Karanlık Madde Nedir?

177

1970’li yıllarda ilk güçlü bilgisayarlar ortaya çıktığında, gökbilimde de onlardan yararlanılmaya başlandı. Bilgisayarlara bazı evrensel yasa ve ilkelerle birlikte, Samanyolu’nun içeriği de girilip birtakım bilimsel canlandırmalar yapıldı. Ancak sonuçlar biraz garipti; çünkü canlandırmalara göre Samanyolu’nun kısa sürede parçalanıp dağılması gerekiyordu. Gökadamızı bir arada tutabilmek için göründüğünden daha çok kütleye gereksinim vardı. Ne var ki, gözlemlere göre Samanyolu’nda öyle fazladan bir kütle de yoktu. Öte yandan bilgisayar canlandırmaları ne derse desin, Samanyolu da olduğu yerde parçalanmadan dönüyordu. Bilim insanlarının karşısında bir türlü gözlemleyemedikleri, ama var olması gerektiğini fark ettikleri bir şey çıkmıştı. Bu gözlenemeyen maddeye “karanlık madde” adını verdiler. Yalnızca gökadaların bütünlüklerini koruması değil, gökadaların kümeler içindeki hareketleri de ancak hesapların içine karanlık madde girince anlamlı hale gelebiliyordu.

Gerçekte bu durumun farkına ilk kez 1970’li yıllarda değil, ondan yaklaşık 40 yıl önce varılmıştı. 1933’te Fritz Zwicky adlı bir gökbilimci karanlık madde düşüncesine, kuramsal olarak ya da birtakım bilgisayar canlandırmalarının sonucunda değil (zaten o zaman bilgisayar yoktu), gökadaların hareketlerini teleskopla inceleyerek ulaşmıştı. Zwicky 300 milyon ışık yılı ötede, binden çok gökadadan oluşan Coma kümesindeki gökadaların hareketlerini inceliyordu. Gökadaların, onları bir arada tutan kütleçekim kuvvetine göre çok hızlı hareket ettiklerini fark etmişti. Aslında birçoğu değişik yönlerde ilerleyip, bir anlamda fırlayıp kümeden çıkmış olmalıydı; ama öyle değildi. Zwicky ortada ciddi bir kütleçekim etkisi olan, ama kendisi bir türlü teleskopla görülemeyen, büyük bir şey olduğunu anladı. Bunu da bilim dünyasına duyurdu. Ancak onun bu fikri o dönemde hiç kimseye çekici gelmedi.

Karanlık madde, 1970’li yılların başında James Peebles ve Jeremiah Ostriker adlı iki fizikçinin daha ilgisini çekti ve onun üzerine çalışmaya başladılar. 1974’te yayımladıkları bir makaleyle, gökadaların karanlık madde olmadan var olamayacağını duyurdular. Ama karanlık madde düşüncesi biraz spekülatif bulundu ve bilim dünyasınca yine kabul görmedi.

Gezegenlerin Güneş’in çevresindeki dönüş hızları, Güneş’ten uzaklaştıkça azalır. Güneş’in çevresinde en hızlı dönen gezegen Merkür’dür (saatte 170.000 km); en yavaş dönense Neptün (saatte 19.500 km). Bu, Güneş’in kütleçekim etkisinin uzaklıkla birlikte azalmasının bir sonucudur. Fizik yasaları Evren’in her yanında aynıdır. Gezegenlerin Güneş’in çevresinde dönüşünün benzeri, başka yıldızların çevresinde dönen ötegezegenlerde ya da Samanyolu’nun merkezindeki dev karadeliğin çevresinde dönen yıldızlarda da görülür; görülmelidir.

