1930’larda Fritz Zwicky adlı İsviçreli bir astronom, uzak bir kümedeki galaksilerin sahip oldukları görünür kütle miktarına göre birbirlerinin yörüngesinde olması gerekenden çok daha hızlı döndüklerini fark etti. Karanlık madde adını verdiği bu görünmeyen maddenin galaksiler üzerinde yer çekimsel olarak bir gücü olduğunu öne sürdü.
O zamandan beri araştırmacılar, bu gizemli maddenin kozmosta bulunan yıldızlar ve insanlar gibi sıradan şeyleri oluşturan normal maddedelerden altı kat daha fazla olduğunu doğruladılar. Bilim insanları hâlâ bu konu üzerinde kafa yormaya devam ediyorlar. İşte bu kafa karışıklıklarının neden olduğu karanlık madde hakkında cevaplanmamış en büyük 11 soru:
Karanlık madde nedir?
Birincisi ve belki de en şaşırtıcısı, araştırmacılar karanlık maddenin tam olarak ne olduğundan emin değil. Başlangıçta, bazı bilim insanları evrendeki kayıp kütlenin küçük soluk yıldızlardan ve kara deliklerden oluştuğunu tahmin ettiler, ancak ABD Bilimler Akademisi’nden fizikçi Don Lincoln’ün belirttiği gibi, detaylı gözlemler bu tür nesneleri karanlık maddenin etkisini açıklamaya yetecek kadar ortaya çıkarmadı. Karanlık madde için Lincoln’ün yazdığı gibi bir protondan 10 ila 100 kat daha ağır olması dışında bir nötron gibi davranan ve Zayıf Etkileşime Giren Büyük Parçacık veya WIMP adı verilen varsayımsal bir parçacık olduğu söylenebildi. Yine de bu varsayım net bir cevaba ve netliğe değil yalnızca daha fazla soruya yol açmış oldu.
Karanlık maddeyi tespit edebilir miyiz?
Karanlık madde WIMP’lerden yapılmışsa, etrafımızda olmalı, görünmez olmalı ve zorlukla algılanabilir olmalı. Sıradan maddeyle çok fazla etkileşime girmeseler de bir karanlık madde parçacığının uzayda seyahat ederken bir proton veya elektron gibi normal bir parçacığa çarpma olasılığı her zaman bulunur. Bu nedenle araştırmacılar, karanlık madde-parçacık çarpışmasını taklit edebilecek bir girişim yapmak için radyasyondan korudukları yerin derinliklerindeki çok sayıda sıradan parçacığı inceleyerek deney üstüne deney inşa ettiler. Peki ya sonuç? On yıllarca süren araştırmalardan sonra bu dedektörlerden hiçbiri güvenilir bir keşif yapamadı. Riverside’daki California Üniversitesi’nden fizikçi Hai-Bo Yu, o sırada verdiği bir röportajda, “Karanlık madde parçacıklarının WIMP’lerden çok daha küçük olması veya onları incelemeyi kolaylaştıracak özelliklerden yoksun olmaları muhtemel bir durum.” diye belirtti.
Paul Sutter, karanlık maddenin ne olduğunu ve fizikçilerin görünmez maddenin var olduğunu nasıl bildiklerini açıklıyor:
Karanlık madde birden fazla parçacıktan mı oluşuyor?
Sıradan madde, protonlar ve elektronlar gibi günlük parçacıklardan ve ayrıca nötrinolar, müonlar ve pionlar gibi daha egzotik parçacıklardan oluşur. Bu nedenle, bazı araştırmacılar, evrendeki maddenin yüzde 85’ini oluşturan karanlık maddenin de aynı derecede karmaşık olup olamayacağını merak ettiler. Harvard Üniversitesi’nden fizikçi Andrey Katz, “Evrendeki tüm karanlık maddenin tek bir tür parçacıktan oluştuğunu varsaymak için kuvvetli bir nedenimiz yok. Karanlık protonlar karanlık atomlar oluşturmak için karanlık elektronlarla birleşiyor olabilir ve görünür dünyada bulunanlar kadar çeşitli ve ilginç konfigürasyonlar üretebilir.” dedi.
