Samanyolu Andromeda Çarpışması

galaksi2

Samanyolu’nun sonu şimdiden zamanlanmış durumda, ve havai fişeklerle kutlanacak. 4 milyar yıl sonra, komşumuzAndromeda galaksisi üzerimize doğru geldikçe, geceleyin gökyüzü milyarlarca yıldızın parıltısıyla aydınlanacak, iki gök devi bir olacak. Yıldızlar, gezegenler ve gaz bulutları devasa yerçekimsel güçler tarafından galaksiler arası uzaya savrulacak. Sağ kurtulan yıldızlar ve gezegenler, yeni yıldızlarla alevlenen karmakarışık bir bulutun üstüne atılacak. Samanyolu (Milky Way) ya da Andromeda değil de “Milkomeda” galaksisinin içinde uzun bir geleceğe doğru ilerleyecekler.

Bu, galaksimizin dehşet verici geleceğinin iyi düzenlenmiş bir resmidir. Üzerinde fikir birliği olmasa da, bu aynı zamanda geçmişinin bir görünütüsü de olabilir.

Gözlemlerin belirttiğine göre,  iki büyük devin geçmişteki bir karşılaşmasının kalıntıları galaksimizin çevresini kuşatmaktadır. Uydu galaksilerin yasak işbirlikleri,  küresel kümeler ve galaktik sarmallarımızın içine uzanan yıldız izi akıntıları, hepsi birden, lokal kozmik tarihimizin yeniden yazılması gerektiğine işaret ediyor. Ve sadece bunu değil: teleskoplarımızın bize neler söylediğini açıklamak için, en gizemli maddeleri, karanlık maddeyi ve muhtemelen yerçekiminin nasıl çalıştığına dair tüm görüşlerimizi de yeniden düşünmeye ihtiyaç duyabiliriz.

Birçok büyük problem gibi, bu da,  minik cüce galaksilerin tuhaf bir gruplaşmasının Samanyolu’nu çevrelemesiyle, küçük olarak başladı. 2012 yılında, Almanya Bonn Üniversitesi’nden astronom Marcel Pawlowski,  bunu “geniş kutuplu yapı” olarak adlandırdı. Cücelerin galaksiyi çevreleyen bir çember üzerinde sıralanarak, güneşimizi ve diğer herşeyi içeren yıldızların ana diskine dik açı yaptığı yoldan dolayı bu isim verildi.

Fakat bunu gören ilk kişi o değildi. Cambridge Üniversitesi’nden Donald Lyndon-Bell, 1976 yılında Samanyolu’nu çevreleyen uydu galaksilerin rastgele dağılmadığına, birşeyin onları belirgin bir hizada toparlamış gibi göründüklerine dikkat çekti. “Bunun, büyük bir galaksinin bir çeşit enkaz akıntısı meydana getiren parçalanması olabileceğini düşündüler. O zamanlar açık bir tartışma vardı, fakat sonra konu popülerliğini yitirdi.”, Pawlowski.

Popülerliğini yitirmesine neden olan şey, karanlık madde konusunun gündeme gelmesi oldu. Karanlık madde 1970lerde, Newton ve Einstein tarafından açıklığa kavuşturulan, yerçekimine dayanan standart kozmolojik modellerimiz ile gerçeklik gözlemleri arasındaki apaçık bir çelişkiyi açıklamak için gündeme geldi. Astronomlar uzak galaksilerin hangi hızda döndüklerini hesapladıklarında, bu göksel cisimleri çok hızlı bir şekilde dönerken buldular. Onları bir arada tutmak için sadece görünen maddenin yerçekimine dayanıyor olsalardı tuzla buz olurlardı. Bu çılgın dönüş, galaksilerde gözle görünenden daha fazlasının olduğuyla açıklanabilirdi. Maddelerinin çoğu alışılagelmiş atomlardan yapılmış olmasaydı da ışıkla etkileşim sağlamayan parçacıklardan yapılsaydı, bu sayede görünmez olurlardı.

Karanlık madde uyumlu fikirler, yıldızlar ve galaksiler şekillenmeden önce, evrenin ilk yıllarını çalışan fizikçiler tarafından piyasaya çıkıyordu. Bu yanıcı atmosferde, tam teçhizatlı yeni parçacıklar güç ve enerjiyi taşımak için ortaya çıktı. Evren genişledikçe ve sıcaklığı düştükçe, bu parçacıklar potansiyellerini kaybedeceklerdi ve etkisiz, görünmez bir çorba haline geleceklerdi.

