gokyuzu.org

Eski Yıldızlar Karanlık Maddenin Sürati Hakkında Bize Bilgi Verebilir

Karanlık madde ile gökadanın en eski yıldızları arasındaki benzerlikler zannettiğimizden de fazla olabilir.

Amber Jorgenson tarafından 2 Şubat 2018 Cuma günü yayımlandı.

Kütle çekimsel kırılma ile, Hubble Uzay Teleskobu’nun elde ettiği bilgilerle hazırlanan bu resimde, devasa gökada kümesini saran karanlık maddenin dağılımı mavi renkte gösteriliyor. J.-P. Kneib/ESA/NASA

Evrenimizde dolaşan, karanlık maddeyi oluşturan parçacıkların hızları, gökbilim insanlarının bu gizemli maddeyi daha iyi anlamaları için çok önemli bir bilgi. Her ne kadar araştırmacılar senelerdir karanlık maddenin hızını ölçmeye çalıştılarsa da, şu ana kadar hiçbir girişim başarılı olmadı. Cevabı bulabilmek için bir araya gelen bir grup araştırmacı ise ortaya farklı bir bakış açısı koydu: karanlık maddenin hızını gözlem yöntemiyle bulmak yerine, bir bilgisayar simülasyonuyla bulmak.

24 Ocak’ta Physical Review Letters adlı dergide yayımlanan makalelerinde, uluslarası astrofizikçilerden oluşan bu grup, onların ürettiği bilgisayar simülasyonunun yanında, gökadanın en eski yıldızlarının ölçümü, karanlık maddenin hızıyla ilgili bilgilere ışık tutabilir.

Bir basın açıklamasında, Princeton Üniversitesi’nde fizik alanında asistan profesör olan Mariangela Lisanti bu araştırma için şunları söyledi:

‘’Bu eski yıldızlar, bizim göremediğimiz karanlık madde için bir nevi hız ölçeri, onların sayesinde Dünya yakınlarındaki hız dağılımını ölçebiliriz. Eski yıldızlar için karanlık maddenin ışıklı izleyicisi tabirini kulanmak yanlış olmaz. Karanlık maddeyi asla göremeyiz, çünkü gözlemlenebilecek ölçüde ışık yaymıyor. O bizim için görünmez, işte bu sebeple şu ana kadar onunla ilgili somut bir açıklama yapamadık.’’

Neden eski yıldızlar?

Her şey, gökadadaki birtakım yıldızların gökbilimcilere görünmez karanlık maddenin hareketlerini gözlemleyebilmesinde yardımcı olabileceği fikriyle başladı. Günümüzde geçerli olan kurama göre, Samanyolu’nun her tarafa yayılan karanlık madde halesi, aslında ‘althale’ adında, içinde hem karanlık madde hem de yıldızları kapsayan, küçük bileşenlerden oluşmuştur. Makalenin yazarlarından biri olan Jonah Herzog-Arbeitman ise şunu söylüyor: ‘’Varsayımımıza göre bazı altküme yıldızlar, bir nedenden ötürü karanlık maddenin hızıyla eşit hızda olmalıydı.’’

Yıldızları alternatif bir gözlem aracı olarak kullanmak için, öncelikle hangi yıldızların karanlık madde gibi davrandığını bulmaları gerekiyordu. Bunu yapmak için Eris adında, Samanyolu’nda yıldız ve karanlık madde gibi nesnelerin hareketlerini taklit eden bir bilgisayar simülasyonunu kullandılar.

Eris’ten gelen bilgileri inceleyen ekip, karanlık maddeyle pek çok çeşitte ve metalisitede yıldızın özelliklerini karşılaştırdılar. Metalisite, bir yıldızın içindeki ağır, demir gibi, ve hafif metallerin oranıdır. Metallerin süpernova patlamaları ya da nötron yıldızlarının çarpışması sonucu oluşmasından dolayı araştırmacılar, yıldızın oluşumu sırasında bulunan ağır elementlere dayanarak bir yıldızın yaşını onun metalisitesi ile bulabilir. Samanyolu’nun zamanında birleştiği, içlerinde pek çok yıldız ve karanlık madde bulunduran küçük gökadaların içinde de az miktarda ağır metal olduğu biliniyor.