Karanlık güçler var mı?
Ek karanlık madde parçacıklarıyla birlikte, karanlık maddenin normal madde tarafından hissedilenlerle benzer kuvvetler deneyimleme olasılığı bulunur. Bazı araştırmacılar, yalnızca karanlık madde parçacıkları tarafından hissedilmeleri dışında, elektromanyetik kuvvete yol açan normal parçacıklar arasında değiş tokuş edilen fotonlar gibi olan “karanlık fotonları” aradılar. İtalya’daki fizikçiler bir elektron demetini ve pozitron olarak bilinen antiparçacıklarını bir elmasa dönüştürmek için hazırlanıyorlar. Karanlık fotonlar varsa, elektron-pozitron çiftleri potansiyel olarak evrenin yepyeni bir bölümünü açarak güç taşıyan garip parçacıklardan birini yok edebilir ve üretebilir.
Karanlık madde aksiyon parçacıklarından oluşmuş olabilir mi?
Fizikçiler WIMP’lere giderek daha fazla aşık olurken diğer karanlık madde parçacıkları da sempati kazanmaya başlıyor. Önde gelen değiştirmelerden biri, aksiyon olarak bilinen varsayımsal bir parçacık. Aksiyonlar şimdi birkaç deneydir aranıyor. Son zamanlardaki bilgisayar simülasyonları, bu aksiyonların hızlı radyo patlamaları olarak bilinen gizemli fenomenlere oldukça benzeyen algılanabilir radyasyon üretebilecek yıldız benzeri nesneleri oluşturabilme olasılığını artırdı.
Karanlık maddenin özellikleri neler?
Gökbilimciler, karanlık maddeyi sıradan maddeyle yer çekimi etkileşimleri yoluyla keşfettiler ve bunun, onun evrendeki varlığını bilinir hale getirmenin ana yolu olduğunu öne sürdüler. Ancak karanlık maddenin gerçek doğasını anlamaya çalışırken araştırmacıların yapacak çok az şeyi bulunuyor. Bazı teorilere göre karanlık madde parçacıkları birbirlerinin antiparçacıkları olmalı, yani iki karanlık madde parçacığı karşılaştıklarında birbirlerini yok etmeli. Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki Alfa Manyetik Spektrometre (AMS) deneyi, 2011’den beri bu yok oluşun işaretlerini arıyor ve şimdiden yüz binlerce olayı saptadı bile. Bilim insanları hâlâ bunların karanlık maddeden gelip gelmediğinden emin değiller ve sinyal henüz karanlık maddenin tam olarak ne olduğunu belirlemelerine yardımcı olamadı.
Karanlık madde her galakside var mı?
Sıradan maddeden çok daha ağır bastığı için karanlık maddenin genellikle galaksiler ve galaktik kümeler gibi büyük yapıları organize eden kontrol edici güç olduğu söylenir. Bu nedenle, gök bilimcilerin bu yılın başlarında neredeyse hiç karanlık madde içermiyormuş gibi görünen NGC 1052-DF2 adlı bir galaksi bulduklarını açıklamaları garipti.
Yale Üniversitesi’nden Pieter van Dokkum, “Karanlık madde bir galaksi oluşturmak için bir gereklilik değil.” dedi. Fakat ayrı bir ekip, van Dokkum’un ekibinin galaksiye olan mesafeyi yanlış ölçtüğünü, yani görünür maddenin ilk bulgulardan çok daha sönük ve daha hafif olduğunu ve kütlesinin daha fazlasının karanlık maddede olduğunu öne süren bir analiz yayımladı.
DAMA/LIBRA sonuçları ne durumda?