Hiç kimse henüz karanlık maddeyi saptayamadı ya da üretemedi. Ancak popülerliği büyüdükçe büyüdü. Şuanki standart kozmolojik modelimizde, karanlık madde normal maddeye göre 5 kat daha ağır basmaktadır. Böylece karanlık madde, sadece galaktik dönüşü açıklamıyor, ayrıca Samanyolu gibi galaksilerin var olmasını da açıklayabiliyor. Karanlık maddenin başlangıç yoğunluğundaki minik düzensizlikler, maddelerin, diğer hiç birşeyin etkilişimden etkilenmeden, kendi ağırlıkları altında çökmesine neden oldu. Bu, normal maddeye doğru çekildi, düz yüzeyli, dönen madde disklerinin içine çöken  – galaksilere.

Bu oluşumun similasyonunu oluşturduğumuzda, Samanyolu gibi gözlemlenen galaksi formlarının oluştuğunu gördük. Mikrodalga arkaplanda gördüğümüz sıcak ve soğuk bölgeler, sadece 380.000 yıl yaşındayken kozmosun etrafına gönderilen ışık, bu işleme işaret ediyor gibi gözüküyor. Böylelikle bugün inanıyoruz ki galaksiler, yerçekimini meydana getiren ve herşeyi birarada tutan bir karanlık madde hâlesi tarafından çevrelenmektedir.

Aynı simülasyonlar, karanlık madde galaksi hâlesi oluşturmak için çöktükçe,  kısımlarının parçalandığını, normal maddeye indiğini ve cçevredeki galaksilere doğru yayılan bir cüce galaksi popülasyonunu doğurduğunu gösteriyor. Bu yüzden Samanyolu’nun cüce uydularının hiç bir suretle rastgele yayılmadığı görülüyor.

Karanlık madde modelinin büyük başarısı, birçok astronom için bu küçük problemi hep arka plana attıkları için mutluluk vericiydi: Düşünce şöyleydi, “Samanyolu’na eşlik eden cüceleri basitçe henüz görmedik.” Fakat 2005’de Bonn Üniversitesi’nden Pavel Kroupa, uydu galaksi datasını yeniden analiz etti ve karanlık madde teorisindeki çarpıcı uyumsuzluğu doğruladı.

Kroupa’nın doktora öğrencisi Pawlowski sonra daha da ileri gitti. Samanyolu hâlesindeki diğer objelerin dizilimini araştırdı. Küresel kümeler olarak bilinen, cüce galaksilerden çok daha küçük küresel yıldız toplulukları ve galaksiler parçalandığında oluştuğu düşünülen uzun incecik yıldız kuyruklarını tıpkı cüce gezegenlerde olduğu gibi dizili halde buldu.

Tüm bunları açıklamak için, Pawlowski Lyndon-Bell’in orjinal önerisi olan “bu, galaksiler arası bir çarpışmanın enkazı olabilir” fikrine kanalize oldu ve böylesi bir çarpışmanın ortaya çıkışının nasıl olabileceğine baktı. Cüce galaksilerin gerçekten de iki galaksinin etkileşiminin ardında kalan malzemelerden oluşmuş olabileceğini araştırdı. Astronomlar, evren boyunca uzaya muazzam yıldız izleri ve gaz fırlatan bir çok galaktik dans görüyorlar. Pawlowski’nin simülasyonları Samanyolu cüce galaksilerinin böylesine bir karşılaşmayı takip ederek, gerçekten de gözlemlediği pozisyonda meydana geldiğini doğruladı.

Fakat bizimle dans eden şey neydi? 2013’e kadar görünür bir aday yoktu, ta ki Fransa, Strasbourg Gözlemevi’nden Rodrigo Ibata ve meslektaşları, 2.5 milyon ışık yılı uzaklıktaki en yakın galaktik komşumuz Andromeda etrafında, cüce galaksilerin benzer kutupsal yapılarının var olduğunu gösteren gözlemler yayınlayana kadar. Andromeda düzleminin altındaki cüceler bize yaklaşırken, üzerindekiler bizden uzaklaşıyorlar. (Diskin şans eseri bir dizilim olmadığına, aksine uyumlu dönen bir yapı olduğuna dair ikna edici bir delil) Andromeda’nın uydu diski ayrıca bizimki ile aynı şekilde dönüyor, ve Samanyolu’na işaret ediyor, yine de bizim galaksinin kutup yapısından 35 derecelik bir hafif bir sapmaya sahip.

Farzettikleri karanlık madde hâlelerini hesaplamalarına rağmen, Anromeda ve Samanyolu basitçe Büyük Patlama’dan bu yana geçen zamanda, kendilerini bir çarpışmaya çekecek yeterli kütleye sahip değil. (ve bu nedenle ortak yerçekimine de)

Bu bir açmazdır. Tabi yerçekimiyle birlikte birşey olmadığı müddetçe. Newton ve Einstein’in teorilerinin öngörülerine göre; yerçekimi öyle bir kuvettir ki şiddeti kütleli iki nesnenin arasındaki mesafenin karesi oranında zayıflar. Bu gerçekten de güneş sistemimize uygun bir açıklama görünüyor. ( plüto kadar uzaktaki bir kütlenin yörüngesi de tahminlere uymaktadır.) Fakat bu henüz bir varsayımdır, hiçbir zaman daha geniş ölçeklerde test edemedik.

