Bir vakumdan daha boş ve yine de on Samanyolu kadar ağır: Gökbilimciler eksik görünen maddeyi buluyor

Kozmologların bize evrenin standart modeli olarak sattıkları şey aslında bir şakadır. Modele göre evren yalnızca %5 sıradan atomlardan oluşur. Geriye kalan %95, henüz tatmin edici bir açıklaması bulunamamış olan "karanlık" madde ve enerji formlarıdır. Aslında durum daha da kötüdür. Sıradan maddede bile, şimdiye kadar teleskoplarla yalnızca %60 ila %70 tespit edilmiştir.

Kayıp normal madde sorunu artık çözülmenin eşiğinde. İki araştırma grubu, nerede saklandığını ve hangi özelliklere sahip olduğunu bağımsız olarak belirledi.

Normal madde Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra ortaya çıktı. Yıldızların ve gezegenlerin oluştuğu maddedir. Ancak bu maddenin büyük çoğunluğu gökyüzündeki yıldızlar kadar parlak olmayan dağınık gaz olarak bulunur. Bu gazın bir kısmı yıllar önce bulundu. Yıldızların arasında, galaksilerin halelerinde veya hatta galaksiler arasındaki boşlukta bulunur. Ancak, bilinen tüm miktarları toplarsanız, teorik olarak Büyük Patlama'da yaratılması gereken miktara yaklaşamazsınız.

Gökbilimciler, eksik maddenin nerede olabileceğine dair bir tahminde bulunuyor. Bilgisayar simülasyonlarına göre, evrende uzanan hassas bir sıcak gaz ağı, parlak galaksileri birbirine bağlıyor. Madde, bu gaz filamentlerinde son derece seyrek dağılmış olmalı. Metreküp başına 0,1 ila 30 atom yoğunluğu bekleniyor.

Bu son derece ince gaz yalnızca zayıf radyasyon yayar. Bu nedenle, ağdaki bireysel filamentleri doğru bir şekilde karakterize etmek henüz mümkün olmamıştır. Leiden Üniversitesi'nden Konstantinos Migkas, X-ışını teleskoplarıyla yapılan önceki ölçümlerin beş kat fazla yüksek bir gaz yoğunluğu ortaya çıkardığını söylüyor. Bunun nedeni, hassas ağa gömülü kara deliklerden gelen girişim yapan X-ışını radyasyonudur.

Migkas'ın grubu artık bu karışan radyasyonu ilk kez izole edip verilerden çıkarabildi. Araştırmacılar gözlemleri Suzaku ve XMM-Newton X-ışını teleskoplarıyla birleştirdiler. Ölçümleri için dört galaksi kümesini birbirine bağlayan dev bir filament seçtiler. 23 milyon ışık yılı mesafeye yayılıyor ve bu da onu Samanyolu'muzun 230 katı büyüklüğünde yapıyor.

Ölçümler, filamentlerdeki gazın on milyon derece sıcak olduğunu ve metreküp başına yaklaşık on atom içerdiğini ortaya koydu. Bu, laboratuvarda yaratılabilecek en iyi vakumdakinden daha az atomdur. Yine de filamentin kütlesi on Samanyolu kadardır. Bu, ne kadar büyük olduğuna dair bir fikir verir.

"Gazın yoğunluğu ve sıcaklığı, Kozmoloji Standart Modeli'ne dayalı bilgisayar simülasyonlarının sonuçlarıyla tutarlıdır," diyor Migkas. Ancak, şimdiye kadar kozmik ağın yalnızca tek bir filamenti bu kadar ayrıntılı olarak incelendi. Bu nedenle, ne kadar temsili olduğunu söylemek henüz mümkün değil.

İkinci çalışma grubu burada devreye giriyor. Harvard Üniversitesi'nden Liam Connor liderliğinde. Araştırmacılar hızlı radyo patlamalarının bir kataloğunu derlediler. Bunlar uzak galaksilerde meydana gelen kısa uzun dalga boylu elektromanyetik radyasyon patlamalarıdır. Bu radyasyon Dünya'ya doğru giderken, galaksiler arası ortamdaki dağınık gazdan geçer. Radyasyonun düşük enerjili kısmı yüksek enerjili kısmından daha fazla yavaşlatılır. Radyo radyasyonu böylece prizmadaki ışığa benzer şekilde yayılır.

Bu etki araştırmacıların sıradan maddeyi tartmalarına ve farklı ortamlara atamalarına olanak sağladı. Yüzde 76'sının galaksiler arası ortamda ve yüzde 15'inin galaksilerin halesinde bulunduğunu buldular. Geriye kalan yüzde 9'u galaksilerdeki yıldızlardan ve soğuk gazdan oluşuyor. Bu birlikte yüzde 100'e denk geliyor.

Connor için bu, eksik görünen madde sorununu çözer. Migkas ayrıca, iki tamamlayıcı çalışmanın sorunu önemli ölçüde hafiflettiğine inanır. Artık eksik maddenin nerede saklandığını ve hangi özelliklere sahip olduğunu biliyoruz.

Connor'ın çalışmasında şaşırtıcı olan şey, galaksiler arası ortamda çok fazla normal madde bulunması ve galaksilerin halesinde çok az madde bulunmasıdır. Araştırmacılar bunu geri bildirim süreçlerine bağlıyor. Bir yandan, yer çekimi gazı galaksilere çekiyor. Diğer yandan, süpernova patlamalarından ve süper kütleli kara deliklerden gelen parçacık rüzgarı tarafından galaksiler arası uzaya geri üfleniyor.

Bu, kozmologları birkaç yıldır rahatsız eden bir tutarsızlığı açıklamaya yardımcı olabilir. Günümüz evreni, erken evrenin gözlemlerinin önerdiğinden daha az engebeli görünüyor. Bu tutarsızlığa _S8 gerilimi adı verildi. Evrenin genişleme oranını etkileyen Hubble gerilimi kadar şiddetli olmasa da, iki gerilim birlikte kozmolojinin Standart Modelinin evrenin evrimini doğru bir şekilde tanımlayıp tanımlamadığı konusunda şüphe uyandırıyor.

Sorulduğunda Connor, grubunun ölçümlerinin evrendeki normal maddenin galaksilerdeki geri besleme süreçleri tarafından homojenleştirildiğini gösterdiğini yazar. Bu nedenle, _S8 voltajı egzotik yeni fizik olmadan açıklanabilir.

Bilgisayar simülasyonları, geri bildirim etkilerinin çelişkili ölçümleri uzlaştırmak için gerçekten yeterince güçlü olup olmadığını göstermek zorunda kalacak. Şüpheler haklı. Geri bildirim normal maddeyi etkilerken, galaksilerin halesindeki karanlık maddeyi etkilemez. Bu nedenle, normal maddenin yerçekiminin çok daha fazla miktardaki karanlık maddeyi evren boyunca daha eşit bir şekilde dağıtmaya yeterli olması şaşırtıcı olurdu.