Gökbilimciler yıllarını, zor gibi görünen bir sorunun anlaşılması için harcadılar: Evrendeki “normal” meselenin yaklaşık üçte biri… NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi’nden elde edilen yeni sonuçlar; bu zorlu eksik madde alanını bulmalarına yardımcı olabilir.
Bilim insanları; bağımsız, köklü gözlemlerden, Büyük Patlama’dan hemen sonra hidrojen, helyum ve diğer elementler anlamına gelen “normal” maddenin ne kadar “normal” olduğunu güvenle hesaplamışlardır. İlk birkaç dakika ile ilk milyar yıl arasında kalan süre içinde; normal maddenin çoğu kozmik toz, gaz ve teleskopların günümüz evreninde görebileceği yıldızlar ve gezegenler gibi nesnelere yol açtı.
Sorun şu ki, gökbilimciler; bugünün Evrendeki tüm normal maddenin kütlesini topladıklarında bunun üçte biri bulunamıyor. (Bu eksik madde, hala gizemli karanlık maddeden farklıdır.)
Araştırmacıların düşüncesi; eksik kütlenin, intergalaktik uzayda hafif sıcak (100.000 Kelvin’den az sıcaklık) ve sıcak (100.000 Kelvin’den büyük sıcaklık) gazdan oluşan dev tellere veya topaklara toplanmış olmasıdır. Bu filamentler gökbilimciler tarafından “orta sıcak-sıcak galaksiler arası ortam” veya WHIM olarak bilinir. Optik ışık teleskoplarına görünmezler, ancak filamentlerdeki ılık gazın bir kısmı ultraviyole ışığında tespit edildi.
Araştırmacılar, yeni bir teknik kullanarak; Chandra ve diğer teleskoplardan gelen verilerle, WHIM’in sıcak bileşeni için yeni ve güçlü kanıtlar buldular.
Harvard ve Smithsonian (CfA) Cambridge, Massachusetts Astrofizik Merkezi’nden Orsolya Kovac: “Bu eksik kütleyi bulursak, astrofizikteki en büyük engellerden birini çözebiliriz.”
Gökbilimciler, hızla büyüyen süper kütleli bir kara delik tarafından desteklenen parlak bir X-ışını kaynağı olan bir kuasar’a (ak delikler) uzanan sıcak gaz filamanlarını araştırmak ve incelemek için Chandra’yı kullandılar. Bu kuasar Dünya’dan yaklaşık 3,5 milyar ışıkyılı uzaklıktadır. WHIM’in sıcak gaz bileşeni bu filamentlerle ilişkiliyse, kuasardan gelen X ışınlarının bir kısmı bu sıcak gaz tarafından emilecektir. Bu nedenle, Chandra tarafından tespit edilen kuasarın X-ışını; ışığına basılmış sıcak gazın imzasını aradılar.
Bu yöntemin zorluklarından biri, WHIM tarafından absorpsiyon sinyalinin (soğurulma), kuasardan gelen toplam X ışını miktarına kıyasla zayıf olmasıdır. Tüm X-ışınları spektrumunu farklı dalga boylarında ararken, bu zayıf soğurma özelliklerini (WHIM’in gerçek sinyallerini) rasgele dalgalanmalardan ayırt etmek zordur.
Kovacs ve ekibi, aramalarını yalnızca X-ışını ışık spektrumunun belirli bölgelerine odaklayarak bu sorunun üstesinden geldi ve hatalı pozitiflerin olasılığını azalttı. Bunu, ilk önce görüş hattının yakınında bulunan galaksileri; ultraviyole verilerinden tespit edilen ılık gaz bölgeleri olarak, Dünya ile aynı mesafede bulunan kuasara tespit ederek yaptılar. Bu teknikle kuasar ile aramızdaki 17 olası filamenti tespit ettiler ve mesafelerini aldılar.
Seyahat ederken ışığı uzatan evrenin genişlemesi nedeniyle, bu filamentlerdeki maddelere göre X-ışınlarının herhangi bir absorpsiyonu, daha kırmızı dalga boylarına kaydırılacaktır. Değişimlerin miktarı filamentin bilinen mesafelerine bağlı olduğundan, ekip WHIM’den absorpsiyon için spektrumda nerede arama yapılacağını biliyordu.
Akos Bogdan: “Tekniğimiz prensip olarak Afrika’nın engin ovalarında hayvanlar için nasıl etkili bir araştırma yapabileceğinize benzer. Hayvanların içmesi gerektiğini biliyoruz, bu yüzden önce sulama deliklerini aramak mantıklı.”
Araştırmayı daraltmaya yardımcı olurken, araştırmacılar ayrıca X-ışını emiliminin zayıflığı sorununu da aşmak zorunda kaldılar. Böylece, 17 filamentten spektrumları bir araya getirerek, 5,5 günlük bir gözlemi yaklaşık 100 günlük veri değerine eşdeğer hale getirerek sinyali artırdılar. Bu teknikle, yaklaşık bir milyon derece Kelvin sıcaklıkta bir gazda olduğunu belirten özelliklere sahip oksijen tespit ettiler.
Araştırmacılar, bu oksijen gözlemlerinden tüm element kümesine ve gözlemlenen bölgeden yerel evrene ekstrapolasyon yaparak, eksik madde miktarının tamamını hesaba katabileceklerini bildirmişlerdir.
Araştırmacı Randall Smith: “Bu eksik maddenin bazılarını izleyebildiğimiz için çok heyecanlandık. Gelecekte, bu uzun süredir devam eden gizemin en sonunda kırıldığını doğrulamak için aynı yöntemi diğer kuasar verilerine uygulayabiliriz.”