Evrenin uzak köşelerindeki galaksi kümelerinin hareketi, yerçekimi yasalarının şimdiye kadarki en büyük ölçekli testini ortaya koydu.
Yüz milyonlarca ışık yılı boyunca uzanan ölçeklerde yerçekimi, Isaac Newton'un evrensel çekim yasası'nda öngördüğü gibi davranmaya devam ediyor.
Bu yasa, evrendeki her parçacığın diğer parçacıklara kütlesiyle doğru orantılı ve kütle merkezleri arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kütçekim kuvveti uyguladığını belirtir.
Bu etkiyi milyarlarca ışık yılı uzaktaki galaksi kümelerinde gözlemlemek, mevcut yerçekimi anlayışımızı güçlendiriyor ve aynı zamanda açıklanamayan kütleçekimsel çekimin gizemli teorik kaynağı olan karanlık madde'nin varlığını daha da sağlamlaştırıyor.
Pensilvanya Üniversitesi'nden kozmolog Patricio Gallardo, "Newton'un 17. yüzyılda önerdiği ve ardından Einstein'ın genel görelilik teorisi'ne dahil ettiği ters kare yasasının 21. yüzyılda hala geçerliliğini koruması dikkat çekici" diyor.
Evrene baktığımızda garip bir tutarsızlık ortaya çıkıyor.
Buradaki tüm normal, baryonik maddeye – yani yıldızlar, galaksiler, kara delikler, gezegenler, toz ve hatta bizler dahil olmak üzere görebildiğimiz her şeyin yapıldığı maddeye – dair bir sayım yaptığımızda ve bu maddenin nasıl davrandığına dair anlayışımıza dayanarak, bazı şeyler olması gerektiği gibi hareket etmiyor.
Galaksiler çok hızlı dönüyor. Evren boyunca seyahat eden ışık, yalnızca baryonik kütleye göre çok belirgin bir uzay-zaman kütleçekimsel eğriliği izliyor.
Dağılmaları gereken galaksi kümeleri ise sıkıca birbirine bağlı kalıyor. Kozmik mikrodalga arka planındaki minik dalgalanmalar, ancak evrendeki maddenin çoğunun görünmez olması durumunda anlam kazanıyor.
Bu tutarsızlıklar için iki ana açıklama bulunuyor. Bunlardan biri, doğrudan tespit edemediğimiz ve baryonik evrenle yalnızca yerçekimi aracılığıyla etkileşime giren bir şey olan karanlık madde.
Yukarıda bahsedilen olguların ölçümlerine dayanarak, evrendeki maddenin yaklaşık yüzde 85'i karanlık.
Diğer açıklama ise, Newton tarafından ilk kez verilen ve ardından Albert Einstein tarafından rafine edilen yerçekimi tanımlarımızda bir şeylerin eksik olduğudur.
Gallardo, "İşte merkezi bulmaca bu. Ya yerçekimi çok büyük ölçeklerde farklı davranıyor ya da evren doğrudan göremediğimiz ek madde içeriyor." diyor.
Bu seçenekleri sorgulamanın bir yolu, karanlık maddeye dair yeni kanıtlar aramaktır. Bir diğeri ise yerçekiminin fizik yasalarına uygun bir şekilde davranıp davranmadığını test etmektir.
Gallardo ve meslektaşları, ikinci yolu seçerek, yaklaşık 5 ila 7 milyar ışık yılı uzaklıktaki bir uzay hacmindeki uzak galaksi kümelerinin hızlarını ölçtüler.
Bu örneklem yaklaşık 686.000 galaksi içeriyor ve bunların birçoğu kütleçekimsel olarak birbirine doğru hareket eden kümeler içinde bağlı.
Bu kümelerin hızlarını ölçmek için araştırmacılar, kinematik Sunyaev-Zeldovich etkisi adı verilen bir yöntemi kullandılar. Evren boyunca serbestçe yayılan ilk ışık bugün her yerimizde; bu kozmik mikrodalga arka planı, veya CMB.
Bize doğru gelirken, CMB'den gelen ışık sıklıkla galaksi kümelerini çevreleyen sıcak gaz bulutlarından geçer. Küme hareket etmiyorsa, ışık düz bir çizgide ilerler; ancak küme hareket ediyorsa, CMB fotonları serbest elektronlarla saçılır ve CMB sinyalini hafifçe kaydırır.
Kaymanın derecesini ölçerek, bilim insanları ışık geçerken kümenin ne kadar hızlı seyahat ettiğini belirleyebilirler. İki kümenin birbirine doğru yarıştığı hızlar daha sonra ilgili kütleleri ve devredeki yerçekimsel kuvvetlerin davranışını incelemek için kullanılabilir.
Yerçekimi teorilerimizde bir değişiklik gerekseydi, ilgili kütlelerden uzak mesafelerde kütleçekim kuvvetleri daha güçlü olurdu; yani, uzaklıkla daha yavaş zayıflarlardı.
Araştırmacılar bunun yerine, galaksiler arasındaki kütleçekimsel çekimin daha büyük mesafelerde hızla azaldığını gözlemlediler – bu da Newton ve Einstein teorileriyle tutarlı.
Bu bulgu, evrende gözlemlenen garip kütleçekimsel etkiler için modifiye edilmiş yerçekimi yerine karanlık maddenin daha iyi desteklenen bir açıklama olduğunu gösteriyor, ancak yine de birçok soruyu cevapsız bırakıyor.
Gallardo, "Bu çalışma, evrenin bir miktar karanlık madde içerdiğine dair kanıtları güçlendiriyor, ancak bu bileşenin neyden yapıldığını hala bilmiyoruz" diyor.
Gallardo, "Bu kadar çok cevapsız soru varken, yerçekimi en büyüleyici araştırma alanlarından biri olmaya devam ediyor. Doğal olarak çekici bir alan." diye ekliyor.
Araştırma, Physical Review Letters dergisinde yayınlandı.