Simülasyonun çıktısında karanlık maddenin hızını gösteren kıvrımlar, az sayıda ağır metali içinde barındıran eski yıldızların hızını gösterenlerle neredeyse birebir aynıydı. Aslında geriye baktığımızda araştırmacıların eski yıldızlarla karanlık madde arasında kurduğu bu bağ çok da şaşırtıcı değil. Bay Necib ise bu konuda şunları söyledi:

‘’Karanlık madde ve bu eski yıldızlar aynı yerden ortaya çıktılar, aynı özelliklere sahipler.’’

Karanlık maddeyi algılamak için değişik bir yöntem

Yapılan eski yöntemlere nazaran, karanlık maddenin hızını simülasyon yardımıyla hesaplamak çok değişik bir yöntem. Geçtiğimiz on yıl içinde araştırmacılar, karanlık maddenin hızını ölçmek için Dünya’nın altında derinlere yerleştirilen xenon gibi yoğun maddelerden üretilen algılayıcıları kullandı. Bu sayede karanlık maddeyi oluşturan parçacıkların sıkışmış halde olan atomlara çarptırarak görülebilir bir titreşim yakalamayı umuyorlardı. Ancak, karanlık maddenin hızıyla birlikte kütlesi de deneyin başarılı olma şansını etkiliyordu. İşte bu yüzden gökbilimciler, karanlık maddenin hızını bulmak için büyük bir istekle uğraştı.

Eğer karanlık madde yavaş ve hafif ise, yoğun bir maddeyle görülebilir bir etkileşime girmesi için gereken miktarda kinetik enerjiye sahip olamayacaktı, bu sebeple de herhangi bir çarpışma algılanamayacaktı. Şimdilik bu düşünce doğruymuş gibi duruyor, zira  henüz araştırmacılar karanlık maddenin bu algılayıcılarla etkileşimde bulunduğunu gözlemleyemediler. Bayan Lisanti’nin de söylediği gibi, ‘’Şu ana kadar hiçbir şey gözlemleyemememizin sebebi, karanlık maddenin hız dağılımının tahminlerimizden farklı olması olabilir mi?’’

Konumunun çok zor bulunduğu ve görülmesinin imkansız olduğu göz önüne alındığında, bilgisayar simülasyonu kullanarak karanlık maddenin hızını ölçmek bize süratini ve başka niteliklerini keşfedebilmemiz için yeni kapılar açabilir. Fakat şimdilik, simülasyon sonuçları sadece kuramsal ve herhangi bir bilimsel kanıt teşkil etmiyor. Gökadamızın karanlık maddesinin hızıyla olan bağlantısı kurulmadan önce, daha fazla çalışma ile eski yıldızların hızlarının kesin bir şekilde belirlenmesi gerekiyor.

Bu bilgilerin kanıtlarla desteklenmesi ise beklediğimizden daha kısa sürede bile gerçekleşebilir. Avrupa Uzay Ajansı’nın Gaia uydusu milyarlarca yıldızdan bilgi toplamaya devam ediyor. Bulgularını paylaştığında ise bu kuramsal keşifler somut birer bilimsel kanıtlara dönüşebilir.

Astronomy.com sitesindeki makaleden çevrilmiştir.

