galaksideki en uzak yıldızlardan bazıları da dahil olmak üzere 33.000’den fazla yıldıza ilişkin ölçümlerini analiz etti ve her yıldızın “dairesel hızını” veya yıldızın galaksinin merkezine uzaklığı göz önüne alındığında galaktik diskte ne kadar hızlı döndüğünü belirlediler. .

Bilim adamları, bir dönme eğrisi oluşturmak için her yıldızın hızının mesafesine göre grafiğini çizdiler; bu, maddenin bir galaksinin merkezinden belirli bir mesafede ne kadar hızlı döndüğünü temsil eden astronomideki standart bir grafiktir. Bu eğrinin şekli, bilim adamlarına bir galakside ne kadar görünür ve karanlık maddenin dağıldığına dair bir fikir verebilir.

MIT’de fizik yardımcı doçenti Lina Necib, “Gördüğümüzde gerçekten şaşırdığımız şey, bu eğrinin düz, düz, belli bir mesafeye kadar dümdüz kalması ve sonra yavaşlamaya başlamasıydı” diyor. “Bu, dış yıldızların beklenenden biraz daha yavaş döndüğü anlamına geliyor ki bu da çok şaşırtıcı bir sonuç.”

Ekip, yeni dönüş eğrisini dış yıldızların yavaşlamasını açıklayabilecek bir karanlık madde dağılımına dönüştürdü ve ortaya çıkan haritanın beklenenden daha hafif bir galaktik çekirdek ürettiğini buldu. Yani Samanyolu’nun merkezi bilim adamlarının düşündüğünden daha az yoğun ve daha az karanlık madde içeriyor olabilir.

Necib, “Bu, bu sonucu diğer ölçümlerle gerilime sokuyor” diyor. “Bir yerlerde şüpheli bir şeyler oluyor ve bunun nerede olduğunu anlamak, Samanyolu’nun tutarlı bir resmini elde etmek gerçekten heyecan verici.”

Takım sonuçlarını rapor ediyor içinde Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri. Necib’in de aralarında bulunduğu çalışmanın MIT ortak yazarları, ilk yazar Xiaowei Ou, Anna-Christina Eilers ve Anna Frebel’dir.

‘Hiçliğin içinde’

Evrendeki çoğu galaksi gibi Samanyolu da bir girdaptaki su gibi döner ve dönüşü kısmen diskinin içinde dönen tüm maddeler tarafından yönlendirilir. 1970’lerde gökbilimci Vera Rubin, galaksilerin yalnızca görünür madde tarafından yönlendirilemeyecek şekilde döndüğünü gözlemleyen ilk kişiydi.

Kendisi ve meslektaşları yıldızların dairesel hızını ölçtüler ve ortaya çıkan dönüş eğrilerinin şaşırtıcı derecede düz olduğunu buldular. Yani yıldızların hızı, mesafe arttıkça azalmak yerine galaksi boyunca aynı kaldı. Uzak yıldızlara ilave bir itme sağlamak için başka türden görünmez bir maddenin etki etmesi gerektiği sonucuna vardılar.

Rubin’in dönme eğrileri üzerine çalışması, evrendeki tüm yıldızlardan ve diğer görünür maddelerden daha ağır olduğu tahmin edilen, görünmez, bilinmeyen bir varlık olan karanlık maddenin varlığına dair ilk güçlü kanıtlardan biriydi.

O zamandan beri gökbilimciler uzak galaksilerde benzer düz eğriler gözlemlediler ve bu da karanlık maddenin varlığını daha da güçlendirdi. Gökbilimciler ancak son zamanlarda kendi galaksimizdeki yıldızlarla dönüş eğrisini çizmeye çalıştılar.

Ou, “Bir galaksinin içinde otururken dönüş eğrisini ölçmenin daha zor olduğu ortaya çıktı” diyor.

MIT’de fizik profesörü olan Anna-Christina Eilers, 2019 yılında Gaia uydusu tarafından yayınlanan daha önceki bir veri grubunu kullanarak Samanyolu’nun dönüş eğrisini çizmek için çalıştı. Bu veri yayını galaksinin merkezinden 25 kiloparsek veya yaklaşık 81.000 ışıkyılı uzaklıktaki yıldızları içeriyordu.

