Evren hakkında fazlaca bilgiye sahip gibi görünebiliriz. Nasıl başladığı ve nasıl evrildiği hakkında iyi fikirlerimiz var. Yakın gezegenlere sonda gönderiyor, çok fazla sayıda ötegezegen keşfediyor ve galaksilerin aile ağacını katalogluyoruz.
Fakat çok temel bir şey hakkında en ufak bir fikrimiz bile yok, o da kozmosun büyük çoğunluğunun neden oluştuğu. Örneğin, Evren içerisinde görebildiğimiz maddenin en az beş katı daha fazla göremediğimiz “karanlık madde” varlığı. Orada olduğunu biliyoruz çünkü etrafındaki maddeyi kütle çekimi ile etkiliyor. Galaksi ve galaksi kümeleri içerisinde görebildiğimiz madde bu yıldızları tek başına bir arada tutmaya yetecek çekim gücüne sahip değil yani oralarda bir yerde karanlık madde gizleniyor olmalı.
Şimdiye kadar bu maddenin ne olduğu ve nereden geldiği hakkında çalışamıyorduk. Ve şimdi Nature üzerinde yayınlanan bir çalışma, erken galaksilerde çok daha az bulunduğunu söyleyerek maddeyi daha da kafa karıştırıcı yapıyor.
Galaksi Bulmacası
Astronominin büyük bir kısmı kütle çekimine karşı verilen bir savaştır. Yıldızlar parlar böylece kendi kütle çekimleri altında ezilmezler. Samanyolu kendisini kütle çekimine zıt yönde destekleyecek şekilde döner. Bazı büyük galaksiler çok az uyumlu dönüş gösterirler ya da hiç göstermezler. Fakat kütle çekimini dengelemek için rastgele hareket özellikleri vardır. Bundan dolayı galaksilerin hareketini incelemek, kütle çekim gücünü belirlemek ya da uzayın belirli bir yerindeki toplam kütleyi hesaplamak için en etkin yöntemdir.
Bu yıl galaksi dinamiği konusunda öncülerden biri olan astronom Vera Rubin aramızdan ayrıldı. Kendisi yakın spiral galaksilerin dış kısımlarının merkeze yakın iç kısımları kadar hızlı döndüğünü keşfetmişti. Bu, evrendeki karanlık maddenin günümüz anlayışına büyük bir katkı sağladı. Yıldızların büyük kısmının bulunduğu merkez bölgeden uzaklarda dış kısımlara gidildikçe galaksi dönüşünün hızlı kalması bize karanlık maddenin doğrudan kanıtını veriyor. Aslında bilim insanları her bir galaksinin, diskini saran bir “karanlık maddeden halo”su olduğuna inanıyor.
Kırk yıldır devamlı olarak ve şimdi Avrupa Çok Büyük Teleskobu sayesinde oldukça uzak galaksileri, galaksi oluşumunun 10 milyar yıl öncesi gibi uç noktaları, inceleyebiliyoruz. Sadece bu değil, uzun pozlar alarak gaz hareketlerini galaksilerin dıştaki disk kısımlarına kadar inceleyebiliyoruz.
Max Planck Enstitüsü’nden Dünya Dışı Fizik alanında çalışan meslektaşlarım ve ben altı tane çok eski galaksinin ayrı ayrı hareket eğrilerini çıkarmayı başardık. Ve başka 100 tanesinden ortalama bir eğri çıkardık. Her iki çıkarım da aynı sürpriz sonuca ulaştı: erken disk galaksilerin dış kısımlarının dönüşü düzgün bir şekilde azalıyor. Bu da onu hızlandıracak bir karanlık maddenin ya çok az olduğunu ya da hiç olmadığını gösteriyor.
Karanlık Madde Halosunun İşlevi
Peki bulguları nasıl açıklayabiliriz? Yani, erken galaksilerde, galaksiler arasındaki boşlukta sürekli akan oldukça fazla gaz olduğunu biliyoruz. Bu gaz birikimi normal maddenin, ona ev sahipliği yapan ve ortaya yığan karanlık madde halosunun merkezinde etkin bir şekilde yüzmesini sağlıyor.
Ayrıca belki de erken dönemlerde karanlık madde haloları hızla büyümekteydi ve henüz dengeye ulaşmamıştı. Bunun anlamı karanlık madde yoğunluğunun az olduğu yerlerde galaksilerin oluşması ihtimalinin daha fazla olduğu.
Kozmik zaman ölçekleri uzundur. Tarih boyunca galaksilerin evrim yollarını çizmek, farklı devirlerden elde edilen hayatlarının anlık görüntülerini bir araya getirmeyi gerektirir. Şüphesiz, bulgularımız bu bulmacaya paha biçilmez katkı sağlamaktadır. Şu anda söyleyebileceğimiz şey, Büyük Patlama’dan üç milyar yıl sonra gözlenen galaksiler ile günümüz Samanyolu tipindeki galaksiler birbirinden önemli derecede farklılar.
Fakat bu eski galaksileri on milyar yıl sonraki halleri ile karşılaştırırken şunu hatırlamak önemlidir, zaman içerisinde yeni yıldızların da oluşacağını hesaba katmalıyız. Eski galaksilerin devamını ararken günümüz galaksilerinden Samanyolu’ndan çok daha büyük olanlarında bakmak mantıklıdır. Onlar genellikle küremsi şekillidirler (spiral kollar yoktur). İlginçtir, onların dinamiği de karanlık maddenin azlığına işaret etmektedir.
İleriye baktığımızda, böylesi evrimin arkasındaki fiziği ortaya çıkarmak istiyoruz ve bulgularımızın normal ve karanlık maddenin nasıl etkileştiği konusundaki teoriye nasıl ışık tutacağını araştırmak istiyoruz. Belki de en büyük sorumuzun cevabına yardımcı olur: karanlık madde aslında ne?
Stijn Wuyts‘un The Conversation’da yayınlanan yazısından çevrilmiştir.