Arka Bahçenizden Karanlık Madde İzlerini Tespit Edin

Eğer karanlık maddenin ne olduğunu merak ediyorsanız, yalnız değilsiniz. Astronomlar da bilmiyor. Ancak bu görünmez maddenin, görebildikleri yıldızlar ve nebülalardan çok daha bol olması gerektiğini belirlemişlerdir. Tüm bu karmaşık karanlık maddenin yerçekimsel etkilerini gözlemleyerek bu sonuca varmışlar ve doğasını anlamak için on yıllar süren bir kampanya başlatmışlardır. Yakın zamanda, Discovery Dish gibi küçük bir radyo teleskobu kullanarak karanlık maddenin varlığını hissetmenin mümkün olduğunu öğrendim. Anahtar, hangi gözlemleri toplamanız gerektiğini ve bunları nasıl analiz edeceğinizi bilmektir. Aşağıda bunu özetleyeceğim, ama önce bu proje için bir araya getirdiğim ev yapımı radyo teleskobunu tanımlamak istiyorum. Bu, 1951'de uzaydaki nötr hidrojenin yıldızlararası bulutlarından gelen 1,420.4 megahertz radyo emisyonlarını tespit etmek için ilk kez kullanılan horn antenine benzer bir piramidal horn antenadır. Bu emisyonlar, karanlık maddenin varlığını doğrulamak için anahtarı tutar çünkü bu tür bulutlar galaksinin her yerinde bulunabilir ve hareketleri, Samanyolu'nun farklı bölgelerinde neler olduğunu yansıtır. Antenimi tasarlamak için çevrimiçi bir hesaplayıcı kullandım ve elde edebileceğim boyutları seçtim; bu boyutlar, 25 ABD doları olan 10x2 ayaklık bir çatı kaplama rulosu ve boş bir galonluk boya inceltici kutusu kullanarak elde edebileceğim boyutlardı. (Bir sonraki sefer, sadece boş bir F tarzı kutu alacağım.) Horn antena, bant, boş bir boya kutusu ve bir metal çatı kaplama rulosundan yapılmıştır. Sinyaller, düşük gürültülü bir amplifikatör ile alınır ve yazılım tanımlı bir radyo alıcısına iletilir. Antenanının inşası, 2019'da bu sayfalarda tanımladığım biraz daha küçük horn antena ile benzerdi. Ancak yeni antenamı daha büyük yaptım çünkü daha iyi açısal çözünürlüğe ihtiyacım vardı, bu da gökyüzünün daha küçük bölgelerini taramamı sağlıyordu. Yıldızlararası hidrojenin emisyonlarını almak için, iki düşük gürültülü amplifikatörü 1,420 MHz merkezli bir durak-akustik dalga filtresi ile birleştiren Nooelec'in 45 dolarlık SAWBird+ H1 cihazını kullandım ve bir RTL-SDR V4 dongle ile birleştirdim. Yani, hidrojen bulutlarından sinyalleri ölçmek için gereken donanımı bir araya getirmek çok zor değil. Ama karanlık maddenin imzasını bu sinyallerden nasıl çıkarırsınız? Cevap, bu ölçümleri kullanarak Samanyolu'nun merkezinden farklı mesafelerde bulunan bulutların yörüngelerinde ne hızda hareket ettiğini ölçmektir. Malzemenin galaksinin merkezini yörüngede dönerkenki hızının mesafeyle azalmadığını göstermeniz yeterlidir. Bu bulutların galaktik merkez etrafında, güneşin etrafında dönen gezegenler veya dünyanın etrafında dönen uydular gibi döndüğünü düşünebilirsiniz; yakın olan nesneler daha hızlı dönerken, uzaktakiler daha yavaş döner. Örneğin, Merkür güneşin etrafında saniyede 47.4 kilometre hızla dönerken, Neptün daha yavaş bir hızla, saniyede 5.4 km hızla hareket eder. Samanyolu, süper kütleli bir kara delik etrafında dönen yıldızlardan oluşan merkezi bir şişkinliğe sahiptir. Bu nedenle, ilk bakışta galaksinin kütlesinin merkezinde yoğunlaştığı görünmektedir. Eğer durum böyle olsaydı, yıldızlar ve diğer malzeme bulutları merkezden uzaklaştıkça daha yavaş dönerdi. Ancak, galaksinin her yerinde muazzam miktarda görünmez madde varsa, yörünge hızlarının bu şekilde azalmasını beklemezsiniz. Karanlık maddeyi tespit etmek için, malzemenin galaksinin merkezini yörüngede dönerkenki hızının mesafeyle azalmadığını göstermeniz yeterlidir. Ve radyo gözlemleri bunu yapmanın en kolay yoludur çünkü hidrojen bulutlarından gelen sinyalin Doppler etkisiyle ne kadar kaydırıldığını ölçerek hızları değerlendirebilirsiniz. Radyo teleskobunuzu gökyüzünün farklı bölgelerine yönlendirerek, galaktik merkezden farklı mesafelerde bulunan bulutlardan gelen emisyonları alırsınız. Bu emisyonların 1,420 MHz'den olan frekans kayması, bu bulutların Dünya'ya göre yaklaşma veya uzaklaşma hızını yansıtır. Galaksinin düzleminden ölçümlere ihtiyacınız var, galaktik uzunlukları 0 ile 90 derece arasında (0 derece galaksinin merkezine doğrudan, 180 derece ise tam tersine işaret eder). Baz