Karanlık madde… Fiziğin en büyük sırlarından birisi. Evrendeki maddenin yaklaşık %80’ini oluşturduğu düşünülen ancak hiçbir görüntüleme tekniğiyle göremediğimiz bir madde. Üstelik öyle kara deliğin karanlığı gibi de değil, gerçekten kapkaranlık bir madde. Ve karanlık maddenin ne olduğuna dair bilgimiz birkaç teoriyi geçemiyor. Peki, madem ne olduğunu bilmiyoruz; karanlık maddenin varlığını nereden biliyoruz? Gelin videonun devamında hep beraber öğrenelim.
(intro)
Karanlık maddenin kendisini hiçbir şekilde göremiyoruz. Çünkü karanlık madde diye bir şey varsa şayet, hiçbir elektromanyetik dalgayla etkileşmiyor. Bu yüzden de herhangi bir görüntüleme cihazıyla karanlık maddenin özünü göremiyoruz. Aslında bir şeyi görebilmemizin ne demek olduğuna Işığın Doğası videomuzda daha ayrıntılı bir şekilde değinmiştik. Kartlarda çıkan bağlantıya tıklayarak o videoyu da izleyebilirsiniz. Biz karanlık maddeyle konumuza devam edelim. Karanlık maddeyi göremesek de etkilerini görebiliyoruz, böylece karanlık maddeden söz edebiliyoruz. Aslında bu, tarihsel olarak biraz yanlış bir tabir. Daha doğru bir şekilde söyleyecek olursak; uzaydaki gözlemlerimizde mevcut fizik kuralları ve bilgilerine uymayan olgular vardı, biz de bu olguları mevcut bilgimizle açıklayabilmek için hesaplamalarda olmayan bir kütleyi var olarak kabul ettik ve adına da karanlık madde dedik. Peki, karanlık madde fikrini ortaya atmamıza sebep olan o olgu neydi?
Uzaydaki galaksiler, kütleçekimsel etkileşimle bir arada durarak galaksi kümelerini oluşturur ve bu galaksi kümeleri de bir araya gelerek daha büyük süper kümeleri oluşturur. 1933 yılında İsviçreli astronom Fritz Zwicky, Coma galaksi kümesi içerisindeki galaksilerin hareketlerini incelemeye başladı. İncelemesi sonucunda, galaksilerin oldukça hızlı hareket ettiğini fark etti. Ama şöyle bir sorun vardı, galaksi kümesinin görünen kütlesi bu hızda hareket eden galaksilerin yörüngede kalabilmesini sağlamak için çok azdı. Normalde galaksilerin o hızla savrulup uzaya dağılması lazımdı. Ama hayır, galaksi olağan yörüngesinde hareket ediyordu. Galaksilerin savrulmaması için gözükenden daha fazla kütle olması lazımdı ya da kütleyi hesaplamak için kullandığımız formüller baştan aşağı yanlıştı. Ki eğer kütle hesabı için kullanılan formüller ve teknikler yanlışsa bile yeni bir değişken eklemek için elimizde yeterli kanıt yoktu. Bu yüzden de tüm bilgimizi yanlışlamaktansa göremediğimiz bir kütlenin varlığını kabul etmemiz daha tercih edilir bir yöntemdi.
Bir başka ihtimalse Zwicky’nin hesaplama ve gözlemlerini yanlış yapmış olabileceğiydi. Ancak 1936 yılında Sinclair Smith de, Virgo kümesi üzerinde gözlemler yaparak benzer bir sonuca vardı. Yani bu olay Zwicky’nin incelediği Coma kümesine mahsus bir durum değildi, ortada gerçekten beklenmedik şeyler dönüyordu. Smith kümedeki elemanların hız dağılımlarını incelediğinde, orada ışıma yapan maddeden, çok daha fazla miktarda madde olması gerektiğini öngörmüştü. Fakat bu madde miktarı, bildiğimiz gök cisimleri ile açıklanamıyordu, çünkü miktar çok çok fazlaydı, neredeyse 50 katıydı yani. İki farklı küme üzerinde aynı sonuçların çıkmış olması, orada ışıma yapmayan “karanlık” bir madde fikrini desteklemeye başladı.
Zwicky ve Smith’in yaptığı, küme elemanlarının hareketi gözleminden sonra, Horace Babcock, 1939 yılında Andromeda Galaksisi’nin dönme eğrisi üzerinde ilginç bir durum fark etti. Bu karanlık maddenin varlığına işaret eden 3. kanıttı. Dönme eğrisi, galaksinin merkezden dışarıya doğru olan hız dağılımını gösteren bir istatistik bilgisiydi ve Babcock, Andromeda’nın dış bölgelerinin beklenenden oldukça hızlı döndüğünü gördü. Andromeda’nın dağılıp uzaya saçılmaması ancak orada onu tutan fazladan kütleçekim kuvveti varsa mümkündü.
1975 yılında Morton Roberts ve Robert Whitehurst, 1970 yılında Vera Rubin ve Kent Ford tarafından yapılan daha detaylı Andromeda gözlemlerini inceleyerek, Andromeda’nın dış bölgelerinde fazladan 200 kat fazla görülemeyen materyal olduğu sonucunu buldu.