Yerçekimi şiddetinin heryerde aynı olmadığı şeklindeki normal inanışa ters düşen fikir, karanlık maddeye alternatif olarak 1980’lerde tekrar teklif edildi. Bu, MOND olarak bilinen “Değiştirilmiş Newton İlkeleriydi”. Fikir, New Jersey Princeton Üniversitesi’nden Mordechai Milgrom tarafından ortaya çıkarıldı. Bulgularına göre, yerçekimi alanının kısmen zayıf olduğu durumlarda, yerçekimi şiddeti uzaklığın karesi oranında zayıflamayacak, fakat düzleşecektir. Bu durumda galaksilerin dönüşü neredeyse mükemmel olarak tanımlabilecekti. Böyle bir çevrede, örneğin galaksilerin dış alanlarında,  yerçekimi beklenenden daha güçlü olacaktır.

2014’de Kroupa ve diğerleri ile birlikte çalışan, İngiltere St Andrews Üniversitesinden Hongsheng Zhao, böylesi hemen göze çarpmayan bir değişimin, Samanyolu ve Andromeda arasında 7 ila 11 milyar yıl önce bir etkileşime izin verdiğini gösterdi. “ Basitçe konuşursak, MOND dinamikleri bu ikili arasında geçmişte bir etkileşim olduğu tespitinde bulunuyor” Pawlowski.

Tam akışkan epifani (görünüş – tezahür )

 Fakat MOND fizikçiler arasındaki en popüler konu değil. Yerçekimi şiddeti çok zayıf alanlarda hiç test edilmemiş olmasına rağmen, “doğanın gücü onun şiddetini kolaylıkla değiştirmeli” fikri en tatsız olandır. Ve ölçekler çok genişlediğinde MOND ile ilgili sorunlarla karşılaşılmaktadır. Birçok galaksi kümesinde, karanlık madde hâla herşeyi birarada tutmak için gereklidir. Ve kozmik mikrodalga arkaplanındaki bu sıcak ve soğuk bölgeleri açıklamak, normal maddeyi galaksilere çökertmek için yardımcı olacak bazı formlardaki karanlık madde olmadan çok zordur.

Tüm bunlar Pawlowski’nin, sadece geçmişteki bir Samanyolu ve Andromeda çarpışmasını açıklamak için değil de ayrıca diğer bütün gözlemleri uygun hale getirmek için, MOND fikrinin modifiye edilebileceğini durup düşünmesine neden oldu.  “Belkide MOND bize yerçekimi hakkında birşeyler söylüyordur. Ya da bize karanlık madde hakkında birşeyler söylüyordur” diyor.

Justin Khoury kendine aynı soruyu sorar ve muhtemelen bir cevabı vardı. Pensilvanya Üniversitesi’nden teorik bir fizikçi olan Khoury, galaksilerin ölçeklerine kadar kozmik dinamikleri açıklamada MOND’un başarılarına uzunca bir süre hayranlık duydu. Ve hatalı oluşu herşeyden daha büyüktü. “Kozmolojik ölçeklerde sessizce ilerlemek için, yerçekimini galaksi ölçeklerinde değiştirecek bir bileşene ihtiyacınız var. Bunu nasıl yapabilirsiniz?” Onun cevabı: “tam akışkanlarla.”

Khoury’nin epifanisi Bose-Einstein yoğunlaşması olarak bilinen süper akışken bir hâli içeriyor. Bir kez belirli derecedeki bir sıcaklığın altına düştüğünde, bazı normal türden madde atomlarının arasında sonuç vermeye başlar. Bu durumda kurucu parçacıklar, akışkanlığı olmayan ve gecikme olmadan akan, tek bir uyumlu kütle gibi davranmaya başlar. Sıcaklık tekrar arttığında, normal, akışkan sıvı bir duruma ayrışırlar.

Eğer karanlık madde parçacıkları Bose-Einstein haline geçerse, Khoury’ye göre bu, MOND’un belirli ölçekler üzerindeki ve olağan karanlık maddenin diğerleri üzerindeki kopyasını oluşturacak şey olurdu. Galaksilerin göreceli zayıf yerçekimi alanlarında, karanlık madde yavaş hareket ediyor olurdu ve az etkili bir sıcaklığa sahip olurdu. Uzayı bükerek ve MOND-benzeri ek bir yerçekimsel güç oluşturarak, boyutları doğrultusunda enerjisinin eşit oranda yayıldığı bir Bose-Einstein haline geçerdi. Ancak galaksi kümelerindeki gibi daha güçlü yerçekimsel alanlarda, uyum bozulur ve madde, kendi küçücük yerçekimi gücüne parçacık parçacık katılım sağlayan, olağan karanlık madde gibi davranırdı.

