Bilim İnsanları Karanlık Evrenin İzlerini Keşfetti

Evrenin dört bir yanına yayılmış galaksilerin haritalarında saklı bilgiler, yeni bir analiz yöntemi sayesinde ortaya çıkabilir. Üç boyutlu veri yapısını koruyarak gerçekleştirilen bu yöntem, standart kozmoloji modelinin doğruluğunu test etmek veya karanlık madde ve karanlık enerjiden oluşan karanlık evrenin doğasını daha iyi anlamamızı sağlayacak olası sapmaları ortaya çıkarmak açısından büyük önem taşıyor.

Tokyo Üniversitesi'nden Minh Nguyen liderliğindeki araştırma, güçlü bilgisayar algoritmalarını kullanarak galaksilerin 3D haritalarını, evrendeki galaksilerin ve karanlık madde halelerinin büyüme ve dağılımını simüle eden detaylı modellemelerle karşılaştırıyor.

Geçmişte, astronomlar galaksi araştırmalarını iki boyutlu uzay görüntüleriyle yapar ve galaksilerin konumlarını ölçerek birbirlerine ne kadar yakın olduklarını veya nasıl hizalandıklarını anlamaya çalışırlardı. Günümüzde ise çoklu nesne spektroskopisi sayesinde galaksilerin kırmızıya kayma ölçümleri yapılarak mesafeleri belirlenebiliyor ve üç boyutlu evren haritaları oluşturulabiliyor.

Ancak, bu tür büyük 3D verileri analiz etmek son derece karmaşıktır. Verileri daha verimli işleyebilmek için "n-nokta korelasyon fonksiyonları" adı verilen sıkıştırma yöntemleri kullanılmaktadır fakat bu yöntemle bazı önemli bilgilerin gözden kaçabileceği düşünülüyordu.

Nguyen ve ekibi, bu sorunu çözmek için "field-level inference" (FLI) adlı bir teknik ile "LEFTfield" adı verilen bir algoritma çerçevesi geliştirdi. Bu teknik, evrenin erken döneminden günümüze kadar galaksilerin büyümesini ve kümelenmesini modelleyerek sıkıştırılmış analizlerde kaybolan bilgileri ortaya çıkarıyor. Araştırma, Buchalter Kozmoloji Ödülü'nde üçüncülük kazandı.

Nguyen, "Field-level inference tekniğinde, doğrudan galaksilerin 3D haritalarıyla çalışıyoruz." diyor. Haritalar, üç boyutlu pikseller (voxels) kullanılarak bilgisayar ortamında temsil ediliyor. FLI, standart kozmoloji modeline göre galaksi ve karanlık madde yapısının nasıl görünmesi gerektiğini tahmin ediyor ve bunu gözlemlenen galaksi dağılımıyla eşleştirmeye çalışıyor.

N-nokta korelasyon fonksiyonları, işlem süresini kısalttığı için tercih edilen bir yöntem olsa da modern bilgisayar algoritmaları tam veri setini işleyerek daha kapsamlı analizler yapmamıza olanak tanıyor.

Nguyen, "Günümüzde güçlü bilgisayar algoritmaları sayesinde, bu büyük veri parametrelerini daha hızlı ve verimli bir şekilde analiz edebiliyoruz." diye ekliyor.

Nguyen ve ekibi, Max Planck Astrofizik Enstitüsü'nden Fabian Schmidt, Beatriz Tucci, Martin Reinecke ve Andrija Kostić ile birlikte önce FLI’yi karanlık madde haleleri üzerinde test etti. Bu haleler, galaksileri ve galaksi kümelerini çevreleyen büyük karanlık madde bulutlarıdır. Daha sonra, "Beyond Two-Point Collaboration" çalışması kapsamında, FLI'yi simüle edilmiş galaksi haritalarında da uyguladılar. Sonuçlar yakında The Astrophysical Journal Supplement Series'de yayımlanacak.

Araştırmalar, FLI analizinin iki ve üç nokta korelasyon fonksiyonlarına kıyasla 3 ila 5 kat daha fazla detay ve doğruluk sunduğunu gösteriyor. Bu, önceki analiz yöntemleriyle gizlenen önemli bilgilerin varlığını kanıtlıyor.

Peki, bu bilgiler bize ne anlatabilir? Evrenin büyük ölçekli yapıları, yani galaksi kümelerinin oluşturduğu devasa zincirler, büyük patlamada meydana gelen kuantum dalgalanmalarına kadar izlenebilir. FLI, bu dalgalanmaların zaman içinde nasıl geliştiğini veya galaksilerin kütle çekimi altında nasıl evrildiğini daha iyi anlamamızı sağlayabilir. Bu da karanlık madde ve hatta kütle çekimi hakkında yeni bilgiler edinmemize yardımcı olabilir.

Nguyen, "Gözlemlenen galaksi dağılımına karşılık gelen tüm karanlık madde alanına erişim sağlayarak, yerel etkileri daha hassas bir şekilde tespit edebiliriz." diyor. Geleneksel analizler, bu tür yerel etkileri göz ardı ediyordu.

Şimdi sırada, bu yöntemin gerçek gözlem verileriyle test edilmesi var. Araştırmacılar, Kitt Peak Ulusal Gözlemevi'ndeki Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrümanı (DESI), Subaru Prime Focus Spektrografı ve Avrupa Uzay Ajansı’nın Euclid misyonu gibi gözlem araçlarını kullanarak FLI’yi test edecekler. Bununla birlikte, 2027'de fırlatılması planlanan Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu ve bu yıl faaliyete geçecek Vera C. Rubin Gözlemevi de bu çalışmalara katkı sağlayacak.

Karanlık evrenin ve büyük ölçekli yapılar üzerindeki etkisinin hâlâ pek çok bilinmeyeni barındırdığı düşünülüyor. Ancak FLI yöntemi, galaksi haritaları aracılığıyla karanlık madde dağılımını tanımlayarak bu gizemi çözmeye yardımcı olabilir.

Max Planck Astrofizik Enstitüsü'nden Fabian Schmidt konuyla ilgili, "Bu oldukça önemli bir gelişme, çünkü doğrudan gözlemlenemeyen karanlık maddeyi tanımlayabiliyoruz ve bu, kütle çekimi mercekleme ile oluşturulan karanlık madde haritalarını tamamlayan bir yöntem olabilir." diyor.

Sonuç olarak, galaksi haritalandırma çalışmaları, yalnızca evrenin görsel yapısını anlamakla sınırlı değil; aynı zamanda evrenin kökeni ve yapısına dair önemli keşiflerin yolunu açabilir.