Nasa: WFIRST ile karanlık maddenin gerçek doğasını ortaya çıkarmak

Karanlık maddenin gerçek doğası, evrendeki en büyük gizemlerden biridir. Bilim adamları karanlık maddenin tam olarak neyin yapıldığını belirlemeye çalışıyorlar, böylece doğrudan tespit edebiliyorlar, ancak şu anki anlayışımızın çok fazla boşluğu var, tam olarak ne aradığımızı bilmek zor.

Nasa: WFIRST ile karanlık maddenin gerçek doğasını ortaya çıkarmak
Bu Hubble görüntüsündeki galaksiler arasında dolaşmış, gizemli görünen mavi ışık yaylarıdır. Bunlar aslında kümenin arkasındaki uzak galaksilerin çarpık görüntüleridir. Küme içine hapsolmuş tüm normal ve karanlık maddelerin toplu ağırlığı, uzay-zamanı uyarır ve kümeden geçen Dünya'ya doğru giden ışığı etkiler. Kredi: NASA, ESA ve J. Lotz ve HFF Ekibi (STScI)

Karanlık maddenin gerçek doğası, evrendeki en büyük gizemlerden biridir. Bilim adamları karanlık maddenin tam olarak neyin yapıldığını belirlemeye çalışıyorlar, böylece doğrudan tespit edebiliyorlar, ancak şu anki anlayışımızın çok fazla boşluğu var, tam olarak ne aradığımızı bilmek zor. NASA'nın Geniş Alan Kızılötesi Anket Teleskopu (WFIRST), karanlık enerji ve karanlık maddenin sırlarını ortaya çıkarmak için tasarlanmış bir gözlemevinde. Evrenin geniş alanlarını araştırma kabiliyeti, hem maddenin hem de karanlık maddenin uzay ve zaman içindeki yapısını ve dağılımını araştırmak suretiyle hangi karanlık maddenin yapılabileceğini bulmamıza yardımcı olacaktır.

Neden karanlık madde şaşırtıcı bir konu? Bilim insanları, 80 yıl önce İsviçreli Amerikalı astronom Fritz Zwicky'nin Coma kümesindeki galaksilerin o kadar çabuk hareket ettiğini gözlemlediklerinde, uzaya fırlatılması gerektiğini gözlemlediklerinde varlığından şüpheleniyorlardı. Sonra 1970'lerde, Amerikalı gökbilimci Vera Rubin, bireysel sarmal gökadalarda aynı problemi keşfetti. Galaksinin kenarına doğru olan yıldızlar galaksinin aydınlık maddesi tarafından tutulacak kadar hızlı hareket eder - yıldızları yörüngede tutmak için bu galaksilerde gördüğümüzden çok daha fazla madde olmalıdır. Bu keşiflerden bu yana, bilim adamları bulmacayı çok az ipucu kullanarak bulmaya çalışıyorlar.

Şu anda çok çeşitli karanlık madde adayları var. Karanlık madde parçacıklarının kütlesinin ne olabileceği konusunda çok iyi bir fikrimiz bile yok, bu da onları aramanın en iyisini yapmayı zorlaştırıyor. WFIRST'in geniş alanlı araştırmaları, karanlık maddenin çekim etkileri sayesinde şimdiye kadar yapılan en ayrıntılı karanlık madde çalışmalarında galaksilerin ve galaksi kümelerinin evrendeki dağılımına kapsamlı bir bakış sağlayacaktır. Bu araştırmalar, bilim adamlarının arama tekniklerini bileme imkânı sağlayacak karanlık maddenin temel doğası hakkında yeni bilgiler verecektir.

Karanlık madde parçacıklarının doğasının teorilerinin çoğu, normal madde ile neredeyse hiç etkileşime girmediklerini göstermektedir. Biri kafana kocaman bir karanlık madde damlasa bile, muhtemelen hiçbir şey algılamayacaktın. Varlığını tespit etmek için hiçbir araca sahip olmazsınız - karanlık madde söz konusu olduğunda tüm duyularınız dağınıktır. Doğrudan vücudunuzun içinden ve Dünya'nın çekirdeğine doğru atılmasını bile durduramazsınız.