Bu ayrıca güneş sistemimiz ölçeklerinde neden MONDsal bir davranış görmediğimizi açıklar. Güneşimizle birlikte çok güçlü lokal bir yerçekimi gücüne sahibiz, bu yüzden yoğuşuk madde kendi seviyesinde bozulur. Bunun aynısı, yoğuşuk maddenin içinde yabancı madde gibi davranacak şekilde Samanyolu’nun her bir yıldızı için doğrudur. Fakat galaksimiz temel olarak bütün diğer galaksiler gibi boş uzay olduğu için tüm galaktik yoğuşukluk halâ baskın gelecektir.

Khoury, karanlık madde ilkelerinin Bose-Einstein yoğuşuğunu doğal olarak taklit ettiğini öne süren ilk kişi değildir. Fakat o, yerşekimindeki MOND-benzeri varyasyonlara öncülük edeceğini öngören ilk kişiydi. Böylece iki modelin parçalarını birleştirmeye önceden acımasızca karşı çıkılıyordu. Bu hibrid modelin çalışması için, Khoury’nin hesaplamaları, karanlık maddenin kendisinin, şimdiki modelin işaret ettiğinden milyar kere daha hafif olduğunu öngörmektedir.

Sert uyumsuzluk

 Khoury şuan, süper akışkan karanlık madde hâlelerinin, galaksilerin birleşme şekillerini nasıl etkilediğini görmek için bir bilgisayar modeli geliştiriyor. Bu fikri test edebilmek için yapabileceği herhangi bir gözlem varmıdır onu görmek istiyor. Ayrıca bir yoğun madde fizikçisi olan meslektaşı Tom Lobensky ile tam olarak tahmin edilen etkiyi yaratacak bilindik aşırı soğutulmuş bir atomik akışkan olup olmadığını görmek için çalışıyor. “Eğer varsa, muhtemelen atom gazlarını galaksileri ve birleşenlerini simüle edebilmek için laboratuvarda kullanabiliriz.”, diyor

Süper akışkan karanlık madde hakkındaki bazı konuşmalar, yerçekimini gereksiz ve istenilmeyen bir karmaşıklık şeklinde niteliyor. Örneğin Maryland College Park Üniversitesi’nden Ed Shaya, simülasyonların birbiri içinde uyumsuz olduğunu ve cüce gezegenler gerçekliğinin hesaplama gücü yoksunluğunda olduğunu düşünüyor. Bu da simülasyonların çözünürlüğünü sınırlamaktadır. Ve halâ, olağan fizik ve olağan karanlık madde ile başlatılacak çözümlerin olduğuna inanıyor. “Henüz standart modelden vazgeçmenin zamanı değil” diyor.

Simülasyon ve gerçeklik arasındaki mesafe şimdilik çok sert. Engin kutupsal yapıların halka şekilleri çap olarak yaklaşık 500.000 ışık yılı uzunluğunda ama 50.000 ışık yılından daha geniş değil. Ayrıca bazı standart galaksi oluşum simülasyonları benzer hizalama üretmek için donatılabilir, ancak hiçbir zaman bir milyon ışık yılı genişliğinden daha az halka üretmezler. Pawlowskiye göre, bu uyumsuzluk büyük bir meseledir. “Galaksiler ölçeğinde standart modelin sahip olduğu birkaç problem var, ama en büyüğü bu” diyor.

Biz sakin bir şekilde galaksimizin sonundaki havai fişek gösterisine doğru kıvrılarak gittikçe, bunların hiçbiri bizim nihai inancımızı etkilemeyecektir. Fakat bu şok edici ve korkutucu görüntü tekrar yaşanan bir performans mı olacak? Kim bilir – ve eğer yerçekimi ve karanlık madde hakkındaki fikirlerimizi değiştirmek zorunda kalırsak, günlüklerimize bir sonraki randevuyu bu kadar netlikte yazamayız.

Havai fişekler beklediğimizden biraz daha erken havalanabilir.

Stuart Clark  –  New Scientist

Çeviren Gültekin METİN
https://www.newscientist.com/article/mg23030670-300-how-a-galactic-smashup-could-force-a-rethink-of-gravitys-laws/?utm_source=NSNS&utm_medium=SOC&utm_campaign=hoot&cmpid=SOC%7CNSNS%7C2016-GLOBAL-hoot

Check Also

Hiçbir şey Göründüğü Gibi Değil

Büyük Yanılgı!.  Neden Hiçbir şey Göründüğü Gibi Değil? Graham Lawton   Bu sizi hayrete düşürebilir ancak ...