Samanyolu'nun daha yavaş dış yıldızları karanlık maddenin abartıldığını gösteriyor

Massachusetts Teknoloji EnstitüsüDış çalışma gösterisi Samanyolu Yıldızlar daha yavaş dönüyor, bu da daha az karanlık madde içeren daha hafif bir çekirdeği gösteriyor ki bu da önceki varsayımlarla çelişiyor.

MIT fizikçileri, Samanyolu boyunca yıldızların hızını kaydederek galaktik diskteki yıldızların, galaktik merkeze yakın yıldızlara kıyasla beklenenden daha yavaş hareket ettiğini buldu. Sonuçlar şaşırtıcı bir olasılığı ortaya çıkarıyor: Samanyolu'nun çekimsel çekirdeği önceden düşünülenden daha hafif olabilir ve daha az karanlık madde içerebilir.

Yeni bulgular, ekibin Gaia ve APOGEE araçları tarafından toplanan verilerin analizine dayanıyor. Gaia, Samanyolu boyunca bir milyardan fazla yıldızın kesin konumunu, mesafesini ve hareketini izleyen yörüngeli bir uzay teleskopu iken, APOGEE yer tabanlı bir araştırmadır. Fizikçiler, Gaia'nın galaksideki en uzak yıldızlardan bazıları da dahil olmak üzere 33.000'den fazla yıldıza ilişkin ölçümlerini analiz etti ve her yıldızın “dairesel hızını” veya yıldızın merkezden uzaklığı göz önüne alındığında yıldızın galaktik diskte ne kadar hızlı döndüğünü belirledi. galaksi. .

Galaktik rotasyonu anlamak

Bilim adamları, galaksinin merkezinden belirli bir mesafede maddenin ne kadar hızlı döndüğünü temsil eden astronomide standart bir grafik olan bir dönüş eğrisi oluşturmak için her yıldızın hızını mesafesine göre çizdiler. Bu eğrinin şekli bilim insanlarına galaksi boyunca ne kadar görünür ve karanlık maddenin dağıldığı konusunda fikir verebilir.

MIT'de fizik yardımcı doçenti Lina Naguib, “Gördüğümüzde gerçekten şaşırdığımız şey, bu eğrinin belli bir mesafe boyunca düz, düz, düz kalması ve sonra düşmeye başlamasıydı” diyor. “Bu, dış yıldızların beklenenden biraz daha yavaş döndüğü anlamına geliyor ki bu da çok şaşırtıcı bir sonuç.”

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden fizikçiler tarafından yapılan bir araştırma, Samanyolu'nun çekimsel çekirdeğinin daha önce düşünülenden daha hafif olabileceğini ve daha az karanlık madde içerebileceğini öne sürüyor. Resim kaynağı: ESA/Gaia/DPAC, MIT News tarafından düzenlenmiştir.

Zorlu karanlık madde teorileri

Ekip, yeni dönüş eğrisini, dış yıldızların yavaşlamasını açıklayabilecek bir karanlık madde dağılımına dönüştürdü ve ortaya çıkan haritanın beklenenden daha hafif bir galaksi çekirdeği ürettiğini buldu. Yani Samanyolu'nun merkezi bilim adamlarının düşündüğünden daha az yoğun olabilir ve daha az karanlık madde içerebilir.

Najeeb, “Bu, bu sonucu diğer ölçümlerle gerilime sokuyor” diyor. “Bir yerlerde şüpheli bir şeyler oluyor ve Samanyolu'nun tutarlı bir resmini elde etmek için bunun nerede olduğunu bulmak gerçekten ilginç.”

Takım bu ay sonuçlarını açıklayacak Kraliyet Cemiyeti Dergisi'nin Aylık Bildirimleri. Nassib'in de aralarında bulunduğu MIT'deki çalışmanın ortak yazarları, ilk yazar Xiaowei Ou, Anna-Kristina Ehlers ve Anna Friebel'dir.

“hiçlik içinde”

Evrendeki çoğu galaksi gibi Samanyolu da bir girdaptaki su gibi döner; dönüşü kısmen diskinin içinde dönen tüm maddeler tarafından yönlendirilir. 1970'lerde gökbilimci Vera Rubin, galaksilerin tamamen görünür madde tarafından yönlendirilemeyecek şekilde döndüğünü fark eden ilk kişiydi. Kendisi ve meslektaşları yıldızların dönüş hızını ölçtüler ve ortaya çıkan dönüş eğrilerinin şaşırtıcı derecede düz olduğunu buldular. Bu, yıldızların hızının galaksi boyunca mesafeyle azalmak yerine aynı kaldığı anlamına geliyor. Başka bir tür görünmez maddenin uzak yıldızları etkilemesi ve onlara ekstra destek sağlaması gerektiği sonucuna vardılar.

Rubin'in dönüş eğrileri üzerine çalışması, evrendeki tüm yıldızlardan ve diğer görünür maddelerden daha ağır olduğu tahmin edilen görünmez ve bilinmeyen bir varlık olan karanlık maddenin varlığına dair ilk güçlü kanıtlardan biriydi.