Kaynak: http://www.astronomy.com/news/2018/02/ancient-stars-could-help-determine-dark-matters-velocity

Çeviri: Tolga Can Menekşe

Karanlık Madde Dağılımının En Detaylı Haritası Oluşturuldu

Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Yale Üniversitesi’nden bir grup astrofizikçi Hubble Uzay Teleskobu’ndan gelen verileri kullanarak karanlık maddenin 3 galaksi kümesindeki dağılımını daha önce benzeri görülmemiş düzeyde bir detay ile haritalandırmayı başardı. Bu çalışma için bilim insanları kütleçekimsel merceklenme adı verilen bir yöntemden faydalandılar. Kütleçekimsel mercek etkisi bir kütlenin gelen ışığı bükerek sanki bir mercekten geçiyormuş gibi görünmesine sebep olan bir etkidir. Karanlık madde ise görünmez, ışığı yansıtmayan ve absorbe etmeyen ancak kütleçekim kuvveti uygulayan ve evrenin yaklaşık yüzde 27’sini oluşturan bir tür maddedir. Karanlık maddenin bu özelliğinden faydalanarak 3 galaksi kümesini ışığın içinden geçerken büküldüğü bir kütle olarak alan ve arkadan gelen ışığın sapma miktarına göre bu 3 kümedeki karanlık madde miktarını ve dağılımını oldukça hassas bir şekilde hesaplayan bilim insanları oldukça detaylı bir harita çıkarmayı başardılar. Bu haritadan edinilen bilgi karanlık maddenin “soğuk” karanlık madde modeli lehine olduğu yönünde. Bu modele göre karanlık madde ışık hızına göre oldukça yavaş hareket eden ve birbiriyle etkileşmeyen parçacıklardan oluşuyor. Araştırmacılara göre bu haritanın standart model ile olan uyumu da karanlık maddenin keşfi için önemli bir adım niteliğinde, fakat bu başarıya rağmen karanlık madde parçacığı henüz tam olarak keşfedilebilmiş değil.

Karanlık madde dağılımının yüksek çözünürlüklü modellemesi

Kaynaklar:

http://www.sciencemag.org/news/2017/03/scientists-unveil-most-detailed-map-dark-matter-date?utm_source=sciencemagazine&utm_medium=facebook-text&utm_campaign=darkmapper-11524

http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4272668/Yale-astrophysicists-reveal-detailed-map-dark-matter.html

Çeviri: Alper Karasuer

Karanlık Madde’nin İlk Keşifçilerinden: Vera Rubin (1928-2016)

Karanlık madde, bugün fizik dünyasında neredeyse herkes için kabul gören bir kuramdır. İlk olarak 1930’lu yılların başında birkaç astrofizikçi tarafından öne sürülmüş olsa da o yıllarda pek ciddiye alınmamıştır. Seneler sonra, 1970’te ABD’li bir astronom olan Vera Rubin karanlık maddeye dair en güçlü gözlemsel kanıta ulaşmıştır ve karanlık maddenin ilk kaşiflerinden biri olmuştur. Bu yazımızda, geçtiğimiz ay 25 Aralık’ta kaybettiğimiz değerli ve saygıdeğer bilim insanı Vera Rubin’den bahsetme gereği hissettik.

Vera Rubin 23 Temmuz 1928’de Philadelphia, Pennsylvania’da dünyaya geldi. 10 yaşından beri yıldızlara, gökyüzüne ve astronomiye olan ilgisi ve hayranlığı, onu ilerde lisansını Vassar Üniversitesi’nde astronomi dalında tamamladığı günlere götürecekti. 1948’de astronomi lisansını bitirdikten sonra kocasıyla tanışacağı yer olan Cornell Üniversitesi’nin Fizik Bölümü’ne, yüksek lisansa kabul edilen Rubin, orada Philip Morrison, Richard Feynman ve Hans Bethe gibi önemli fizikçilerle tanışma fırsatı yakaladı. 1954’te galaksilerin gruplar halinde olduğunu öne süren doktora tezini tamamlamadan önce, Rubin 1951’de yüksek lisansını bitirdi ve master tezinde Hubble Teleskobu gözlemlerini kullanarak galaksilerin hareketlerindeki sapmaları araştırdı. Mezun olduktan sonra Junior College’da ders vermeye ve doktorasını yaptığı Georgetown Üniversitesi’nde araştırma asistanı olarak çalışmaya başladı. 1962’de aynı üniversitede doçent oldu ve 1965’te Palomar Gözlemevi’ni ve araçlarını kullanan ilk kadın oldu.