Bu, kediler veya insanlar gibi normal maddelere gelmez, çünkü yerdeki atomlarla bedenlerimizdeki atomlar arasındaki kuvvetler, Dünya yüzeyinden düşmemizi engeller, ancak karanlık madde garip davranır. Karanlık madde o kadar göze çarpmaz ki, gözlerimizin göremediği ışık formlarında, radyo dalgalarından yüksek enerjili gama ışınlarına kadar kozmosu gözlemleyen teleskoplara bile görünmez.

“Objektif” karanlık madde

Eğer karanlık madde görünmez ise, var olduğunu nasıl bilebiliriz? Çoğu durumda karanlık madde normal madde ile etkileşime girmese de, onu yerçekimsel olarak etkilemektedir (bu, yıllar önce ilk defa nasıl keşfedildiğidir), bu nedenle varlığını, dünyanın en büyük yapıları olan gökada kümelerine bakarak haritalandırabiliriz. Evren.

Işık her zaman düz bir çizgide hareket eder, ancak uzay-zaman - evrenin dokusu - içindeki kütle konsantrasyonlarıyla eğridir. Böylece ışık bir kütleden geçtiğinde yolu da kıvrılır: eğri uzayda düz bir çizgi. Normalde bir galaksi kümesinin yanından geçen ışık, bunun yerine ve çevresine doğru bükülür ve arka plan kaynağının yoğunlaştırılmış ve bazen birden çok görüntüsünü oluşturur. Güçlü yerçekimi mercekleri olarak adlandırılan bu işlem, galaksi kümelerini, normalde görülemeyecek kadar soluk olan uzak kozmik nesnelere bir bakış açısı veren devasa doğal teleskoplara dönüştürür.

Daha fazla madde daha güçlü merceklenme etkilerine yol açtığından, yerçekimi mercekleme gözlemleri galaksi kümelerinde maddenin yerini ve miktarını belirlemek için bir yol sağlar. Bilim adamları galaksi kümelerinde gördüğümüz tüm görünür maddenin gözlemlenen çarpıtma etkilerini yaratmaya neredeyse yetmediğini keşfetti. Karanlık madde, fazla yerçekimini sağlar.

Bilim adamları, önceki evrendeki ne kadar maddenin “normal” olduğunu ve NASA'nın Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Probu (WMAP) gibi deneyleri kullanarak ne kadar “karanlık” olduğunu ölçerek daha önceki gözlemleri doğruladılar. Normal madde görebildiğimiz her şeyi oluştursa da, evrenin gözlemlere uyması için beş kat daha fazla karanlık madde içermesi gerekir.

WFIRST, daha küçük karanlık madde öbeklerinin daha uzak galaksilerin görünen şekillerini nasıl çarpıttığını izleyen zayıf yerçekimi merceğini kullanarak önceki karanlık madde araştırmaları üzerine inşa edecek. Bu daha rafine skala üzerinde merceklenme etkilerini gözlemlemek, bilim adamlarının karanlık madde anlayışımızdaki boşlukları daha fazla doldurmasını sağlayacaktır.

Misyon, yüz milyonlarca galaksideki hem normal maddenin hem de karanlık maddenin yerlerini ve miktarlarını ölçecek. Kozmik tarih boyunca, karanlık madde yıldızların ve galaksilerin nasıl oluştuğunu ve geliştiğini yönlendirdi. Eğer karanlık madde ağır, halsiz parçacıklardan oluşuyorsa, kolayca toplanır ve WFIRST kozmik tarihin başlarında galaksi oluşumunu görmelidir. Eğer karanlık madde daha hafif, daha hızlı hareket eden parçacıklardan oluşuyorsa, kümelenmelere yerleşmek ve büyük ölçekli yapıların gelişmesi daha uzun sürmelidir.

WFIRST'in yerçekimi merceklenme çalışmaları, galaksilerin ve galaksi kümelerinin karanlık maddenin etkisi altında nasıl oluştuğunu izlemek için zaman içinde eşlerimize izin verecek. Gökbilimciler adayları karanlık madde parçacıkları için daraltabilirlerse, onları doğrudan Dünyadaki deneylerde tespit etmeye bir adım daha yaklaşacağız.