O zamandan beri gökbilimciler uzak galaksilerde karanlık maddenin varlığını destekleyen benzer düz eğriler gözlemlediler. Gökbilimciler ancak son zamanlarda galaksimizin yıldızlarla dönüş eğrisini çizmeye çalıştılar.

Au, “Bir galaksinin içinde otururken dönüş eğrisini ölçmenin zor olduğu ortaya çıktı” diyor.

Gaia verilerinden yeni bilgiler

MIT'de fizik profesörü olan Anna Christina Ehlers, 2019 yılında Gaia uydusundan alınan önceki bir veri setini kullanarak Samanyolu'nun dönüş eğrisini çizdi. Bu veri yayını galaktik merkezden 25 kiloparsek veya yaklaşık 81.000 ışıkyılı uzaklıktaki yıldızları içeriyordu.

Bu verilere dayanarak Ehlers, Samanyolu'nun dönüş eğrisinin diğer uzak galaksilere benzer şekilde hafif bir eğimle de olsa düz göründüğünü ve çıkarım yoluyla galaksinin çekirdeğinde muhtemelen yüksek yoğunlukta karanlık madde taşıdığını gözlemledi. Ancak teleskop, bu kez galaktik çekirdekten yaklaşık 100.000 ışıkyılı uzaklıkta, 30 kiloparsek kadar uzaktaki yıldızları da içeren yeni bir veri dizisi yayınladığından bu görüş artık değişti.

Fripple, “Bu mesafelerde galaksinin yıldızların solmaya başladığı sınırındayız” diyor. “Kimse kelimenin tam anlamıyla hiçliğin içinde olduğumuz bu dış galakside maddenin nasıl hareket ettiğini keşfetmedi.”

Garip gerilim

Frebel, Naguib, Au ve Ehlers, Ehlers'in başlangıç ​​dönüş eğrisini genişletmek amacıyla yeni Gaia verilerine atladılar. Ekip, analizlerini geliştirmek için Gaia verilerini, Samanyolu'ndaki 700.000'den fazla yıldızın parlaklık, sıcaklık ve element bileşimi gibi son derece ayrıntılı özelliklerini ölçen APOGEE – Apache Point Gözlemevi'nin Galaksi Evrim Deneyi ile yaptığı ölçümlerle destekledi.

Au, “Bize yıldızın uzaklığına ilişkin daha iyi tahminler verebilecek bağlantıları öğrenmeye çalışmak için tüm bu bilgileri bir algoritmaya besliyoruz” diye açıklıyor. “Bu şekilde daha ileriye gidebiliriz.”

Ekip, 33.000'den fazla yıldızın kesin mesafelerini belirledi ve bu ölçümleri, Samanyolu boyunca yaklaşık 30 kiloparsek'e kadar yayılmış yıldızların 3 boyutlu bir haritasını oluşturmak için kullandı. Daha sonra bu haritayı, galaksideki diğer tüm yıldızların dağılımını hesaba katarak herhangi bir yıldızın hareket etmesi gereken hızı simüle eden bir dairesel hız modeliyle birleştirdiler. Daha sonra Samanyolu'nun güncellenmiş bir dönüş eğrisini oluşturmak için her yıldızın hızını ve mesafesini bir grafik üzerinde çizdiler.

Naguib, “İşte tuhaflık geldi” diyor.

Ekip, önceki dönüş eğrilerinde olduğu gibi hafif bir düşüş görmek yerine, yeni eğrinin dış uçta beklenenden daha güçlü bir şekilde düştüğünü fark etti. Bu beklenmedik düşüş, yıldızların belirli bir mesafe boyunca aynı hızla hareket ederken, uzak mesafelerde aniden yavaşladığını gösteriyor. Banliyölerdeki yıldızlar beklenenden daha yavaş hareket ediyor gibi görünüyor.

Galaksinin sırlarını keşfedin

Ekip bu dönüş eğrisini galakside bulunması gereken karanlık madde miktarına çevirdiğinde, Samanyolu'nun çekirdeğinin önceden tahmin edilenden daha az karanlık madde içerebileceğini buldu.

Najeeb, “Bu sonuç diğer ölçümlerle tutarsız” diyor. “Bu sonucun gerçekten anlaşılması, derin sonuçlara sahip olacaktır. Bu, galaktik diskin kenarının ötesinde daha fazla gizli kütleye veya galaksimizin denge durumunun revizyonuna yol açabilir. Bu cevapları, yüksek çözünürlüklü kullanarak gelecek çalışmalarda bulmaya çalışıyoruz. Samanyolu benzeri galaksilerin simülasyonları.

Referans: Xiaowei Ou, Anna-Kristina Ehlers, Lena Naguib ve Anna Friebel tarafından yazılan “Samanyolu'nun dairesel hız eğrisinden çıkarılan karanlık madde resmi”, 08 Ocak 2024, Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri.
doi: 10.1093/mnras/stae034

Bu araştırma kısmen Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edildi.