ALMA, karanlık maddenin incelikli bir imzasını ortaya çıkarıyor

Öncü gözlemler, galaksilerin seviyesinin altındaki karanlık madde dalgalanmalarını ortaya çıkararak, soğuk karanlık madde teorilerini doğruluyor ve evrenin oluşumuna dair yeni bilgiler sağlıyor.

Kindai Üniversitesi’nden (Osaka, Japonya) Profesör Kaiki Taro Inoue liderliğindeki bir araştırma ekibi, dünyanın en güçlü radyo interferometresi olan Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisini kullanarak, evrendeki karanlık maddenin büyük galaksilerden daha küçük ölçeklerdeki dağılımındaki dalgalanmaları tespit etti. . Dizi).Alma), Şili Cumhuriyeti’nde bulunmaktadır.

Bu, uzak evrende 30 bin ışıkyılı ölçeğinde karanlık maddenin uzaysal dalgalanmalarının ilk kez tespit edilmesidir. Bu sonuç, soğuk karanlık maddenin^[1] Bu, büyük galaksilerden daha küçük ölçeklerde bile tercih edilebilir ve karanlık maddenin gerçek doğasını anlama yolunda önemli bir adımdır. Makale şu tarihte yayınlanacaktır: the Astrofizik Dergisi.

Şekil 1. Karanlık maddede tespit edilen dalgalanmalar. Daha parlak turuncu renk, yüksek karanlık madde yoğunluğuna sahip bölgeleri, daha koyu turuncu renk ise düşük karanlık madde yoğunluğuna sahip bölgeleri gösterir. Beyaz ve mavi renkler, ALMA tarafından gözlemlenen yerçekimsel olarak merceklenen nesneleri temsil eder. Kaynak: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue ve diğerleri.

ana nokta

• Uluslararası bir proje olan dünyanın en büyük radyo dalgası interferometrelerinden biri olan ALMA tarafından gözlem.
• Evrendeki karanlık madde dalgalanmalarının 30 bin ışık yılından daha küçük ölçeklerde ilk tespiti.
• Karanlık maddenin gerçek doğasını açıklamaya yönelik önemli bir adım.

ALMA, karanlık maddenin dağılımındaki küçük ölçekli dalgalanmaları tespit ediyor

Evrenin kütlesinin çoğunu oluşturan görünmez madde olan karanlık maddenin, yıldızlar ve galaksiler gibi yapıların oluşumunda önemli bir rol oynadığı düşünülüyor.^[2] Karanlık madde uzayda tekdüze bir şekilde dağılmayıp kümeler halinde dağıldığı için, yerçekimi, uzak ışık kaynaklarından gelen ışığın (radyo dalgaları dahil) yolunu biraz değiştirebilir. Bu etkinin (kütleçekimsel merceklenme) gözlemleri, karanlık maddenin nispeten büyük galaksiler ve galaksi kümeleriyle ilişkili olduğunu göstermiştir, ancak daha küçük ölçeklerde nasıl dağıldığı henüz bilinmemektedir.

Araştırma ekibi ALMA’yı Dünya’dan 11 milyar ışıkyılı uzaklıktaki bir nesneyi gözlemlemek için kullanmaya karar verdi. Nesne mercekli bir kuasardır,^[3] MG J0414+0534^[4] (bundan böyle “bu kuasar” olarak anılacaktır).

Bu kuasar, ön plandaki galaksinin yerçekimsel mercekleme etkisinden dolayı dörtgen bir görüntüye sahip gibi görünüyor. Bununla birlikte, bu görünen görüntülerin konumları ve şekilleri, yalnızca ön plandaki galaksinin kütleçekimsel merceklenme etkisinden hesaplananlardan farklıdır; bu, karanlık madde dağılımının kütlesel galaksilerden daha küçük ölçekler üzerindeki kütleçekimsel merceklenme etkisinin iş başında olduğunu düşündürmektedir.

