Astronomlar Evrenin Kayıp Maddesinin Gizemini Çözdü

On yıllar önce gökbilimciler, “sıradan” maddenin (yani karanlık madde veya karanlık enerji olmayan her şeyin) evrenin %5’ini oluşturduğunu tahmin ettiler. Ancak, bu tahminin bir sorunu vardı: Bu maddenin çoğunun nerede olduğunu bilmiyorlardı.

Harvard & Smithsonian Astrofizik Merkezi (CfA) ile California Teknoloji Enstitüsü’nden (Caltech) gökbilimciler, evrenin “kayıp” maddesinin izini sürdüler. Hızlı radyo patlamaları (FRB’ler), sıradan maddenin (baryonik madde olarak adlandırılır) üçte birinden fazlasının galaksiler arasında, sıcak ve düşük yoğunluklu bir gaz şeklinde bulunduğunu gösteriyor. Elde ettikleri verilerle, bu maddenin evren boyunca nasıl dağıldığına dair ilk detaylı ölçümleri belgelemiş oldular.

CfA gökbilimcisi Liam Connor birçok konuşmada “Onlarca yıllık ‘kayıp baryon problemi’ bu maddenin var olup olmamasıyla ilgili değildi,” dedi. “Her zaman: Nerede olduğu sorusuydu. Şimdi FRB’ler sayesinde biliyoruz ki, bu maddenin dörtte üçü, kozmik ağdaki galaksiler arasında dolaşıyor.” Connor ve ekip arkadaşları bu keşiflerini bugün Nature Astronomy’de yayımlanan bir çalışma ile açıkladılar.

Teknik olarak, baryonik madde protonlar ve nötronlardan oluşan maddedir. Ancak, astronomlar genellikle bu terimi atomlardan oluşan bütün maddeleri tanımlamak için kullanırlar. “Baryonların az bir kısmı yıldızlarda ve galaksiler içindeki yıldızlararası ortamda bulunur,” çalışmada yer alan araştırmacılar yazdı. Yıldızlararası ortam, yıldız sistemleri arasındaki boşluktur.

Önceki araştırmalar, kalan baryonik maddenin büyük çoğunluğunun galaksiler arası ortam boyunca yayılmış gaz olduğunu öne sürmüştü. Ancak, “bu yayık iyonize edilmiş gazı ölçmek olağanüstü derecede zor olduğu için,” ekip ekledi, bilim insanları gazın miktarını veya tam olarak nerede olduğunu doğrulayamadılar.

Yeni çalışmada, araştırmacılar, uzak galaksilerden gelen hızlı ve parlak radyo sinyalleri olan FRB’lere güvendiler. FRB’ler galaksiler arası gazdan geçerken yavaşlarlar. Bu yavaşlamanın hızını ölçerek, ekip sinyalin ne kadar gazdan geçtiğini çıkarsayabilir. 11,74 milyon ışık yılı uzaklıktaki bir galaksiden 9,1 milyar ışık yılı uzaklıktaki birine kadar olan 60 FRB’yi incelediler. Bu sonuncusu, bilim dünyasında bilinen en uzak FRB olan FRB 20230521B’dir.

FRB’leri inceleyerek, bilim insanları tüm baryonik maddenin %76’sının IGM’de, %15’inin galaksi halolarında ve diğer küçük bir kısmının yıldızlarda veya soğuk galaktik gazda bulunduğunu doğruladılar. Kozmolojik simülasyonlar daha önce bu dağılımı önermişti, ancak bu yakın tarihli çalışma doğrudan kanıtlar sunarak maddenin evren boyunca hareketini aydınlattı.

“Baryonlar, yerçekimi ile galaksilere çekiliyor, ancak süper kütleli kara deliklerle patlayan yıldızlar onları geri atabilir – çok sıcak olduğunda bir tür kozmik termostat gibi soğutur,” dedi çalışmanın baş yazarı Connor. “Sonuçlarımız, bu geri bildirimlerin etkili olduğunu ve gazların galaksilerden dışarı ve IGM’ye doğru püskürtüldüğünü gösteriyor.”

Caltech gökbilimcisi ve eş-yazar Vikram Ravi de “FRB’ler sayesinde, evrenin yapısını ve bileşenlerini tamamen yeni bir ışıkta görmeye başlıyoruz,” dedi. “Bu kısa yanıp sönmeler, galaksiler arasındaki geniş alanları dolduran, aksi takdirde görünmez olan maddeyi izlememize olanak tanıyor.”

Daha güçlü teleskopların binlerce FRB’yi tespit etmesi beklenirken, kim bilir hangi diğer sırlar yakında gün yüzüne çıkabilir?