Yıldız akışı simülasyonları, Samanyolu’nun kendi yerçekiminin karanlık madde ipuçlarını taklit edebileceğini gösteriyor

Samanyolu galaksimizdeki yıldızların çoğu düzgün bir şekilde düz bir düzlem üzerinde yer almaktadır. Ancak galaksimizin etrafındaki uzay çok daha kaotik. “Yıldız akıntıları” adı verilen başıboş yıldız grupları, Güneş sistemimizdeki gezegenlerin güneşin etrafında dönmesine benzer şekilde Samanyolu’nun yörüngesinde döner.

Gökbilimciler, yıldız akıntılarının, yerçekimi dışında ışıkla veya normal maddeyle etkileşime girmeyen gizemli teorik madde olan karanlık maddenin varlığını dolaylı olarak ortaya çıkarabilme olasılığından uzun süredir etkileniyorlar. Bununla birlikte, Washington Üniversitesi’ndeki yeni bir çalışma, karanlık madde ile yıldız akışlarını birbirine bağlayan önde gelen teoriye şüphe düşürüyor ve her iki galaktik olay hakkında yeni sorular ortaya çıkarıyor.

UW astronomi yardımcı doçenti olan ortak yazar Nora Shipp, “Karanlık madde evrendeki kütlenin çoğunu oluşturuyor ve galaksilerin üzerinde büyüdüğü iskeleyi oluşturuyor, ancak bunun ne olduğunu hala bilmiyoruz” dedi. “Samanyolu bunu çözmek için sahip olduğumuz en iyi laboratuvarlardan biri ve yıldız akışları onun içindeki en keskin araçlardan biri.”

Çalışma 27 Ağustos’ta yayınlandı. Astrofizik Dergisi.

Ev sahibi galaksiler sinyali taklit edebilir

Bir grup yıldız bir galaksiye çarptığında ve onun yerçekiminin tuzağına düştüğünde bir yıldız akışı oluşur. Yıldızlar galaksinin yörüngesinde dönerken, yerçekimi kümeyi uzun, ince bir yıldız filamenti halinde gerer. Çoğu galaksi yıldız akışlarına ev sahipliği yapar, ancak Samanyolu gökbilimciler için en görünür olanıdır.

Galaksimizde görebildiğimiz yıldız akışlarının çoğu düzensizdir; boşluklar ve kıvrımlar, normalde tekdüze olan yıldız lekesini kesintiye uğratır. Pek çok gökbilimci, bu düzensizliklerin, subhalos adı verilen küçük karanlık madde yığınlarından gelen yerçekimsel çekişin sinyali olabileceğine inanıyor. Eğer gerçekten galaksinin her yerine dağılmış althalolar varsa, yıldız akışlarındaki sapmaları incelemek bize karanlık maddenin bileşimi hakkında bilgi verebilir.

Yeni çalışma, yıldız akışlarını şekillendirmede içindeki karanlık madde yığınlarından ziyade, ev sahibi galaksinin oynadığı rolü anlamaya yönelik bir çabaydı. Gökbilimciler, herhangi bir karanlık madde yığını olmadan Samanyolu büyüklüğündeki dört galaksiyi simüle ettiler, ardından onları yaklaşık 15.000 yıldız akışıyla doldurdular. Beş milyar simüle edilmiş yılın ardından ekip, neredeyse her yıldız akışında düzensizlikler gözlemledi.

UW’de astronomi alanında doktora sonrası araştırmacı olan baş yazar Arpit Arora, “Simülasyonlarımızda, ev sahibi galaksiler tek başına gerçek yıldız akışlarında gözlemlediğimiz türde düzensizliklere neden oldu” dedi. “Artık ev sahibi galaksinin kendi başına ne yaptığını tahmin edebildiğimize göre, karanlık maddenin sorumlu olduğu etkileri izole etmeye başlayabiliriz.”

Kaba bir yerçekimi manzarası

Düzensizliklerin nedeni galaksilerin kendi yapısıydı. Simüle edilen her galakside, yıldızlar disk boyunca biraz dengesiz bir şekilde yayıldı ve bizimki gibi gerçek bir galaksinin kompozisyonunu taklit etmek için daha büyük ve daha az yoğunluğa sahip alanlar yarattı. Simüle edilmiş yıldız akışları uzayın daha yoğun bölgelerinden geçerken, düzensiz kütleçekim manzarası tarafından bükülüp parçalandılar.

Arora, ev sahibi galaksilerin akıntılarda bazı düzensizlikler yaratacağını bekliyordu ama sayının çokluğu onu hazırlıksız yakaladı.

Arora, “Neredeyse tüm akarsuların bir tür yapısal varyasyona sahip olduğunu bulduk” dedi. “Dolayısıyla, akışların doğal olarak ince ve pürüzsüz olduğu fikri aslında tam olarak doğru değildi.”

Simülasyon, kıpırdamalar, bükülmeler, mahmuzlar, dallar, boşluklar ve kümelenmeler yarattı; bazı akarsular, ev sahibi galaksilerin kütleçekimsel köpüğü tarafından tamamen parçalandı. Galaktik çekirdeğe daha yakın yörüngede dönen akıntılar, uzayın yoğun, engebeli bölgelerine daha sık atılıyor ve burada daha fazla düzensizlik elde ediliyordu. Dört ana galaksiye yayılan 15.000 akıştan yalnızca 70’i, beş milyar yıl sonra tamamen pürüzsüz kaldı.

Karanlık madde ipuçları için sonraki testler

Sonuçlar cesaret kırıcı görünebilir ancak UW ekibi, karanlık madde araştırmalarının geleceği için net ve heyecan verici bir yol çizdiklerine inanıyor. Arora, bir sonraki simülasyona karanlık madde kümelerini dahil ederek bunların yalnızca ev sahibi galaksinin neden olduğu düzensizliklerden farklı yıldız akışı düzensizlikleri üretip üretmediğini görmek istiyor.

Simülasyonları yeni gözlemlere göre kontrol etme fırsatları da olabilir: NSF-DOE Vera C. Rubin Gözlemevi’ndeki Simonyi Araştırma Teleskobu’nun galaksimizde çok daha fazla yıldız akışı bulması bekleniyor; bu, gökbilimcilerin akış özelliklerinin bir sınıflandırmasını oluşturmasına ve – umarız – karanlık maddenin parmak izlerini keşfetmesine yardımcı olacaktır.

UW’de astronomi araştırma görevlisi profesörü James Davenport, “Ne yazık ki karanlık maddenin yapısını ortaya çıkaracak sihirli bir değnek yok” dedi. “Akışlar karmaşık sistemlerdir, ancak yine de eve yakın karanlık maddeyi incelemenin en ilginç yoludur.”