Şekil 2: MG J0414+0534 yerçekimsel mercek sisteminin kavramsal diyagramı. Görüntünün ortasındaki nesne merceksi bir galaksiyi işaret ediyor. Turuncu, galaksiler arası uzaydaki karanlık maddeyi gösterirken soluk sarı, merceksi bir galaksideki karanlık maddeyi gösterir. Kredi bilgileri: NAOJ, KT Inoue

Kozmik ölçekten (birkaç on milyar ışıkyılı) çok daha küçük olan yaklaşık 30 bin ışıkyılı ölçeğinde bile karanlık maddenin yoğunluğunda uzaysal dalgalanmaların olduğu bulundu. Bu sonuç, karanlık madde yığınlarının yalnızca galaksilerin içinde (Şekil 2’de soluk sarı) değil, aynı zamanda galaksiler arası uzayda da (Şekil 2’de turuncu) var olduğunu öngören soğuk karanlık maddenin teorik tahminiyle tutarlıdır.

Bu çalışmada bulunan karanlık madde kümelerinin yerçekimsel merceklenme etkileri o kadar küçüktür ki, bunları kendi başlarına tespit etmek son derece zordur. Ancak ön plandaki galaksinin neden olduğu yerçekimsel merceklenme etkisi ve ALMA’nın yüksek çözünürlüğü sayesinde etkileri ilk kez tespit edebildik. Dolayısıyla bu araştırma, karanlık madde teorisinin doğrulanması ve gerçek doğasının açıklığa kavuşturulması açısından önemli bir adımdır.

Bu araştırma, KT Inoue ve diğerleri tarafından “Mercekli kuasar MG J0414+0534’e doğru 10 kpc’de mercekleme gücü spektrumunun ALMA ölçümü” başlıklı bir makalede sunulmuştur. İçinde Astrofizik Dergisi.

Notlar

1. Soğuk karanlık madde
   Evren genişledikçe maddenin yoğunluğu azalacağından karanlık madde parçacıkları (ışığı göremeyen madde) artık diğer parçacıklarla karşılaşmayacak ve sıradan maddenin hareketinden farklı, bağımsız bir harekete sahip olacak. Bu durumda sıradan maddeye göre ışık hızından çok daha düşük bir hızda hareket eden karanlık madde parçacıklarına soğuk karanlık madde adı veriliyor. Hızları düşük olduğundan evrendeki büyük ölçekli yapıları silme yetenekleri yoktur.
2. Evrendeki yapının oluşumu
   Evrenin erken dönemlerinde, yıldızların ve galaksilerin, karanlık madde yoğunluk dalgalanmalarının yerçekimsel büyümesinin ve hidrojen ve helyum birikiminin karanlık madde yığınlarına çekilmesinin bir sonucu olarak oluştuğu düşünülüyor. Karanlık maddenin büyük galaksilerden daha küçük ölçeklerdeki dağılımı hala bilinmiyor.
3. Kuasar
   Kuasar, bir galaksinin son derece parlak ışık yayan merkezi, kompakt bölgesidir. Birleşik alan ve çevresi radyo dalgaları yayan büyük miktarda toz içeriyor.
4. MG J0414+0534
   MG J0414+0534, Dünya’dan görüldüğü gibi Boğa takımyıldızı yönünde yer almaktadır. Bu nesnenin kırmızıya kayması (ışığın dalga boyundaki artışın orijinal dalga boyuna bölünmesi) z=2,639’dur. Kozmolojik parametrelerdeki belirsizlik dikkate alınarak karşılık gelen mesafenin 11 milyar ışıkyılı olduğu varsayılmaktadır.

Referans: Kaiki Taro Inoue, Takeo Minezaki, Satoki Matsushita ve Koichiro Nakanishi tarafından yazılan “Mercekli kuasar MG J0414+0534’e doğru 10 kpc’de mercekleme kuvveti spektrumunun ALMA ölçümü”, 7 Eylül 2023, Astrofizik Dergisi.
doi: 10.3847/1538-4357/aceb5f

Bu çalışma, Japonya Bilimi Teşvik Derneği (No. 17H02868, 19K03937), Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi ALMA Ortak Bilimsel Araştırma Projesi 2018-07A’dan Bilimsel Araştırma Yardımı Hibesi tarafından desteklenmiştir. ALMA JAPAN Araştırma Fonu NAOJ-ALMA-256 ve Tayvan MoST. 103-2112-M-001-032-MY3, 106-2112-M-001-011, 107-2119-M-001-020, 107-2119- M-001-020.