Evrendeki "hayalet gök cisimleri" ni yakalayın, bunlar karanlık maddenin parçası mı?
Geceleri yıldızlı gökyüzü göz kamaştırıcıdır, ancak bunlar yalnızca görebildiğimiz nesnelerdir.Bunlara ek olarak, evrende kendiliğinden görünür ışık yaymayan birçok gök cismi vardır, örneğin çok soğuk yıldızlar: kahverengi cüceler, küçük kütleli kara delikler, olabilirler. Güneş sistemimizde dolaşırken onları gözlemlemek bizim için zor. Bugün evrende "hayalet gök cisimleri" ni nasıl arayacağımız hakkında konuşuyoruz? Onlar aynı zamanda karanlık madde için de adaylardı!
Görebildiğimiz yıldızlar orta derecede parlaklığa ve mesafeye sahip gök cisimleridir.
Yıldızlı gökyüzüne bakmak için karanlık bir yer seçersek, ay yoksa, açık bir gecede yaklaşık 6000 yıldız (veya daha fazla) sizi karşılayacaktır.
Ancak görebildiğimiz yıldızlar, Samanyolu'ndaki yüz milyarlarca yıldızın yalnızca küçük bir kısmı. Samanyolu'nun ne kadar büyük olduğunu ve yıldızların dünyanın konumundan ne kadar uzakta olduğunu biliyoruz, bu nedenle yıldızların sadece küçük bir kısmı bizim tarafımızdan görülebilir. Bunu anlamak çok kolay ve görebildiğimiz yıldızların bize en yakın yıldızlar olduğunu da düşünebilirsiniz Doğru olsa da hikaye aslında çok daha karmaşık.
Tüm yıldızlar eşit yaratılmamıştır ve evrendeki her şey çeşitlilikle doludur ki bu şaşırtıcı değildir, ancak diğer yıldızlarla karşılaştırıldığında bu yıldızların eşitsizlik derecesi bizi şaşırtabilir.
Spesifik olarak: Güneş gibi bir yıldızı on kat uzaklaştırırsak, parlaklığı güneşin yalnızca yüzde biridir. Bir yıldızı güneşin kütlesiyle ve bir yıldızı güneşin kütlesinin 10 katı ile karşılaştırırsak, parlaklığı güneşinkinin yaklaşık 5000 katıdır! Evrendeki büyük kütleli yıldızların çoğu (güneşin kütlesinin 100 katından fazlası), güneşten milyonlarca kez daha parlaktır.
Diğer bir deyişle, gördüğümüz yıldızlar bize en yakın olmak zorunda değillerdir.Onları görebilmemiz, yıldızların kendilerinin parlaklığı ve bizden olan uzaklıkları ile doğrudan ilgilidir. Kendi içinde çok parlak, bizden çok uzakta. Ve bazı yıldızlar gerçekten de bize çok yakın, ancak kendi parlaklıkları yeterli değil, onları görmek bizim için hala zor. Aslında, bize en yakın 10 yıldızdan sadece ikisi çıplak gözle görülebilir!
Örnek olarak bize en yakın yıldızı alın: Proxima Centauri (Alpha Centauri C). Alpha Centauri'yi duymuş olmalısınız, bizden 4.3 ışıkyılı uzaklıkta üçlü bir yıldız sistemidir Proxima Centauri de bu yıldız sisteminin bir üyesi olarak kabul edilir Proxima Centauri güneşten sadece 4.24 ışıkyılı uzaklıkta. Güneşin yalnızca% 12'lik bir kütlesi olan kırmızı bir cücedir ve görünür ışık altında parlaklığı yalnızca% 0,0056'dır. Aşağıdaki fotoğraflar, gökyüzündeki üçüncü ve dokuzuncu en parlak yıldızlar ve bize en yakın komşumuz Alpha Centauri ve Beta'yı göstermektedir.
Kırmızı ok bize en yakın yıldızdır, sadece 100 yıl önce olan 1915'e kadar keşfedilmemişti. Bir hidrojen füzyonu ana sekans yıldızı olarak, aslında evrendeki en karanlık gök cismi değildir.
"Buzlu" kahverengi cüce
Yukarıdaki resim, düşük kütleli, soğuk m sınıfı kırmızı cüce yıldızlardan (Proxima'nın bulunduğu yer) süper masif, parlak mavi o sınıfı yıldızlara kadar çok sayıda yıldızı gösteren standart bir Kahraman diyagramıdır.
Ancak bu resim daha düşük kütleli yıldızları hariç tutuyor: hidrojeni helyuma dönüştürmek için çok düşük kütleli. Bunun yerine, doğumda taşıdıkları döteryumun izlerini biraz daha ağır elementlere eriterek soluk bir ışık üretirler. Yıldızların bazıları güneşten trilyonlarca kat, hatta en karanlık beyaz cücelerden milyonlarca kat daha düşüktür. .
Yukarıdaki resme bakarsanız, meşhur M-sınıfı yıldızların altında aslında iki tane L ve T vardır.Bunlara kahverengi cüceler denir. Gök cisimleri çok soğuktur ve neredeyse hiç görünür ışık yaymazlar. Onları görmek için kızılötesi ışığa ihtiyacınız var. Yeterince sıcak bir nesnenin kendiliğinden görünür ışık yayması için kritik sıcaklık 700 ile 800K arasındadır; bu, eğer kahverengi bir cücenin sıcaklığı bu sıcaklıktan daha düşükse, bir teleskop ne kadar güçlü kullanılırsa kullanılsın çıplak gözle görülemeyeceği anlamına gelir.
Bugün bile, bilinen sadece birkaç bin kahverengi cüce var (onaylandı) En soğuk olanı WISE 1828 + 2650. Sıcaklığı o kadar düşük ki standart atmosferik basınç altında suyu bile kaynatamıyor!