Bu verilere dayanarak Eilers, Samanyolu’nun dönüş eğrisinin diğer uzak galaksilere benzer şekilde hafif bir düşüşle de olsa düz göründüğünü gözlemledi ve çıkarım yoluyla galaksinin merkezinde muhtemelen yüksek yoğunlukta karanlık madde bulunuyordu. Ancak teleskop, bu kez galaksinin çekirdeğinden neredeyse 100.000 ışıkyılı uzaklıkta, 30 kiloparsek kadar uzaktaki yıldızları da içeren yeni bir veri kümesi yayınladıkça bu görüş değişti.

Frebel, “Bu mesafelerde yıldızların sönmeye başladığı galaksinin tam sınırındayız” diyor. “Aslında hiçliğin içinde olduğumuz bu dış galakside maddenin nasıl hareket ettiğini hiç kimse keşfetmemişti.”

Garip gerilim

Frebel, Necib, Ou ve Eilers, Eilers’in başlangıç ​​dönüş eğrisini genişletmek için Gaia’nın yeni verilerine atladılar. Ekip, analizlerini geliştirmek için Gaia’nın verilerini, Samanyolu’ndaki 700.000’den fazla yıldızın parlaklık, sıcaklık ve element bileşimi gibi son derece ayrıntılı özelliklerini ölçen APOGEE (Apache Point Gözlemevi Galaktik Evrim Deneyi) ölçümleriyle tamamladı.

Ou, “Bize bir yıldızın uzaklığı hakkında daha iyi tahminler verebilecek bağlantıları öğrenmeye çalışmak için tüm bu bilgileri bir algoritmaya aktarıyoruz” diye açıklıyor. “Bu şekilde daha uzak mesafelere doğru ilerleyebiliriz.”

Ekip, 33.000’den fazla yıldızın kesin mesafelerini belirledi ve bu ölçümleri, Samanyolu boyunca yaklaşık 30 kiloparsek’e kadar dağılmış yıldızların üç boyutlu bir haritasını oluşturmak için kullandı. Daha sonra galaksideki diğer tüm yıldızların dağılımı göz önüne alındığında, herhangi bir yıldızın ne kadar hızlı hareket etmesi gerektiğini simüle etmek için bu haritayı bir dairesel hız modeline dahil ettiler. Daha sonra Samanyolu’nun güncellenmiş bir dönüş eğrisini oluşturmak için her yıldızın hızını ve mesafesini bir grafik üzerinde çizdiler.

Necib, “İşte tuhaflık da burada ortaya çıkıyor” diyor.

Ekip, önceki dönüş eğrileri gibi hafif bir düşüş görmek yerine, yeni eğrinin dış uçta beklenenden daha güçlü bir şekilde düştüğünü gözlemledi. Bu beklenmedik gerileme, yıldızların belirli bir mesafeye kadar aynı hızda hareket ederken, en uzak mesafelerde aniden yavaşladığını gösteriyor. Kenarlardaki yıldızlar beklenenden daha yavaş hareket ediyor gibi görünüyor.

Ekip bu dönüş eğrisini galakside bulunması gereken karanlık madde miktarına çevirdiğinde, Samanyolu’nun çekirdeğinin önceden tahmin edilenden daha az karanlık madde içerebileceğini buldu.

Necib, “Bu sonuç diğer ölçümlerle gerilim içinde” diyor. “Bu sonucun gerçekten anlaşılmasının derin yansımaları olacak. Bu, galaktik diskin hemen ötesinde daha fazla gizli kütleye yol açabilir veya galaksimizin denge durumunun yeniden değerlendirilmesine yol açabilir. Bu cevapları, ileriki çalışmalarda yüksek seviye kullanarak bulmaya çalışıyoruz. Samanyolu benzeri galaksilerin çözünürlük simülasyonları.”

Bu hikaye MIT News’in izniyle yeniden yayınlanmıştır (web.mit.edu/newsoffice/MIT araştırması, inovasyonu ve öğretimi ile ilgili haberleri kapsayan popüler bir site.