Fermi teleskopu 15 yıllık verilerle karanlık maddenin sırrını çözüyor

Galaksimizin etrafını saran geniş gaz ve radyasyon bölgesinde, bilim insanlarının uzun süredir aradığı bir işaret ortaya çıkmış olabilir. Fermi Gama-Işını Uzay Teleskopu tarafından toplanan andırıcı miktardaki veri, Samanyolu'nun halesinde, herhangi bir bilinen kaynağa kolayca açıklanamayan ve olağanüstü yüksek enerjili gama ışınlarından oluşan bir parıltıyı gözler önüne sermiştir. Tokyo Üniversitesi'nden araştırmacı Tomonori Totani'nin yürüttüğü çalışma, bu parıltının varsayımsal karanlık madde parçacıkları birbirleriyle çarpışıp yok olduğunda ortaya çıkan radyasyon olabileceğini ileri sürmektedir. Böyle bir bulgu, eğer doğrulanırsa, insanlığın karanlık maddeyi ilk kez doğrudan gözlemlemesi anlamına gelebilir ve bu da bilim dünyasında devasa bir atılım teşkil edecektir.

Karanlık madde nedir ve neden bu kadar önemlidir?

Evrenin yapısını anlama çabası içinde, bilim insanları çok uzun zamandır açıklanamayan bir sorunla karşı karşıyadır. Gözlemleyebildiğimiz yıldızlar, gezegenler ve galaksiler gibi maddelerin toplam kütlesi, evrenin yerçekimi davranışını açıklamak için yetersiz kalmaktadır. Bu tutarsızlık, bilim insanlarını, gözle görülemeyen ancak güçlü bir çekim etkisi yaratan bir madde türünün varlığını kabul etmeye itmiştir. Araştırmacılar, normal maddenin evrenin madde dağılımının yalnızca yaklaşık yüzde 16'sını oluşturduğunu, geri kalan yüzde 84'ünün ise kimliği bilinmeyen karanlık maddeden meydana geldiğini hesaplamışlardır. Bu inanılmaz oran, karanlık maddenin evrenin yapısında ne denli merkezi bir rol oynadığını göstermektedir. Neredeyse bir asır önce İsviçreli astronom Fritz Zwicky tarafından ilk kez ortaya atılan bu soru, günümüzde hala bilim insanlarının en meşgul ettiği konulardan biridir.

WIMP parçacıkları ve yok oluş teorisi

Karanlık maddenin ne olduğu sorusuna cevap aramak için, bilim insanları çeşitli teoriler geliştirmiştir. Bunların arasında en öne çıkanlardan biri, zayıf etkileşimli masif parçacıklar olarak adlandırılan ve kısaca WIMP olarak bilinen varsayımsal bir parçacık sınıfıdır. Mevcut teoriye göre, bu parçacıklar ve onların antiparçacıkları uzayda birbirleriyle çarpıştığında, birbirlerini yok ederler. Bu yok oluş süreci, gama-ışını fotonları da dahil olmak üzere, çeşitli parçacıklardan oluşan bir yağmur meydana getirmektedir. Eğer bu teori doğruysa, karanlık maddenin yoğun olduğu bölgelerde, bu yok oluş olaylarından kaynaklanan gama ışınlarının güçlü bir sinyali tespit edilebilir olmalıdır. Bilim insanları, özellikle karanlık madde yoğunluğunun yüksek olduğu galaktik merkez gibi bölgelerde bu sinyalleri aramaya başlamışlardır. Ancak, galaksimizin halesinde böyle bir sinyalin bulunması, araştırma alanını önemli ölçüde genişletmiş ve yeni umutlar doğurmuştur.

Fermi teleskopu ve 15 yıllık veri analizi

Tomonori Totani'nin araştırmasının temelini, Fermi Büyük Alan Teleskopu tarafından 15 yıl boyunca toplanan gözlemler oluşturmaktadır. Bu uzun süre zarfında biriktirilen veriler, karanlık madde sinyalini ortaya çıkarmak için gerekli istatistiksel gücü sağlamıştır. Galaktik hale çok soluk bir bölge olduğundan, gama-ışınları nispeten az sayıda ve birbirlerinden uzak mesafelerde dağılmıştır. Fazla bir sinyali tespit edebilecek istatistiksel analiz yapabilmek için, önemli sayıda foton verisi gerekli olmuştur. Daha geniş bir veri seti, aynı zamanda sinyal-gürültü oranını da artırarak, elde edilen verilerin güvenilirliğini yükseltmiştir. Totani, bu veriler üzerinde çalışırken, Fermi baloncukları ve nokta kaynakları gibi galaktik haledeki bilinen gama-ışını emisyon kaynaklarını da dikkate almıştır. Tüm bu bilinen kaynaklar matematiksel olarak hesaba katıldıktan sonra, kalan gama-ışını emisyonu ayrı bir harita üzerinde derlenmiştir.