Galaksi küme birleşmeleri, küme astrofiziği ve kozmolojisini test etmek için zengin bilgi kaynaklarıdır.
Bununla birlikte, küme birleşmeleri, bireysel gözlemsel problardan fiziksel olarak yorumlanması zor olan karmaşık öngörülen sinyaller üretir.
altech ve Harvard & Smithsonian Astrofizik Merkezi'nde astronom olan Emily Silich, "Kum taşıyan birden fazla damperli kamyon arasındaki büyük bir çarpışmayı düşünün. Karanlık madde kum gibidir ve ileriye doğru uçar," diyor.
Karanlık ve normal maddenin bu şekilde ayrışması daha önce de, en ünlüsü Kurşun Kümesi'nde görülmüştü.
Bu çarpışmada, iki galaksi kümesi birbirinin içinden geçtikten sonra sıcak gazın karanlık maddenin gerisinde kaldığı açıkça görülebiliyor.
MACS J0018.5+1626'da meydana gelen durum benzerdir, ancak birleşmenin yönü Kurşun Kümesi'ninkine göre kabaca 90 derece döndürülmüştür.
Başka bir deyişle, MACS J0018.5+1626'daki büyük kümelerden biri neredeyse düz bir şekilde Dünya'ya doğru uçarken, diğeri hızla uzaklaşıyor.
Bu yönelim, araştırmacılara ilk kez hem karanlık maddenin hem de normal maddenin hızını haritalamak ve bir galaksi kümesi çarpışması sırasında birbirlerinden nasıl ayrıldıklarını aydınlatmak için benzersiz bir bakış açısı sağladı.
Caltech'ten Profesör Jack Sayers, "Kurşun Kümesi ile, bir araba yarışını izleyen bir tribünde oturuyor gibiyiz ve düz yolda soldan sağa doğru hareket eden arabaların güzel anlık görüntülerini yakalayabiliyoruz" dedi.
"Bizim durumumuzda, daha çok bir radar tabancasıyla düzlükte, üzerimize gelen bir arabanın önünde duruyor ve hızını elde edebiliyoruz."
Gökbilimciler kümedeki normal maddenin ya da gazın hızını ölçmek için kinetik Sunyaev-Zel'dovich (SZ) etkisi olarak bilinen gözlemsel bir yöntem kullandılar.
Kinetik SZ etkisinin bireysel bir kozmik nesne, MACS J0717 adlı bir galaksi kümesi üzerindeki ilk gözlemsel tespitini 2013 yılında yapmışlardı.
Kinetik SZ etkisi, Evrenin erken dönemlerinden, Kozmik Mikrodalga Arkaplanından (CMB) gelen fotonların Dünya'ya doğru gelirken sıcak gazdaki elektronlardan saçılmasıyla ortaya çıkar.
Fotonlar, görüş hattımız boyunca gaz bulutlarındaki elektronların hareketleri nedeniyle Doppler kayması adı verilen bir kaymaya uğrar.
Gökbilimciler, bu kayma nedeniyle CMB'nin parlaklığındaki değişimi ölçerek, galaksi kümeleri içindeki gaz bulutlarının hızını belirleyebilirler.
2019 yılına gelindiğinde, çalışmanın yazarları bu kinetik SZ ölçümlerini birkaç galaksi kümesinde yapmışlardı ve bu da onlara gazın veya normal maddenin hızını söylüyordu.
Ayrıca kümedeki galaksilerin hızını da ölçtüler ve bu da onlara karanlık maddenin hızını vekaleten söyledi.
Ancak araştırmanın bu aşamasında, kümelerin yönelimleri hakkında sınırlı bir anlayışa sahiptiler.
Sadece içlerinden birinin, MACS J0018.5+1626'nın, garip bir şeyler olduğuna dair işaretler gösterdiğini biliyorlardı — sıcak gaz ya da normal madde, karanlık maddenin tersi yönde hareket ediyordu.
Profesör Sayers, "Hızları zıt yönlerde olan bu tam bir tuhaflık vardı ve ilk başta bunun verilerimizle ilgili bir sorun olabileceğini düşündük" dedi.
"Galaksi kümelerini simüle eden meslektaşlarımız bile neler olup bittiğini bilmiyordu."
Bilim insanları daha sonra NASA'nın Chandra X-ışını Gözlemevi'nden gelen verilere başvurarak kümelerdeki gazın sıcaklığını ve konumunu, ayrıca gazın ne derece şoklandığını ortaya çıkardılar.
Silich, "Bu küme çarpışmaları Büyük Patlama'dan bu yana gerçekleşen en enerjik olaylardır" dedi.
"Chandra gazın aşırı sıcaklığını ölçüyor ve bize birleşmenin yaşı ve kümelerin ne kadar yakın zamanda çarpıştığı hakkında bilgi veriyor."
Yazarlar, çarpışmadan önce kümelerin birbirlerine doğru saniyede yaklaşık 3.000 km hızla, yani ışık hızının kabaca yüzde birine eşit bir hızla hareket ettiklerini buldular.
Neler olup bittiğine dair daha eksiksiz bir resimle, karanlık madde ve normal maddenin neden zıt yönlerde hareket ediyor gibi göründüğünü anlayabildiler.
Görselleştirmenin zor olduğunu söyleseler de, çarpışmanın yönü, karanlık madde ve normal maddenin birbirinden ayrıldığı gerçeğiyle birleştiğinde, tuhaf hız ölçümlerini açıklıyor.
Gelecekte, bunun gibi daha fazla çalışmanın karanlık maddenin gizemli doğası hakkında yeni ipuçlarına yol açacağını umuyorlar.
Silich, "Bu çalışma karanlık maddenin doğasına ilişkin daha ayrıntılı çalışmalar için bir başlangıç noktasıdır" dedi.
"Karanlık maddenin normal maddeden nasıl farklı davrandığını gösteren yeni bir doğrudan sonda türüne sahibiz."
Bulgular Astrophysical Journal'da yayımlandı.