Gökadalar, içlerindeki yıldızların toplamından çok daha fazlasıdır. Yıldızlar oluşmadan çok önce, karanlık madde kümeler halinde bir araya gelmiş ve yerçekimiyle normal maddeyi çekerek, yıldızların ve gökadaların nihayetinde üzerinde büyüdüğü görünmez iskeleyi sağlamıştır.
Bugün, neredeyse tüm gökadalar hala görünür sınırlarının çok ötesine uzanan ve onları bir arada tutan devasa 'haleler' içine gömülüdür. Bu haleler, normalde gökadalarının çekim gücünden kurtulup yıldızlararası boşlukta sürüklenmeleri gereken çok hızlı hareket eden yıldızları sabit tutar.
Karanlık madde ve yıldızların etkileşim şekli, gökadaların zamanla nasıl değiştiğini etkiler. Ancak yakın zamana kadar bilim insanları bu ilişkinin yalnızca bir tarafını incelemiş, karanlık maddenin normal madde üzerindeki çekimini araştırmıştı.
Yeni bir araştırma ise ters etkiyi inceliyor: normal madde kendi karanlık karşıtını etkileyebilir mi ve nasıl? Bu bulgular, karanlık maddenin davranışına dair anlayışımızı değiştirebilir ve bilim insanlarının nihayet onu doğrudan nasıl tespit edeceklerini bulmalarına yardımcı olabilir.
Karanlık Madde Fırıldakları
Samanyolu gibi gökadalar, elmas benzeri yıldızlarla bezeli, parıldayan sarmal kolları ve parıldayan gaz ve tozlu uzantılarıyla ünlüdür. Bunlar, gökada etrafında bir fırıldak gibi dönen yıldız püskürmeleri gibi görünebilir, ancak aslında daha çok galaktik trafik sıkışıklıkları gibidir - yıldızların ve gazın gökada etrafında dönerken içinden geçtiği basınç dalgaları.
Yeni bir çalışma, bunların hayaletimsi bir gölgesi olabileceğini öne sürüyor - sarmal kolların hemen üstünde ve altında asılı duran karanlık madde spiralleri. Bir grup bilim insanı, gökada simülasyonlarında görünen sarmal kolların geride bıraktığı çekimsel izin izlerini arayarak bunları buldu.
Bu durumun neye neden olabileceğini neredeyse bir asırdır biliyoruz. 1943'te Nobel Ödüllü teorik fizikçi Subrahmanyan Chandrasekhar, dinamik sürtünme adı verilen bir etkinin varlığını öne sürdü. Bu etki, büyük bir nesnenin, eşit olarak dağılmış daha hafif nesneler grubunun içinden geçerken meydana gelir.
Araştırmacılar, gökadaların sarmal kollarının karanlık madde halesinde benzer bir reaksiyona neden olup olmayacağını merak ettiler. Daha önce bu olasılık hakkında teoriler ortaya atılmıştı ancak çok yakından incelenmemişti.
Gölgelerin İzinde
Bilim insanları, gökada evrim simülasyonlarında gizlenmiş olabileceğini düşündükleri bu karanlık madde izini aramak için bir araya geldi. Bu programlar, gökada davranışını devasa zaman ölçeklerinde izler - sarmal kollarının dönmesi ve hem görünen hem de görünmeyen çevrelerini potansiyel olarak etkilemesi için yeterince uzun süre.
Araştırmacılar, temel olarak yıldızlar, gaz ve karanlık madde gibi şeyleri temsil eden bir dizi parçacık kurup, milyonlarca yıl boyunca evrilmelerine izin verdiklerini belirtiyorlar. İnsan ömrü, bunun gerçek zamanlı olarak gerçekleştiğini gözlemlemek için çok kısa. Evrenin tek bir anlık görüntüsü gibi olan bugünden fazlasını görmek için simülasyonlara ihtiyaç duyuyoruz.
Başka birkaç grup, farklı bilimsel çalışmalar yapmak için zaten gökada simülasyonlarına sahipti. Ekip, bu gruplardan birinden verilerini incelemelerini istedi. Aradıkları karanlık madde izini bulduklarında, başka bir grubun simülasyonunda da kontrol ettiler. Yine buldular ve sonra üçüncü bir simülasyonda da karşılaştılar.
Karanlık madde spiralleri, yıldız benzeri karşılıklarından çok daha az belirgindir, ancak ekip, simülasyonlardaki karanlık madde parçacıklarının hareketlerinde belirgin bir iz fark etti. Karanlık sarmal kollar, yıldız kollarının gerisinde kalarak bir tür görünmez gölge oluşturuyor.
Bu bulgular, gökadaların nasıl evrildiğine dair anlayışımıza yeni bir karmaşıklık katmanı ekliyor. Karanlık maddenin sadece gökadaları bir arada tutan pasif, görünmez bir iskeleden daha fazlası olduğunu gösteriyor. Bunun yerine, gökadaların sarmal kollarındaki yıldızların çekim gücüne tepki veriyor gibi görünüyor. Bu etkileşim, kozmik zaman ölçeklerinde yıldız oluşumunu veya galaktik dönüşü bile etkileyebilir. Hatta Samanyolu'ndaki yakın bir sarmal kol boyunca nispeten yeni keşfedilen aşırı kütleyi de açıklayabilir.
Farklı şekilde yapılandırılmış simülasyonlarda aynı etkiyi görmeleri, bu karanlık madde spirallerinin Samanyolu gibi gökadalarda yaygın olabileceğini düşündürüyor. Ancak bunları gerçek evrende bulmak zor olabilir.
Bilim insanları, Samanyolu'nun diskindeki karanlık maddeyi ölçerek bu spirallerin varlığını araştırabileceklerini belirtiyorlar. Yakınımızdaki karanlık maddenin yoğunluğunu büyük bir hassasiyetle ölçmek şu anda mümkün. Eğer bu ölçümler tüm disk boyunca yeterli hassasiyetle genişletilebilirse, eğer varlarsa sarmal desenler ortaya çıkacaktır.
Bu sonuçların çok önemli olduğunu, çünkü gökadalarda karanlık madde sinyallerini nerede arayacağımıza dair beklentilerimizi değiştirdiğini düşünen araştırmacılar, bu sonucun güneş sistemimize yakın karanlık maddenin ne kadar yoğun olduğuna dair beklentimizi etkileyebileceğini ve karanlık maddeyi doğrudan tespit etmeye çalışan laboratuvar deneyleri için beklentileri etkileyebileceğini belirtiyorlar. Bu, bilim insanlarının yaklaşık 100 yıldır peşinde olduğu bir hedef.
