Uzak Galaksilerdeki Karanlık Madde Kayıp

1930'lu yıllarda varlığına dair deliller ortaya çıktıktan sonra, 1970'lerde galaksilerin dönme hareketlerinin de incelenmesiyle, karanlık maddenin varlığı benimsenmeye başladı. Bugün, bir galaksideki karanlık madde miktarını ölçebilmek adına, o galaksinin dönme eğrisini inceliyoruz. Böylelikle karanlık maddeyi doğrudan göremesek de, dolaylı yoldan orada olduğunu ve ne kadar olduğunu, galaksinin neresinde toplandığını bilebiliyoruz (bkz. Karanlık Madde Nedir?).

Günümüzde galaksilerin oluşumu ve evrimi oldukça iyi anlaşılmış bir konu olmasına karşın, detaylarda hala bazı bilmediklerimiz bulunuyor. Astronomların, uzak galaksiler üzerinde yaptıkları inceleme, onların yakın olanlara göre ilginç bir şekilde daha az karanlık madde içerdiğini gösteriyor.

Teorik modeller galaksilerin, karanlık madde haloları içerisinde oluştuğunu ve çekimin etkisiyle kararlı hale geldiğini gösteriyor. Karanlık madde halosu içerisinde yer alan gaz (ki bu çoğunlukla hidrojendir) çöktükçe, karanlık maddeden ayrışmaya başlıyor. Eğer bu süreç esnasında gaz, onu dağıtacak herhangi şiddetli bir etkileşim yaşamazsa, sonunda yıldızların oluşabileceği diski oluşturuyor.

Gaz, karanlık maddeye göre çevresiyle çok daha güçlü bir biçimde etkileştiğinden ötürü, çok daha hızlı enerji kaybeder. Bu sebeple şu anda gördüğümüz büyük kütleli galaksilerin oluştuğu dönümde (yaklaşık 10 milyar yıl önce), yıldızların ve gazın, karanlık maddeye göre daha çok yoğunlaşmış olduğu düşünülüyordu.

Bunun bir sonucu olarak, uzak galaksilerin iç diskleri, yakındakilere göre daha fazla yıldız ve gaz barındırmalıdır. Fakat, uzak galaksilerin iç disklerindeki karanlık madde, yıldız ve gazın dağılımıyla ilgili bazı gözlemsel kısıtlamalar bulunuyor.

Genzel ve diğerleri tarafından yapılan çalışmadaki galaksiler iki sebepten dolayı oldukça idealler. İlki; yılda 50-200 Güneş kütlesinde yıldız oluşum oranı gösteriyorlar. Bu da, bu dönemdeki yıldız oluşumu gösteren bir galaksi için oldukça tipik bir oran, yani galaksi herhangi istisnai bir durum sergilemiyor. İkincisi ise; galaksi içerisinde yer alan yıldızların toplam kütlesi, bizim galaksimiz Samanyolununki ile neredeyse aynı (biraz daha fazla).

Galaksilerin dönme eğrilerinden bildiğimiz üzere, galaksi merkezinden uzaklaştıkça, dönme eğrisi düz bir seyir gösteriyor. Çünkü galaksilerin dış diskine doğru ilerledikçe, karanlık madde miktarı baskın bir hale gelmeye başlıyor (bkz. Kozmoloji: Galaksi Dönme Eğrisi).

Bu duruma zıt olarak Genzel ve çalışma arkadaşları, çalıştıkları uzak galaksilerin dönme eğrisinin, zirve yaptıktan sonra keskin bir düşüş izlediğini gösterdiler. Bu da, bu galaksilerde yer alan karanlık madde miktarının oldukça göz ardı edilebilir düzeyde kaldığına işaret ediyor. Merkez bölgeleri yıldızlar ve gazlar tarafından işgal edilmiş durumda ve karanlık maddeye oldukça az yer kalmış.

Makalenin yazarları bu sonuçlar için iki olası durum öneriyorlar. İlki; galaksilerin erken dönemlerde gazca zengin, intergalaktik ortamdan sürekli bir şekilde üzerlerine gaz akışı sağladığı biliniyor. Bu gaz akışı yerini, kozmik ağları oluşturan, evrenin büyük ölçek yapılarının ana parçalarından biri olan, ince filamentlere bırakıyor. Karanlık madde halosunun içerisine bir kez girdi mi, gaz hızlıca açısal momentum kaybederek, galaksinin merkez bölgelerinde yığılmaya başlıyor. Bu gaz yıldızlar için gerekli yakıtı sağladığından dolayı, gaz ve bundan oluşan yıldızlar, merkez bölgelerinde yoğunlaşmış oluyor. İkincisi ise, karanlık madde halolarının dönemde hızlıca büyümeleri gerektiğinden dolayı, bir denge haline ulaşamamış olmaları olabilir. Bu sebeple düşük karanlık madde yoğunluğuna sahip bölgeler, yerel evrende gördüğümüz karanlık madde halosu yapılarını oluşturmak için yeterli imkanı sağlayamamış olabilir.

Hazırlayan: Ögetay Kayalı

Referanslar

1. Swinbank, M. (2017). Distant galaxies lack dark matter. Nature, 543(August), 318–319. https://doi.org/10.1039/nrurol.2016.34