Parçacık fiziğinde uzun süredir devam eden bir gizem, DAMA/LIBRA olarak bilinen bir Avrupa deneyinin şaşırtıcı sonuçlarından ötürü ortaya çıktı. İtalya’daki Gran Sasso dağının altındaki bir yer altı madeninde bulunan bu dedektör, karanlık madde parçacıklarında periyodik bir salınım arıyor. Bu salınımların güneş sistemimizi çevreleyen karanlık maddenin galaktik akış boyunca uçarken ve Dünya Güneş’in etrafında hareket ederken ortaya çıkması muhtemel. 1997’den beri DAMA/LIBRA tam olarak bu sinyali gördüğünü iddia etse de başka hiçbir deneyde böyle bir şey görülmediğinden henüz bir kesinliği bulunmuyor.
Karanlık maddenin elektrik yükü olabilir mi?
Zamanın başlangıcından gelen bir sinyal, bazı fizikçileri karanlık maddenin bir elektrik yüküne sahip olabileceğini öne sürmeye yöneltti. 21 santimetre dalga boyuna sahip radyasyon, Büyük Patlama’dan sadece 180 milyon yıl sonra, evrenin emekleme döneminde yıldızlar tarafından yayıldı. Daha sonra, aynı zamanda etrafta bulunan soğuk hidrojen tarafından emildi. Bu radyasyon bu yılın Şubat ayında tespit edildiğinde, hidrojenin bilim insanlarının tahmin ettiğinden çok daha soğuk olduğunu gösterdi. Harvard Üniversitesi’nden astrofizikçi Julian Muñoz, o sırada WordsSideKick.com’a şöyle söyledi, “Elektrik yüklü karanlık maddenin, limonatada yüzen buz küpleri gibi, her yere yayılmış hidrojenden ısıyı çekmiş olabilir.” Ancak bu varsayım da henüz kesin olarak doğrulanmadı.
Sıradan parçacıklar karanlık maddeye dönüşebilir mi?
Nötronlar, sınırlı bir ömre sahip düzenli madde parçacıklar olarak bilinir. Yaklaşık 14,5 dakika sonra, bir atomdan kopan yalnız bir nötron bir protona, bir elektrona ve bir nötrinoya bozunur. Ancak, Physical Review Letters dergisinde temmuz ayında yapılan bir çalışmada alıntılanan deneylerdeki iki farklı deney düzeneği bu bozunma için farklı yaşam süreleri veriyor ve aralarındaki fark yaklaşık 9 saniye.
Bu yılın başlarında fizikçiler, bazı nötronların yüzde 1 oranında karanlık madde parçacıklarına dönüşmesinin bu anomaliyi açıklayabileceğini öne sürdü. New Mexico’daki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’ndan Christopher Morris ve ekibi, nötronları karanlık madde olabilecek bir sinyal için izledi ancak hiçbir şey tespit edemedi. Ancak çalışmaya göre diğer bozulma senaryolarının hâlâ mümkün olabileceği söylendi.
Karanlık madde gerçekten var mı?
Bilim insanlarının karanlık maddeyi tespit etmeye ve açıklamaya çalışırken karşılaştıkları zorluklar göz önüne alındığında her şeyi yanlış yapıp yapmadıklarını merak edilebilir. Uzun yıllar boyunca, fizikçilerin belli bir azınlığı, yer çekimi teorilerinin belki de tamamen yanlış olduğunu ve temel kuvvetin büyük ölçeklerde beklediğimizden farklı çalıştığı fikrini ileri sürdüler. Genellikle “değiştirilmiş Newton dinamikleri” veya MOND modelleri olarak bilinen bu öneriler, karanlık maddenin olmadığını ve yıldızların ve galaksilerin birbirlerinin etrafında döndükleri ultra yüksek hızların, yer çekiminin şaşırtıcı şekillerde davranmasının bir sonucu olduğunu varsaydı. Fizikçi Don Lincoln, bir yazısında “Karanlık madde hala doğrulanmamış bir model.” diye yazdı. Yine de bu görüşün karşısında olanları kendi varsayımlarıyla ikna edemedi. Ayrıca en son gerçekleştirilen deneylerin sonucunda ortaya çıkan kanıt da karanlık maddenin gerçek olduğunu öne sürüyor.
Derleyen: Ceren Korkmaz