1970’lerde meslektaşı Kent Ford ile birlikte galaksi hareketlerini araştırdı. Beraber yakın galaksilerin hareketlerini, eğrilerini ve rotasyonlarını gözlemlediler ve kabul görmeyen galaksi kümeleri üzerinde çalışmaya başladılar. İlerleyen zamanlarda bu çalışmalar Rubin-Ford etkisi olarak anılmaya başlandı ve yoğun tartışmalara konu oldu. Bu tartışmalardan uzaklaşmak isteyen Rubin dikkatini sarmal galaksilerin dönüşüne çevirdi. Andromeda Galaksisi’ni inceledi ve diğer galaksilerin de Andromeda gibi hızlı bir şekilde, dağılmadan hareket ettiğini keşfetti. Rubin bunun, galaksileri bir arada tutan kuvvetin göremediğimiz ve yıldızlardan daha kuvvetli bir kütle çekimine sahip olan  bir madde olduğuna işaret ettiğini gösterdi. Kent Ford ile yaptıkları incelemeler, araştırmalar ve gözlemler doğrultusunda, galaksi dönüş probleminin ve gerçek açısal momentum ile gözlemsel açısal momentum tahminleri arasındaki tutarsızlığın karanlık maddenin varlığını teyit ettiği sonucuna vardılar.

Karanlık madde evrenin nasıl genişlediğinin açıklanması için gerekli olan “evrenin kayıp kütlesiydi”. Karanlık madde kavram olarak ilk 1930’larda Jan Hendrik Oort ve Fritz Zwicky gibi fizikçiler tarafından ortaya atılmış ve 1970’lerde Vera Rubin ve arkadaşlarının çalışmalarıyla, varlığına dair o zamanki en güçlü kanıta ulaşılmıştı; ne var ki bilim dünyasında uzun yıllar boyunca ne Oort ve Zwicky’nin ne de Rubin’nin karanlık maddenin varlığına ilişkin teorileri kabul görmedi, ta ki 2006’da 150 milyon yıl önce iki gökada kümesinin çarpışmasını içeren ve daha somut kanıtlar barındıran bir gözleme kadar.

Rubin’in çalışmaları yalnızca astronomi ve diğer bilim dallarıyla sınırlı değildi, aynı zamanda diğer kadınların da bu alanlarda çalışması için çabaladı ve yorulmaz bir savunucu oldu. Kadınların erkekler kadar sık bilim yapamamasına verdiği tepkiyi şu sözleriyle dile getiriyor:“Hepimizin bilim yapmak için izne ihtiyacı var, ancak tarihte kök salmış nedenlerden dolayı bu izin kadınlara değil erkeklere daha sık veriliyor.”

Vera Rubin, yaşadığı süre boyunca araştırmaları ve çalışmalarıyla bilime ışık tutmuş değerli bir bilim insanıydı. O zamanlar kadınların bilim gibi birçok alanda çalışması neredeyse imkansızken Rubin, kararlılıkla okumayı ve çalışmayı sürdürmeyi başarmış ve o dönemde kadınların çalışma hakları için yoğun çaba harcamıştı.

88 yaşında hayata veda eden değerli bilim kadını Vera Rubin, kayda değer çalışmaları, insanlığı ve vaziyet niteliğindeki şu sözüyle daima aklımızda yer edinecektir:

“Ün geçicidir, benim rakamlarım bana adımdan çok daha fazlasını ifade eder. Eğer bundan yıllar sonra astronomlar hala benim verilerimi kullanıyor olurlarsa, bu bana yapılabilinecek en büyük iltifat olacaktır.’’ 

Kaynaklar:

http://www.astronomy.com/news/2016/12/pioneering-physicist-vera-rubin-dies-at-age-88

http://www.amnh.org/explore/resource-collections/cosmic-horizons/profile-vera-rubin-and-dark-matter/

Yazan: Tuğba Uçar