Bu "hayalet gök cisimleri" ni nasıl keşfederiz?
Hubble teleskopu temelde kızılötesi alanında işe yaramaz ve geniş alan kızılötesi algılama dedektörü WISE, şimdiye kadar başarıyla geliştirdiğimiz ve kullandığımız en güçlü kızılötesi algılama aracıdır. Aşağıdaki şekil, Ned Wright tarafından çizilmiş standart bir kahverengi cüce tayfıdır. James Webb Uzay Teleskobu havalanmadan önce (en erken 2021'de piyasaya sürüldü), WISE bu zor nesneleri bulmak için en iyi aracımız olacak.
WISE, kahverengi cüceleri aramakta iyi bir iş çıkardı. En büyük başarısı, 2013 yılında bizden sadece 6,5 ışıkyılı uzaklıkta bir çift kahverengi cücenin keşfi. Kahverengi cüceler yıldız olarak sayılır)!
Doğru! Bir kez daha, üçüncü en yakın yıldız sistemimiz. İlk iki yıldız sistemi Alpha Centauri (aralarında Proxima Centauri) ve Barnard's Star'dır.
Bu yıldız sistemleri çifti WISE 1049-5319 olarak adlandırılır.Aslında, ilk olarak WISE tarafından 2010 gibi erken bir tarihte gözlemlendi, ancak Samanyolu düzlemine çok yakın oldukları için onları tanımlamak zordur. Samanyolu düzlemindeki büyük yıldız yoğunluğu nedeniyle (bu arada biz de Samanyolu düzlemindeyiz), yıldızların arka planında zayıf ışık kaynaklarını tespit etmek zordur, bu da ışığa karşı şeylere baktığımızda olduğu gibi; 3 yıllık analizden sonra doğrulandı. Bu sistemin varlığı. Bu nedenle, bu aşağıdaki sorunlara neden olabilir:
Bizden 6,5 ışıkyılı uzaklıkta bir çift kahverengi cüce var, peki galaksimizde kaç tane var? Başka bir deyişle, galakside göremediğimiz ışıklar olduğuna artık ikna olduk, ancak kaç tane var?
Samanyolu'nda kaç tane gök cismi var? Karanlık maddenin parçası mı?
Kahverengi cücelerin sayısının şu anki en iyi tahmini, yerçekimi mikro mercekleriyle ölçülüyor. Başka bir deyişle, yoğunluklarını ölçmek için kahverengi cücelerin sayısını doğrudan gözlemlemiyoruz ve saymıyoruz. Ancak sayarak kapsamlı bir anket yapsak bile, kesinlikle çok şey kaçıracağız çünkü bazıları hiç görünmüyor. Gözlem ve sayma yöntemleri bize yalnızca olası bir alt miktar sınırı sağlayabilir, ancak üst sınır yoktur ve genel olarak bu iyi bir tahmin değildir.
Bir üst sınır elde etmek için, uzak bir gökyüzü gözlemleriz.Kütleçekimsel mercekleme eylemi nedeniyle, kahverengi bir cüce (veya kara delik gibi diğer görünmez nesneler) aramızdan ne zaman geçerse gözlemleriz. Arka plan ışık kaynağı tipik bir parlaklaşma ve koyulaşma fenomeni üretecektir.
Bu gök cisimlerine genellikle MACHO'lar veya devasa ve kompakt gök cisimlerinin halo grubu denir. Galakside varlar! Ancak sayıları çok küçüktür ve Samanyolu'nun toplam kütlesinin küçük bir bölümünü oluşturur.
Bu gök cisimleri bir zamanlar karanlık madde için makul bir adaydı. 20. yüzyılda, çok sayıda bağımsız MACHO avcı grubu bu galaksilerde ışıksız gök cisimleri aradı. Artık evrendeki kütle eksikliğini açıklamak için yeterli MACHO olmadığına ikna olduk.
Microlens araştırması, karanlık maddenin MACHO'lar tarafından 0.00000001 güneş kütlesi (yaklaşık ayın kütlesi) ile 100 güneş kütlesi arasında bir kütle ile açıklanabileceğini dışladı. Bu, nesnel olarak bu kütle aralıklarındaki kara delikleri bir karanlık madde kaynağı olarak dışlar.
Ancak bu, kahverengi cücelerin baryonların (yani protonlar, nötronlar ve elektronlar) önemli bir parçası olmadığı anlamına gelmez. Teorik olarak konuşursak, Samanyolu'muzdaki bu kahverengi cüceler, bilinen tüm diğer yıldızlar kadar çok kütleye sahip olabilir veya çok az olabilirler. Olasılıklar aralığı aslında çok belirsiz.
Gelecekteki James Webb Uzay Teleskobu, güneş sistemimizin çevresinde kaç tane kahverengi cüce olduğunu ölçmemize izin veren teknolojik bir sıçrama olmalı. Webb Uzay Teleskobu Samanyolu'nun küçük bir alanına baktığı ve bu sönük kızılötesi nesneleri aradığı sürece, nihayet yakınımızdaki evrenin neye benzediğini tam olarak bileceğiz!
Teleskobun icadından 400 yıl sonra, çevremizde kaç tane (ve ne tür) yıldız olduğunu hâlâ bilmiyoruz. Çünkü yanımızda görünmez ışık var! Prensip olarak, kütleleri kahverengi cücelerden daha soğuk ve daha düşük olan gök cisimleri vardır ve bunlar bize komşu yıldızlardan bile daha yakındır!
Gökyüzüne baktığımızda, lütfen dış evrenin çoğunun bizim için görünmez olduğunu hatırlayın.
