Astronomlar 1990’lı yıllardan bu yana izi aranan ancak bulunamayan atomik maddeyi galaksilerin arasına sıkışmış halde buldu. On yıllar önce başlayan araştırmalarda, evrenin “sıradan” maddelerinin envanteri çıkarılmak istendi. Teorik çalışmalar Büyük Patlama’nın ardından ne kadar yıldız, gezegen ve gaz oluştuğuna dair tahminler sunduğu için atomik maddelerden oluşan her yapının listelebileceğini düşündüler. Yapılan tahminleri, Büyük Patlama’dan arta kalan kozmik mikrodalga arkaplan (CMB) ışımadı doğrulayacaktı.
Nihayetinde astronomlar gözlemlenebilen evrenin tüm yıldız, gezegen ve gazlarını bir araya getirdi. Ancak her biri olması gerekenin sadece %10’unu oluşturuyordu. Sonuç olarak evrenin %15’ini sıradan maddenin, geri kalanını ise karanlık maddenin oluşturduğu düşünüldüğünde, astronomlar kozmostaki maddenin sadece %1,5’luk kısmını tespit edebilmişti.
Bugün, ardı ardına sunulan üç araştırmanın ardından astronomlar evrendeki sıradan maddenin geride kalan kısmını tanımlamayı başardı. Çok uzun sürmesine rağmen, saklı kalan maddenin en başında beri şüphelenilen yerde olduğu anlaşıldı: Galaksilerin arasındaki dev boşlukları dolduran sıcak gaz uzantılarının içinde. Bu yapılara “ılık-sıcak intergalaktik ortam” (WHIM) olarak biliniyor.
Galaksiler arasında çok geniş alan kaplayan görünmez gaz kütleleri olduğuna dair ilk izler, 1998’de yapılan bilgisayar simülasyonları ile elde edilmişti. Princeton Üniversitesi’nden Jeremiah Ostriker, “Evrendeki tüm gazlara ne olduğunu anlamaya çalışıyorduk” diyor. Ostriker, o yıl gerçekleştirilen simülasyonlardan birini meslektaşı Renyue Chen ile hazırlamıştı.
İkili, evrendeki gaz hareketlerini çekim kuvveti, ışık, süpernova patlamaları ve maddeyi uzayda etkileyen diğer kuvvetlerin hesaba katılmasıyla inceledi. Sonuçlar, gazın tespit edilebilir uzantılarda biriktiğine işaret etti. Ancak daha kesin bilgilere ulaşılamadı.
Liverpool John Moores Universitesi’nden Ian McCarthy, kozmolojik simülasyonların evrenin erken zamanlarında görülebilen tüm maddelerin (baryonlar) dağılmış halde olduğuna işaret ettiğini belirtti. Astronomlar bu sıcak baryonların kozmik bir süper yapı oluşturacağını düşündü. Görünmez karanlık maddeden oluşan bu yapı, galaksiler arasındaki dev boşluklarda uzanacaktı. Karanlık maddenin çekim gücü gazı kendisine doğru çekecek ve milyonlarca dereceye ısıtacaktı. Ancak sıcak, dağılmış halde gaz bulmak son derece zordu.
Andromeda Galaksisi’ndeki X-ray parlamasının sırrı NuStar ile çözüldü
Bir milyon galaksi çifti bir araya getirildi
Gizli olan kozmik gaz “ipliklerini” bulabilmek için iki bağımsız ekip CMB (Büyük Patlama sonrasında oluşan parlaklık) içindeki kesin bozluklukları araştırmaya başladı. Evrenin erken zamanlarında oluşan ışınlar kozmos içinde ilerledikçe, geçtikleri bölgelerde belli etkilere maruz kalacaktı. Özellikle WHIM gibi sıcak, iyonlaşmış gaz içindeki elektronların CMB’deki fotonlarla etkileşime girmesi beklenen bir durumdu. Bu etkileşimde, fotonlara ek enerji yüklenecek, CMB’nin spektrumu da bozulacaktı. Ancak, CMB’ye ait en iyi haritalar beklendiği gibi bozukluklar göstermedi. Ya ortada gaz yoktu, ya ortaya çıkan etki önemsiz derecede küçüktü.
Yine de iki araştırma ekibi gazları görünür kılmaya kararlıydı. Evrenin detaylı simülasyonlarına dayanarak, sıcak hazın dev galaksiler arasında pencere pervazındaki ömrümcek ağı gibi yayılması gerektiğini biliyorlardı. CMB haritalarının hazırlanması için kullanılan veriyi sağlayan Avrupa Uzay Ajansı’na (ESA) bağlı Planck uydusu, tek bir çift galaksi arasındaki gazları göremiyordu. Bu yüzden araştırmacılar son derece sönük sinyalleri 1 milyon kat artırmaya karar verdi.