Yıllar sonra, 2016’da, neredeyse sadece karanlık maddeden oluşmuş Dragonfly 44 adlı galaksiyi tespit eden ekibin başındaki Yale Üniversitesi araştırmacısı Pieter Van Dokkum, bu gözlemlerin temelinde yatan mantığı şöyle açıkladı:
“Yıldızlar, maddenin hangi formda olduğuyla ilgilenmezler; ancak hareketleriyle sizlere o maddenin orada var olduğunu ve o konumda ne kadar madde bulunduğunu söylerler.”
Yalnız burada karıştırılmaması gereken birtakım hususlar var. Kara deliğin karanlığıyla karanlık maddenin karanlığı aynı şey değil. Kara delikler, ışığı yani elektromanyetik dalgayı tamamen soğurdukları için karanlıklar. Ayrıca olay ufku sayesinde ışığın ortasındaki bir karanlık olarak görüldükleri için görüntüleme cihazlarıyla tespit edilebiliyorlar. Ancak karanlık madde direkt elektromanyetik dalgalarla etkileşime girmiyor. Çünkü karanlık madde bildiğimiz manadaki kara delikler gibi davranıyor olsaydı, bu kadar çok karanlık maddeyi açıklayabilmek için varsayacağımız kara delikler, uzayda göreceğimiz yıldız ışığı bırakmaz hepsini içine çekerdi. Yani bu anlamda aslında karanlık madde karanlıktan çok şeffaf gibi davranıyordu. Gelen ışığı tamamen soğurmak yerine içinden geçip gitmesine izin veriyordu. Bu yüzden karanlık maddeyi görsel olarak değil ancak kütleçekimsel etkileriyle fark edebiliyorduk.
Şimdi gelin karanlık maddenin fark edilme öyküsünü biraz daha somut ve gündelik bir örnekle ele almaya çalışalım. Diyelim ki tek cephesinden dışarının görülebildiği bir odada eliniz kolunuz bağlı bir şekilde hareket edemeden oturup dışarıyı izliyorsunuz. Dışarıdaki ağacın yaprakları sizin olduğunuz yöne doğru sallanıyor. Bu durumda şunu düşünürsünüz, dışarıda benden tarafa doğru esen bir rüzgâr var. Ama bir saniye, siz bu rüzgârı hissedemiyorsunuz. Bu durumda önünüzde iki seçenek var, ya ağacın yapraklarını sallayan şeyin rüzgâr olmadığını söyleyeceksiniz -ki bunu iddia etmeniz için hiçbir sebebiniz yok- ya da rüzgârı kesen bir şey olduğunu ancak sizin onu göremediğinizi kabul edeceksiniz. Evet, odayla dış dünya arasında aslında cam var. Karanlık maddenin tespiti de işte dolaylı olarak bu duruma benziyor.
Bu örnekte o göremediğimiz şey için cam diyebilmiştik, peki bilim karanlık maddenin ne olduğu hakkında ne düşünüyor? İlk başta karanlık maddenin bir sürü mikro kara delik olduğu düşünülse de sonraları bu kadar yıldız ışığının bize ulaşabilmesi söz konusu edildiğinde bu düşünce eski popülerliğini kaybetti. Birçok bilim insanı, şu anda karanlık maddenin baryonik olmayan maddeden oluştuğunu düşünmektedir. Baryon dediğimiz şeyse üç kuark ya da antikuarktan meydana gelen parçacıklardır, proton ve nötron bu gruba girer. Bu görüşün baş adayı olan zayıf etkileşimli yoğun parçacıklar (WIMP) bir protonun kütlesinden 10 ila 100 kat daha büyük bir kütleye sahip olmasına rağmen “normal” madde ile arasındaki zayıf etkileşimler nedeniyle tespit edilmesi zor olmaktadır. Nötrinodan daha ağır ve yavaş olan cüsseli, kuramsal nötralino ise henüz tespit edilememiş olmasına rağmen en önde gelen adaydır. Bu parçacıkları tespit edebilmek için büyük bir araştırma başlatılmış ancak aradan geçen birkaç yıla rağmen hiçbir işaret bulunamamıştır. Bunun gibi daha birçok parçacık temelli karanlık madde teorisi mevcut. Ancak bunları anlatabilmemiz için kuantum kromodinamiğindeki yük-parite simetrisi, bozon-madde etkileşimleri, nötrino oluşumları gibi spesifik konulara hakim olmanız gerekiyor. Bu yüzden daha fazla kafa karıştırmamak adına videomuzu burada noktalamak istiyoruz. Ancak konuya dair meraklı izleyicilerimiz “axions”, “sterile neutrinos”, “photinos” ve “strongly interacting massive particle” anahtar kelimeleriyle araştırmalarını genişletebilirler. Böylece bir videomuzun daha sonuna geldik. Videolarımızdan haberdar olmak için abone olmayı ve bizlere destek olmak için videoyu beğenmeyi unutmayın.
0 Yorum