1970’li yılların başında, gökadaların dönüşleri üzerine çalışan Vera Rubin, en yakın büyük gökada olan Andromeda’yı gözlüyordu. Andromeda büyük bir sarmal gökadadır. Onu oluşturan bütün yıldızlar ve bulutsular ortadaki şişkin bölgenin çevresinde döner; tıpkı Güneş Sistemi’nde her şeyin Güneş’in çevresinde dönmesi gibi. Rubin, iki yıl boyunca gökadanın kenar bölgelerindeki 90 kadar yıldızın hızını hesapladı. Ancak hiç beklenmedik bir durumla karşılaştı. Merkezden uzak yıldızlar, merkezdeki yıldızlara göre hiç de yavaş değillerdi; onlarla aynı hızda (saniyede 250 km) dönüyorlardı; ki bu, evrensel kütleçekim yasasına ters bir durumdu. İleriki yıllarda gözlenen bütün gökadalarda aynı durumla karşılaşıldı. Gökadalarla ilgili bilinenlerde bir eksiklik (açıklanması gereken bir eksiklik) vardı. Andromeda’nın kenar bölgelerindeki yıldızlar öyle hızlı dönüyorlardı ki, gökadanın kütleçekiminin onları tutabilmesi, onların uzaya savrulmasını engelleyebilmesi olanaksızdı. Ama yıldızların da bir yere gittiği yoktu. Onları kütleçekimsel olarak yörüngelerinde tutan büyük ve “görünmeyen” bir kütle vardı. Bu kütle, Ostriker ve Peebles’ın -ve onlarca yıl önce de Zwicky’nin karanlık madde dediği kütleydi. İki ünlü fizikçinin pek kabul görmeyen görüşü, gözlemden gelen güçlü bir kanıtla birleşince, ortada yeni ve gizemli bir şeyin olduğu hemen anlaşıldı. Kısa bir süre sonra birkaç yüz milyar yıldızdan oluştuğu bilinen Samanyolu’nun bile yaklaşık 800 milyar yıldızlık bir kütleçekim etkisi olduğunun farkına varıldı.

Bilim insanları yaklaşık 40 yıldır Evren’deki bu görülemeyen, ama kütleçekim etkisi hissedilebilen maddeyi arıyor. Son yıllarda gökbilimcileri ve fizikçileri giderek daha çok uğraştıran konulardan biri bu oldu. Dünya’nın değişik yerlerinde birçok ekip çeşitli yöntemlerle karanlık maddeyi ortaya çıkarmaya çalışıyor.

Karanlık madde, öncelikle adı üzerinde karanlıktır. Görebildiğimiz yıldızlar, gezegenler, bulutsular ve gökadalar gibi değildir. Elektromanyetik ışıma yapmaz ve gelen ışımayı da soğurmaz ya da yansıtmaz. Bir başka deyişle elektromanyetik kuvvetle hiçbir şekilde etkileşmez. Bu durumda da, bildiğimiz anlamda atomlardan oluşuyor olamaz. Bununla birlikte, atomlardan oluşan maddeyle kütleçekim kuvveti üzerinden etkileşir. Yani madde ve karanlık madde birbirini çeker.. 

İlk başlarda karanlık maddenin atomlardan oluşan, normal maddeden (baryonik madde) yapılmış, ama çok sönük oldukları için göremediğimiz gökcisimlerinden (karadelikler, nötron yıldızları, süper kütleli karadelikler, kahverengi cüceler vs.) oluştuğu düşünülmüştü. Bunlara MACHO (Massive Compact Halo Object -büyük kütleli, yoğun hale nesneleri) denir. MACHO’ların hepsinin varlığı biliniyor ve gözlenmeleri de çok zor. Ne var ki gözlemler, bunların hepsinin toplam kütlesinin karanlık maddenin yarattığı kütleçekim etkisini yaratmaktan çok uzak olduğunu ortaya koymuş durumda.

Karanlık maddeye ikinci aday da WIMP’lerdir (Weakly Interacting Massive Particles -zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacıklar). Bunlar bildiğimiz atomaltı parçacıklardan farklı, henüz keşfedilmemiş (varsayımsal) parçacıklardır. Zayıf bir etkileşimleri vardır; bildiğimiz maddenin içinden geçerler. Aslında buna uygun bir aday olarak bir zamanlar nötrino görülmüştü. Nötrino 20. yüzyılın başında kuramsal olarak “icat edilmiş”, ama sonra varlığı keşfedilmiş bir atomaltı parçacıktır.

Elektriksel olarak yüksüz ve kütlesizdir. Daha doğrusu uzun süre kütlesiz olduğu sanılmıştır. 1998’de nötrinoların çok küçük de olsa bir kütlesi olduğu anlaşılmıştır. Gökbilimciler uzun zamandır Evren’deki toplam nötrino miktarını biliyorlar. Ne yazık ki nötrinolar da karanlık maddenin oluşturduğu kütleçekim etkilerini yaratacak denli çok değil.

