NASA’nın Hubble uydusu yıldız hareketlerini kullanarak cüce galaksideki karanlık maddeyi izliyor

Evrenin görünmez “tutkalı” olan karanlık maddenin nitelikleri ve davranışları gizemle örtülmeye devam ediyor. Galaksiler çoğunlukla karanlık maddeden oluşsa da, bir galaksi içinde nasıl dağıldığını anlamak, bu maddenin ne olduğu ve bir galaksinin evrimiyle nasıl ilgili olduğu konusunda ipuçları sunuyor.

Bilgisayar simülasyonları karanlık maddenin bir galaksinin merkezinde, yoğunluk çıkıntısı olarak adlandırılan bir yerde birikmesi gerektiğini öne sürse de, daha önceki birçok teleskopik gözlem, bunun bir galaksi boyunca daha eşit bir şekilde dağıldığını göstermiştir. Model ve gözlem arasındaki bu gerilimin nedeni, karanlık maddenin gizemini pekiştirerek gökbilimcileri şaşırtmaya devam etmektedir.

Bir gökbilimciler ekibi, Dünya’dan yaklaşık 250.000 ışık yılı uzaklıkta bulunan Draco cüce galaksisindeki yıldızların dinamik hareketlerini ölçerek bu tartışmayı açıklığa kavuşturmaya çalışmak için NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu’na yöneldi. 18 yıl süren gözlemleri kullanarak, minik galaksideki yıldızların hareketlerinin en doğru üç boyutlu anlayışını oluşturmayı başardılar. Bunun için Draco galaksisinin Hubble arşiv gözlemlerinin neredeyse yirmi yıl boyunca incelenmesi gerekti.

“Modellerimiz, kozmolojik modellerle uyumlu olan sivri uçlu bir yapıyla daha çok uyuşma eğiliminde,” diyor Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden (STScI) ve çalışmanın baş yazarı Eduardo Vitral. “Kesin olarak tüm galaksilerin sivri uçlu bir karanlık madde dağılımına sahip olduğunu söyleyemesek de, daha önce sahip olduğumuz her şeyi aşan bu kadar iyi ölçülmüş verilere sahip olmak heyecan verici.”

Yıldızların hareketlerini haritalamak

Bir galaksideki karanlık madde hakkında bilgi edinmek için bilim insanları, karanlık maddenin çekiminin hakim olduğu yıldızlarına ve hareketlerine bakabilirler. Uzayda hareket eden nesnelerin hızını ölçmek için yaygın bir yaklaşım, Doppler Etkisi’dir; bir yıldız Dünya’ya yaklaşıyorsa veya Dünya’dan uzaklaşıyorsa ışığın dalga boyunda gözlemlenen bir değişikliktir. Bu görüş hattı hızı değerli içgörüler sağlasa da, bu tek boyutlu bilgi kaynağından yalnızca belirli bir miktar bilgi elde edilebilir.

Yıldızlar bize yaklaşmanın veya uzaklaşmanın yanı sıra, gökyüzünde de hareket ederler ve bu da öz hareketleri olarak ölçülür. Görüş hattı hızını öz hareketlerle birleştirerek ekip, yıldızların 3B hareketlerinin benzeri görülmemiş bir analizini oluşturdu.

“Verilerdeki iyileştirmeler ve modellemedeki iyileştirmeler genellikle el ele gider,” diye açıkladı STScI’dan Roeland van der Marel, 10 yıldan uzun bir süre önce çalışmayı başlatan makalenin ortak yazarlarından biri. “Çok karmaşık verileriniz yoksa veya yalnızca tek boyutlu verileriniz yoksa, o zaman nispeten basit modeller genellikle uyabilir. Topladığınız verilerin boyutu ve karmaşıklığı ne kadar fazlaysa, modellerinizin verilerin tüm inceliklerini gerçekten yakalamak için o kadar karmaşık olması gerekir.”

Bilimsel bir maraton (sprint değil)

Cüce galaksilerin diğer galaksi türlerine göre daha yüksek oranda karanlık madde içerdiği bilindiğinden, ekip Samanyolu galaksisinin nispeten küçük ve küresel yakın bir uydusu olan Draco cüce galaksisine odaklandı.

“Özgün hareketleri ölçerken, bir yıldızın bir dönemdeki konumunu not edersiniz ve daha sonra yıllar sonra aynı yıldızın konumunu ölçersiniz. Ne kadar hareket ettiğini belirlemek için yer değiştirmeyi ölçersiniz,” diye açıklıyor STScI’dan, makalenin bir diğer ortak yazarı ve son gözlem programının baş araştırmacısı Sangmo Tony Sohn. “Bu tür gözlemler için, ne kadar uzun beklerseniz, yıldızların kaymasını o kadar iyi ölçebilirsiniz.”

Ekip, keskin ve istikrarlı görüşü ile rekor çalışma süresinin birleşimi nedeniyle yalnızca Hubble’ın sunabileceği kapsamlı bir temel olan 2004’ten 2022’ye kadar uzanan bir dizi dönemi analiz etti. Teleskopun zengin veri arşivi, yıldızların öz hareketlerinin ölçülmesindeki belirsizlik düzeyini azaltmaya yardımcı oldu. Hassasiyet, Dünya’dan Ay’da görüldüğü gibi bir golf topunun genişliğinden biraz daha az olan yıllık bir kaymayı ölçmeye eşdeğerdir.

Ekip, üç boyutlu verilerle, önceki çalışmalarda uygulanan varsayımların miktarını azalttı ve kendi modelleme çalışmalarında galaksinin dönüşü, yıldızlarının ve karanlık maddenin dağılımı gibi galaksiye özgü özellikleri dikkate aldı.

Heyecan verici bir gelecek

Draco cüce galaksisi için geliştirilen metodolojiler ve modeller gelecekte diğer galaksilere uygulanabilir. Ekip halihazırda Heykeltıraş cüce galaksisi ve Küçük Ayı cüce galaksisinin Hubble gözlemlerini analiz ediyor.

Karanlık maddeyi incelemek farklı galaktik ortamları gözlemlemeyi gerektirir ve ayrıca farklı uzay teleskopu görevleri arasında iş birliği gerektirir. Örneğin, NASA’nın yakında çıkacak olan Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, gökyüzünün geniş alanlarını gözlemleme yeteneği sayesinde farklı galaksiler arasında karanlık maddenin özelliklerinin yeni ayrıntılarını ortaya çıkarmaya yardımcı olacak.

“Bu tür bir çalışma uzun vadeli bir yatırımdır ve çok fazla sabır gerektirir,” diye düşündü Vitral. “Bu bilimi, bu verileri toplamak için yıllar boyunca yapılan tüm planlamalar sayesinde yapabiliyoruz. Topladığımız içgörüler, bu şeyler üzerinde uzun yıllardır çalışan daha büyük bir araştırmacı grubunun sonucudur.”

Bunlar yayınlanan içinde Astrofizik Dergisi.