İlk olarak astronomlar uygun galaksi çiftlerini bulmak için bilinen galaksileri içeren kataloglara baktı. Aralarındaki mesafede yoğun gaz kütleleri bulunması beklenecek büyüklükte galaksiler seçildi. Ardından Planck uydusunun verileri kullanılarak seçilen galaksilerin konumları belirlendi ve dijital makaslar kullanılarak bulundukları bölge gökyüzü haritasından çıkarıldı. Edinburgh Üniversitesi’nde doktora öğrencisi olan Anna de Graaff’ın da yardımıyla bir milyondan fazla galaksi işlendi ve her birinin aynı konumda göstermek için yönleri değiştirildi, çözünürlükleri azaltıldı veya artırıldı. En son olarak, bir milyon galaksi çifti birbirinin üstüne eklendi. Bu aşamada, Fransa’nın Orsay bölgesindeki Uzay Astrofizik Enstitüsü’nden Hideki Tanimura’nın başında olduğu ekip 260,000 çifti bir araya getirdi. Nihayetinde, göörünmez iplikler; yayılmuş sıcak gazın izleri ortaya çıktı.
Yine de kullanılan tekniğin sunduğu tuzaklar var. Colorado Üniversitesi’nden Michael Shull, sonuçlar üzerinde yapılacak değerlendirmenin sıcaklık ve sıcak gazın uzaysal dağılımı üzerinde varsayımlar gerektirdiğini belirtti. Ayrıca, büyük miktarda verinin bir araya getirilmesi esnasında “zayıf sinyallerin” neden olabileceği istatistiksel endişeler mevcut.
Bu sebeplerden dolayı, kozmoloji topluluğu WHIM konusunun çözümlendiğini henüz kabul etmiyor. Bunun olabilmesi için sıcak gazın bağımsız olarak ölçülmesini sağlayacak bir yöntemdi. Geçtiğimiz yaz, bu yöntem kendini gösterdi.
Evren’in 1,2 milyon galaksi içeren haritası
Deniz feneri etkisi
İlk iki ekip verileri bir araya getirmekle uğraşırken, bir üçüncüsü farklı bir yaklaşım izledi. Milyarlarca ışık yılı ötede, parlak sinyaller saçan bir kuasarı gözlemlediler. Kuasarı, yaydığı ışığın gezindiği galaksiler arası boşlukta gaz tespit etmek için kullandılar. Bu yöntem tıpkı uzaklardaki bir denizfenerinin yaydığı ışığa bakarak etrafını saran sisi incelemeye benziyordu.
Astronomlar genelde bu yöntemi kullandıklarında, evrendeki en bol element olan atomik hidrojen tarafından emilen ışığı tespit etmeye çalışıyorlar. Maalesef bu opsiyon söz konusu araştırmada geçerli değildi. WHIM aşırı sıcak olduğu için hidrojeni iyonlaştırıyor ve tek elektronunu ondan söküyor. Ortaya serbest elektron ve protonlara sahip, ışığı ememeyen plazma çıkıyor.
Bu yüzden araştırma ekibi gözünü bir diğer elementin üzerine dikti: Oksijen. WHIM’de hidrojen kadar oksijen bulunmuyor olsa da, atomik oksijen hidrjenin tek elektronuna karşılık sekiz elektron içeriyor. WHIM’deki sıcaklık bu elektronların bazılarını sökse de tümünü yok edemiyor. Roma’daki Ulusal Astrofizik Enstitüsü’nden Fabrizio Nicastro’nun başını çektiği ekip, geride iki elektronu kalan ve ışığı emen elektronları takip etti. Sonuç olarak iki grup galaksiler arası gaz tespit ettiler. Nicastro’nun ekibinde yer alan Shull, oksijenin çok daha büyük hidrojen ve helyum gazı rezervuarlarını takip etmeyi sağladığını belirtti. Araştırmacılar ardından gözlem için kullandıları kuasar ile Dünya arasındaki gaz miktarı ile Evren’deki bilinen tüm gaz miktarını karşılaştırdı. Sonuçlar kayıp olan %30’luk gaz rezervuarını bulduklarına işaret etti.
300 trilyon Güneş gücünde kuasar keşfedildi
Ortaya çıkan sonuç, CMB verilerine dayanan araştırmalar ile de uyuşuyor. Texas Üniversitesi’nden Mike Boylan-Kolhin, “Farklı gruplar aynı bulmacanın farklı parçalarına bakarak aynı cevabı elde ediyor. Yöntemlerindeki farklılığa bakılırsa bu güven verici” ifadesini kullandı.
Shull, bir sonraki aşamada X-ray ve morötesi teleskoplar ile daha fazla kuasar gözlemleyeceklerini söyledi. Shull, “Gözlemlediğimiz kuasar bulabileceğimiz en iyi ve parlak deniz feneriydi. Diğerleri daha sönük olacak ve gözlemler daha uzun sürecek… Ancak çıkış yolumuz belli. Kayıp olan baryonları bulduğumuz inanıyoruz” dedi.