Araştırmacılar karanlık maddenin hızını, karanlık maddenin neden olduğu dinamik sürtünmeden etkilenen dengesiz galaksileri inceleyerek ölçüyorlar. Bu yöntem, galaksiler ve karanlık madde arasındaki etkileşimlerin anlaşılmasına yardımcı olarak teorik fizik ve kozmolojiye yardımcı olur. Kredi bilgileri: SciTechDaily.com
Orantısız galaksilerin incelenmesi, yerçekimi etkilerinin ve dinamik sürtünmenin karanlık maddenin gizemlerini nasıl aydınlatabileceğini ve kozmolojideki anlayışımızı nasıl geliştirebileceğini ortaya koyuyor.
Peki karanlık maddenin hızı nasıl ölçülebilir? Bunun ön şartı ise evrende karanlık maddeye göre hareket eden bir galaksinin bulunmasıdır. Evrende her şey hareket halinde olduğundan ve çok fazla karanlık madde bulunduğundan bu tür galaksileri bulmak hiç de zor değil.
Galaksiler gibi ağır nesneler, ister karanlık madde olsun ister günlük olarak karşılaştığımız görünür madde olsun, her türlü maddeyi çeker. Karanlık madde bir galaksinin yanından geçerken galaksi, karanlık madde parçacıklarını kendisine doğru çekmeye başlar. Ancak parçacıkların hız yönünün değişmesi zaman alır. Yörüngeleri galaksiye doğru kıvrılmadan önce galaksiyi geçmeyi zaten başarıyorlar.
Dinamik Sürtünmenin Rolü
Böylece karanlık madde parçacıkları galaksiye girmiyor, bunun yerine galaksinin arkasına doğru hareket ediyor (aşağıdaki videoya bakın). Bu nedenle galaksinin arkasında madde yoğunluğu artar ve bu da galaksinin yavaşlamasına yol açar; bu olaya dinamik sürtünme adı verilir. Dinamik sürtünmenin gücü ise karanlık madde parçacıklarının galaksiden ne kadar hızlı geçtiğine, yani galaksinin karanlık madde parçacıklarının yörüngesini değiştirmek için ne kadar zamana sahip olduğuna bağlıdır. Parçacıklar yavaş geçtiğinde galaksiye yaklaştıkça maddenin yoğunluğu artar ve galaksinin daha fazla yavaşlamasına neden olur.
Yeşil nokta bir galaksiyi temsil eder ve üst paneller karanlık madde parçacıklarının galaksiden geçen hareketini gösterir (eğer ilgili panelde bir galaksi varsa). Alt paneller tüm yörüngelerin şeklini gösteriyor ve bir galaksinin yerçekimi alanının madde parçacıklarını etkileyerek galaksinin arkasında aşırı bir yoğunluk yarattığını gösteriyor. Aşırı yoğunluk yine galaksiyi yavaşlatır ve şeklini bozar. Kredi bilgileri: Rain Kipper
Galaksi Şekillerini ve Karanlık Maddeyi Anlamak
Dinamik sürtünmeye neden olan galaksinin küçük değil büyük olduğunu varsayalım. Bu durumda arkasındaki aşırı yoğunluk, Şekil 1’de görüldüğü gibi galaksinin farklı noktalarında farklı kuvvetlerde sürtünme yaratıyor. Sürtünmedeki fark galaksinin şeklini daha dengesiz hale getiriyor. Ayın yerçekiminin neden olduğu gelgit döngüleri – yüksek gelgitler ve alçak gelgitler – Dünya’da benzer bir şekil değişikliği yaşıyoruz.
Karanlık madde parçacıklarının sonuçta ne kadar büyük olduğunun bir önemi yok; yörüngeleri hâlâ galaksinin arkasında kavisli. Parçacıkların boyutu galaksilerin kendisiyle karşılaştırılabilir olsaydı, yöntem doğru sonuçlar vermeyebilirdi. Ancak bu karanlık madde modelleri zaten hariç tutulmuştur.
Şekil 1. Dinamik sürtünme. Paneller evrenin seyrek alanlarını koyu renklerle, yoğun alanlarını ise açık renklerle tasvir ediyor. Üst paneller, galaksinin yerçekiminin karanlık madde parçacıklarının yörüngelerini bükmesi (solda) veya bükmemesi (sağda) durumunda galaksinin etrafındaki yoğunluğu gösterir. Alt panel, aralarındaki farkı veya galaksinin karanlık maddenin dağılımını nasıl etkilediğini gösteriyor. Oklar, galaksinin merkezindeki sürtünmenin çıkarıldığı galaksinin arkasındaki aşırı yoğunluğun neden olduğu ivmeyi temsil ediyor. Okların farklı alanlarda farklı yönleri ve güçleri olduğundan, gelgit kuvvetleri bir galaksinin şeklini değiştirebilir. Kredi bilgileri: Rain Kipper
Orantısız gökadaları bulmak hiç de zor değil çünkü bunlar dış uzaydaki tüm gökadaların yaklaşık yüzde 30’unu oluşturuyor. Elbette çoğu şey, bir galaksinin dış kısımlarına ne kadar uzağa bakılacağına ve hangi düzeydeki dengesizliğin galaksinin dengesiz sayıldığına bağlıdır.
Ayrıca bir galaksinin dengesiz şekli yalnızca dinamik sürtünmeden kaynaklanmıyor olabilir. Bunun başka nedenleri de var. Örneğin birden fazla galaksinin çarpışması sonucu oluşan galaksiler asimetrik olabilir. Ancak bu durumda galaksinin içinde bir yerde başka bir galaksinin çekirdeğini veya daha büyük bir yıldız halesini tespit edebilmeliyiz. Galaktik dengesizlik aynı zamanda sürekli gaz akışından da kaynaklanabilir. Böyle durumlarda galaksinin şeklinin eski haline dönmesi birkaç milyar yıl alacaktır.
Sonuç ve Gelecek Araştırmalar
Bu nedenle, karanlık maddenin hızlarını ölçmek için diğer galaksilerden mümkün olduğunca izole edilmiş, orantısız bir galaksiye ihtiyacımız var. Bu durumda ona karanlık maddenin geçişi dışında hiçbir şeyin olmadığı daha kesindir.
Bu araştırmada gelgit döngülerinde galaksileri etkileyen kuvvetlerin tam olarak nasıl hesaplanacağını bulduk. Bir sonraki aşama, karanlık maddenin galaksilere göre hızını incelemek için evrende yeterince dengesiz galaksiler bulmaktır.
Kozmoloji teorik fiziğin önemli bir test poligonudur. Karanlık maddenin hızının hesaplanması, yeni karanlık madde modellerinin test edilmesi ve karanlık maddenin doğası üzerindeki gizlilik perdesinin kaldırılması açısından önemli olabilir.
Referans: Rain Kipper, Peeter Tenjes, María Benito, Punyakoti Ganeshaiah Veena, Aikaterini Niovi Triantafyllaki, Indrek Vurm, Moorits Mihkel Muru, Maret Einasto ve “Günümüze dönüş: Dinamik sürtünmenin ardından gelgit alanı için genel bir tedavi” Elmo Tempel, 15 Aralık 2023, Astronomi ve Astrofizik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202347235