Karanlık Enerji Kamerası, karanlık madde teorisine ilham kaynağı olan Koma Kümesi’ni araştırıyor

Karanlık Enerji Kamerası, Mısır Kraliçesi II. Berenice’in saçlarından adını alan göz kamaştırıcı Coma Kümesi’nin bir görüntüsünü yakaladı. Bu galaksi topluluğu yalnızca Yunan mitolojisinde önemli olmakla kalmayıp, karanlık maddenin varlığının keşfinde de temel teşkil ediyordu.

Teori, 1937 yılında İsviçreli astronom Fritz Zwicky’nin, Saç Kümesi galaksilerinin, büyük miktarda gözlemlenemeyen “karanlık” maddenin etkisi altındaymış gibi davrandığını fark etmesiyle ortaya çıktı.

Bu yoğun nüfuslu görüntü, tek tek yıldızlardan değil, tüm galaksilerden oluşan devasa bir kümeyi sergiliyor ve buna Coma Kümesi deniyor. Coma Kümesi, içinde bulunduğu takımyıldız olan Coma Berenices’ten adını alıyor. 88 IAU takımyıldızından tarihi bir figüre ithafen isimlendirilen tek takımyıldızdır. Adını Mısır Kraliçesi II. Berenice’den veya daha doğrusu saçlarından alıyor. Latincede “coma” “başın saçı” anlamına geliyor.

Berenice, kocası savaştan güvenli bir şekilde döndüğünde saçlarını kesip tanrılara adak olarak sunması ile ünlüdür. Saçlar bir tapınağa konulmuş ancak kısa bir süre sonra kaybolmuştur. Samoslu saray astronomu Conon, Berenice’in kayıp saçlarını pek de olası olmayan bir yerde—gece göğünde—tespit ettiğini iddia etmiştir; bu da tanrıça Afrodit’in kraliçenin saçlarını felakete uğrattığını (kelimenin tam anlamıyla bir takımyıldıza dönüştürdüğünü) düşündürmektedir. Tüm bunlar MÖ 245 civarında gerçekleşmiştir; bu da Berenice’in saçlarının olağanüstü uzun bir süredir göksel bir tanınmaya sahip olduğu anlamına gelir.

Bu detaylı resmi oluşturmak için kullanılan veriler, NSF NOIRLab Programı’nın bir parçası olan Cerro Tololo Inter-American Gözlemevi’ndeki ABD Ulusal Bilim Vakfı Víctor M. Blanco 4 metrelik Teleskobu’na monte edilmiş Enerji Bakanlığı tarafından üretilen Karanlık Enerji Kamerası (DECam) tarafından toplandı.

570 megapiksellik kamera, 2013 ile 2019 yılları arasında 758 gece süren inanılmaz bir gözlem serisi olan Karanlık Enerji Araştırması’nı (DES) gerçekleştirmek için inşa edildi. DES, evrenimizin genişlemesinin hızlanmasına neden olan bilinmeyen varlık olan karanlık enerjinin doğasını daha iyi anlamak amacıyla yürütüldü.

Coma Kümesi, karanlık enerjinin eşit derecede gizemli karşılığı olan karanlık maddeyle yakından ilişkilidir. Yaklaşık bir asır önce, 1937’de, İsviçreli gökbilimci Fritz Zwicky, Coma Kümesi’nin içindeki birkaç gökadayı gözlemledi. Kümenin kütlesinin, ışıklı -başka bir deyişle, gözlemlenebilir- yapılarına dayanarak bir tahminini hesapladı.

Ancak garip bir şeyle karşılaştı: kümenin kütlesi eksik gibi görünüyordu. Aslında, kümenin içindeki galaksiler, kümenin tahminlerinin önerdiğinden 400 kat daha fazla kütle içerdiği gibi davranıyordu.

Zwicky bu sonuca küme içindeki galaksilerin ne kadar hızlı hareket ettiğini gözlemleyerek ulaştı. Bunu daha iyi açıklamak için, yer çekiminin doğası hakkında önemli bir noktayı kısaca tekrar gözden geçirmek faydalı olacaktır. Yer çekimi, enerji veya kütleye sahip tüm varlıklar arasında var olan dört bilinen temel etkileşimden biridir. Bir nesnenin kütlesi ne kadar fazlaysa, uygulayacağı yer çekimi kuvveti de o kadar güçlü olur. Bu nedenle, daha büyük bir nesneye belirli bir mesafede bulunan daha az büyük nesneler, kontrol edilemez bir şekilde ona doğru çekilecektir.

Ancak, dikkate alınması gereken ek bir faktör daha var: hız. Bir nesne yeterince hızlı hareket ediyorsa, diğer nesnelerin yerçekimsel çekiminden kaçabilir. Zwicky’nin, Coma Kümesi’nin “eksik” madde gibi göründüğü sonucuna varmasını sağlayan bu ilkedir.

Galaksilerin o kadar hızlı hareket ettiğini buldu ki, eğer küme yalnızca gözlemlenebilir kütle tarafından bir arada tutuluyorsa, kümeden kaçmaları gerekirdi. Bu, kümenin büyük miktarda gözlemlenemeyen “karanlık” madde tarafından bir arada tutuluyor olması gerektiği varsayımına yol açtı, ancak bu öneri astronomi topluluğunun çoğuna çok uçuk geldi.

Gökbilimcilerin çoğunluğunun karanlık maddenin varlığına ikna olması 1980’lere kadar sürdü. Zwicky’nin gözlemlediği aynı ilginç kütle tutarsızlığını bildiren birkaç çalışma çıktıkça fikir birliği değişti, ancak tüm galaksi kümeleri yerine tek galaksiler ölçeğinde.

Bu tür bir çalışma 1970 yılında Andromeda Galaksisi’nde görünmez maddeye dair kanıt bulan ABD’li gökbilimciler Kent Ford ve Vera C. Rubin tarafından yapıldı. Ve 1979’da gökbilimciler Sandra Faber ve John Gallagher, 50’den fazla sarmal ve eliptik galaksi için kütle-ışık oranının sağlam bir analizini gerçekleştirdiler ve bu da onları “evrendeki görünmez kütle için davanın çok güçlü olduğu ve güçlendiği” sonucuna götürdü.

Karanlık madde ve karanlık enerjinin varlığı artık yaygın olarak kabul ediliyor ve bunların anlaşılması zor doğasını anlamak modern astrofiziğin ana odak noktası. NSF-DOE Vera C. Rubin Gözlemevi tarafından yürütülecek olan ve dünyaya evrenin gözle görünenin çok ötesinde olduğunu göstermeye yardımcı olan ilham verici kadın astronomun adını taşıyan yaklaşan 10 yıllık Uzay ve Zaman Miras Araştırması ile ufukta daha derin bir anlayış olabilir.