Leibniz Potsdam Astrofizik Enstitüsü (AIP) liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, galaksilerin neden beklenenden daha hızlı döndüğü ve bu davranışın görünmez karanlık maddeden mi yoksa kozmik ölçeklerde yerçekiminin çökmesinden mi kaynaklandığı konusunda onlarca yıldır süren tartışmaya ışık tuttu.
AIP’nin Surrey Üniversitesi, Bath Üniversitesi, Çin’deki Nanjing Üniversitesi, Portekiz’deki Porto Üniversitesi, Hollanda’daki Leiden Üniversitesi ve İsveç’teki Lund Üniversitesi ile işbirliği içinde yürüttüğü çalışma, rakip teorileri teste tabi tutmak için evrendeki en küçük ve en sönük gökadalardan 12’sinden yıldız hızı verilerini analiz etti.
Bunların arasında Değiştirilmiş Newton Dinamiği (MOND) de yer alıyor; ilk olarak 1980’lerde önerilen, yerçekimi yasalarının çok düşük ivmelerde değiştiğini ve dolayısıyla çok büyük mesafe ölçeklerinde karanlık maddeye olan ihtiyacı tamamen ortadan kaldırdığını öne süren alternatif bir teori.
Yazarlar, galaksilerin iç çekim alanlarının yalnızca görünür madde ile açıklanamayacağını ve MOND tahminlerinin gözlemlenen davranışı yeniden üretmede başarısız olduğunu buldu. Daha sonra sonuçlarını, bu galaksilerin büyük bir karanlık madde halesi ile çevrelendiğini varsayan teorik modellerle karşılaştırdılar. İngiltere’nin DiRAC Ulusal Süper Bilgisayar tesisinde çalıştırılan bu karanlık madde modelleri, verilerle çok daha iyi bir eşleşme sağladı.
Mariana Júlio, Ph.D. Leibniz Potsdam Astrofizik Enstitüsü’nde (AIP) öğrenci ve çalışmanın baş yazarı şunları söyledi: “En küçük cüce galaksiler uzun süredir MOND tahminleriyle gerilim içindeydi, ancak tutarsızlık makul bir şekilde ölçüm belirsizlikleriyle veya MOND teorisinin uyarlanmasıyla açıklanabilir.
“İlk defa, farklı yarıçaplardaki en zayıf galaksilerdeki yıldızların kütleçekim ivmesini çözerek iç dinamiklerini ayrıntılı olarak ortaya çıkarmayı başardık. Hem gözlemler hem de EDGE simülasyonlarımız, onların kütleçekim alanlarının yalnızca görünür madde tarafından belirlenemeyeceğini gösteriyor, bu da değiştirilmiş kütleçekim tahminleriyle çelişiyor. Bu bulgu, karanlık maddeye olan ihtiyacı güçlendiriyor ve bizi onun doğasını anlamaya daha da yaklaştırıyor.”
Yayınlanmak üzere kabul edilen araştırma, Astronomi ve Astrofizik ve şu anda mevcut arXiv ön baskı sunucusu aynı zamanda galaksilerin nasıl davrandığına dair uzun süredir devam eden varsayımlara da meydan okuyor. Gökbilimciler uzun zamandır bir galaksideki görünür madde miktarı ile onun ürettiği kütleçekim kuvvetinin gücü arasında “radyal ivme ilişkisi” olarak bilinen basit bir bağlantı olduğuna inanıyorlardı. Bu ilişki daha büyük sistemler için hala geçerli olsa da, yeni çalışma bu ilişkinin en küçük galaksilerde bozulmaya başladığını gösteriyor.
Çalışmanın ortak yazarı Dr. Marcel Pawlowski, “Yeni çalışmamız, cüce gökadaların gerçek radyal olarak çözümlenmiş profillerini çıkarmak için daha iyi veriler ve daha derinlemesine bir analiz kullanarak tabloyu tamamen değiştiriyor” diye ekledi. “Sonuçlarımız, cüce gökadaların daha büyük gökadalardan elde edilen beklentilere uymadığına dair daha önceki şüpheleri doğruluyor. Bunlar, tahmin edilen radyal ivme ilişkisiyle aynı hizada değiller, ancak daha büyük ivmeler veya – karanlık madde resminde – daha fazla kayıp kütle gösteriyorlar.”
Bazı durumlarda, aynı miktarda görünür madde farklı yerçekimsel ivmeler üretebilir; bu da, başka bir görünmeyen faktörün (büyük olasılıkla karanlık maddenin) davranışlarını etkilediğini düşündürür.
Araştırmanın ortak yazarlarından Surrey Üniversitesi’nden Profesör Justin Read şunları söyledi: “Yeni veriler ve modelleme teknikleri, yerçekimi alanını her zamankinden daha küçük ölçeklerde haritalamamıza olanak tanıyor ve bu bize, evrenin kütlesinin çoğunu oluşturan garip, görünüşte görünmez olan maddeye dair yeni bilgiler veriyor.
“Sonuçlarımız, en küçük galaksilerdeki kütleçekim alanı gücünü belirlemek için sadece görebildiklerimize dayanan yeterli bilginin olmadığını gösteriyor. Karanlık madde ‘eksik bilgiyi’ kodladığından, bu galaksiler görünmez bir karanlık madde halesi ile çevrelenmişse, bu sonuç açıklanabilir. Ancak MOND teorileri – en azından şu ana kadar öne sürülenler – kütleçekim alanının yalnızca gördüklerimizle belirlenmesini gerektirir. Bu işe yaramıyor gibi görünüyor.”
Bulgular karanlık maddenin neyden oluştuğunu ortaya çıkarmasa da alternatif açıklamaların alanını daraltıyor. Daha sönük ve daha uzak galaksilerin gelecekteki gözlemleri, karanlık maddenin gerçekte ne olduğunun anlaşılmasına yardımcı olacaktır.