Karanlık maddenin varlığı, dolaylı yoldan birkaç yöntemle anlaşılmıştır. Bunlardan biri de kütleçekimsel mercek yöntemidir. Çok uzak gökadalardan Samanyolu’na doğru yola çıkan ışıklar, aradaki maddelerin kütleçekim kuvvetinden etkilenir. O maddelerin çevresinden tek bir yoldan değil de, birkaç yoldan geçerek Dünya’ya ulaşırlar. Bu görüntüde ortadaki gökadaların çevresinde eğilmiş gibi görünen, sanki birleştirilirlerse bir çember oluşturacakmış gibi duran ışıklar, aslında tek bir gökadanın ışıklarıdır. Bu ışıklar ortadaki kütle tarafından bükülmüş, deforme edilmiştir. Uzun yıllardır bu konuda çalışan bilim insanları bu örüntüde gelen ışıkların aslında nasıl bir gökadadan geldiğini ortaya koyabilir. Ancak yapılan hesapların sonucunda, ortadaki gökadaların kütlesinin böylesi bir deformasyon için yeterli olmadığı anlaşılmıştır. Yapılan bilgisayar canlandırmaları sonucunda, aradaki kütlenin dağılımını gösteren üç boyutlu bir grafik elde edilmiştir. Bu grafikte sivri çıkıntıların her biri bir gökadaya karşılık gelir. Ortadaki geniş kabarıklıksa, gözlenemeyen karanlık maddenin kütlesidir.

Yüzyıldır bulunan hiçbir parçacık, karanlık maddeyi oluşturduğu düşünülen parçacığın tarifine tam olarak uymuyor. Gerçi fizikçilerin nötrinolardan başka bir de nötralino ve aksiyon gibi varsayımsal iki adayı daha var ama, bunların varlığı henüz kanıtlanabilmiş değil.

Karanlık maddenin ne olduğu hâlâ bilinemiyor. Ama onun hakkında bilinen bazı başka şeyler de var. Örneğin karanlık madde de, tıpkı baryonik madde gibi topaklı bir yapı gösteriyor. Yani Evren’in her yanına düzgün dağılmamış. Gökadaları kuşatan ve gökadaların baryonik madde kütlesinin yaklaşık beş katı büyüklükte bir karanlık maddenin olduğu biliniyor. Bunlar gökadaları, baryonik madde gibi disk şeklinde değil de, bir küre gibi kaplıyor. Ayrıca karanlık maddenin yalnızca gökadalarda değil, Evren’deki hiyerarşinin her düzeyinde, baryonik maddeden daha çok olduğu da biliniyor.

Uzun zamandır karanlık maddenin Evren’in temel yapılarından biri olduğu kabul ediliyor. Peki, bu karanlık maddenin Evren’in evriminde nasıl bir rolü olmuş olabilir? Kozmik mikrodalga arka plan ışımasından Evren’in ilk dönemlerinin son derece düzgün, pürüzsüz olduğu, ama yine de çok çok küçük de olsa bazı yoğunluk farkları içerdiği biliniyor. Bu küçük farkların kütleçekim kuvvetinin etkisiyle giderek büyüdüğü ve Evren’in bugünkü çok topaklı (bazı bölgeleri boşken, gökadaların bulunduğu bazı bölgeleri madde açısından aşırı yoğun) yapısına dönüşmesinde, temel rolü oynadığı düşünülüyor. Ancak bu dönüşümün hızı eğer ortamda karanlık madde olmasaydı bu denli yüksek olamayacaktı. Bilim insanlarına göre karanlık maddenin bulunmadığı bir Evren’de hâlâ tek bir yıldız ya da gökada oluşmuş olamazdı. Olasılıkla da hiç olamayacaktı. Karanlık maddenin Evren’in bugünkü halini almasında büyük bir rolü olduğuna inanılıyor.

1990’lı yılların ortasında Evren’deki madde miktarı net olarak hesaplandı. Evren’in yüzde 4,6’sı bildiğimiz baryonik maddeden oluşuyordu. Bu durumda geri kalan yüzde 95’i de karanlık maddeden oluşuyor olmalıydı. Ne var ki hesaplar, Evren’deki karanlık maddenin Evren’in içeriğinin yalnızca yüzde 22,7’sini oluşturduğunu ortaya koydu. O zaman Evren’in yüzde 72,6’sını oluşturan daha başka bir şey olmalıydı. Bir başka deyişle Evren’in içeriğinin dörtte üçlük bölümünü henüz bilmiyorduk.

Kaynak : 50 Soruda Evren- Çağlar Sunay

PAYLAŞ
Önceki İçerikTürklerin Gizemli Yada Taşı
Sonraki İçerikKaranlık Enerji Nedir?
36 yaşındayım. Yıldız Teknik Harita Mühendisliği mezunuyum. Taşınmaz değerlemesi yapıyorum. Bilim,uzay, tarih,arkeoloji konularına ilgi duyuyorum. Ön Türk Tarihini araştırmaktan keyif alıyorum. Yüzüklerin Efendisi ve Türkler üzerine (Orta Dünya'nın Analizi) kitap çalışmam tamamlandı. Yakın zamanda yayımlanacak.

HENÜZ YORUM YOK

CEVAP VER