Karanlık Madde Nedir?

Karanlık madde, evrendeki maddenin büyük çoğunluğunu oluşturan gizemli, ışıksız bir maddedir. Uzmanlar, karanlık maddenin kütleçekimsel etkilerini on yıllardır gözlemlemiş olsalar da, bilim adamları onun gerçek doğası konusunda şaşkınlığını koruyor.

Karanlık maddeyi kim keşfetti?

 19. yüzyılın sonlarında, gökbilimciler görünmeyen maddeler hakkında spekülasyon yapmaya başladılar. Ya sönük yıldızlar ya da evrene dağılmış gaz ve toz parçacıklarının olduğu iddia edilen bazı spekülasyonlar oluştu. Review of Modern Physics dergisindeki 2018 tarihli bir incelemeye göre, araştırmacılar kütlesini tahmin etmeye bile başlamışlardı. Çoğu, bu gizemli maddenin kozmostaki toplam kütlenin küçük bir bileşeni olduğunu düşündü.

 1933 yılına kadar İsviçreli-Amerikalı astronom Fritz Zwicky, uzak galaksilerin birbirlerinin etrafında, teleskoplarda görülen görünür maddeleri göz önüne alındığında mümkün olandan çok daha hızlı döndüklerini fark etmedi. O yıl Helvetica Physica Acta dergisinde yayınlanan bir makalede, "Bu doğrulanırsa, karanlık maddenin parlak maddeden çok daha fazla miktarda mevcut olduğu şaşırtıcı bir sonuç alırdık" diye yazdı.

 Ancak, gökbilimciler Kent Ford ve Vera Rubin'in komşu Andromeda galaksisinin dış bölgelerindeki yıldızlarla ilgili ayrıntılı çalışmalar yaptıkları 1970'lere kadar, alandaki birçok kişi Zwicky'nin sonuçlarına şüpheyle yaklaştı. Bu yıldızlar galaktik çekirdeğin yörüngesinde çok hızlı dönüyorlardı, sanki görünmez bir madde yerçekimsel olarak üzerlerine çekip onları itiyormuş gibi görünüyordu. Bilim adamlarının yakında tüm evrendeki galaksilerde fark ettikleri bir gözlem olmayı başarmıştı.

 Bazı gökbilimciler, karanlık maddenin küçük kara deliklerden veya teleskoplarda görünemeyecek kadar az ışık yayan diğer kompakt nesnelerden oluştuğunu iddia ederken, araştırmacıların bu görünmeyen kütlenin nelerden oluştuğu hakkında hiçbir fikri yoktu. 1990'larda, Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Sondası (WMAP) adlı bir uzay teleskopu, NASA'ya göre, bu karanlık maddenin sıradan görünür maddeden beşe bir oranında ağır bastığını gösterdiğinde, sonuçlar daha da garipleşti.

 Karanlık madde neden bir sır olarak kalıyor?

 Teleskop araştırmaları, bu muazzam malzeme bolluğunu hesaba katacak kadar küçük, kompakt nesneler asla bulamadı. Günümüz astronomlarının çoğu, karanlık maddenin muhtemelen daha tanıdık proton ve nötronlardan oldukça farklı özelliklere sahip atom altı parçacıklardan oluştuğunu düşünüyor.

 Karanlık madde için hüküm süren adaya Zayıf Etkileşimli Büyük Parçacık veya WIMP denir. Bu spekülatif varlıklar, neredeyse tüm parçacıkları ve kuvvetleri tanımlayan Parçacık fiziğinin Standart Modelinde bulunmaz. WIMP'ler, bir protondan 10 ila 100 kat daha ağır olması dışında hayaletimsi nötrinoya daha benzer olacaktır. (Nötrinoların kesin kütleleri bilinmiyor ama elektronlardan çok daha hafifler).

 Nötrinolar gibi, WIMP'ler de evrendeki dört temel kuvvetten yalnızca ikisi ile etkileşime girer: Yerçekimi ve radyoaktif atom çekirdeğinin bozunmasına aracılık eden nükleer zayıf kuvvet. Bu karanlık madde parçacıkları elektriksel olarak nötr olacak, bu da ışığın temeli olan elektromanyetizma ile etkileşime girmeyecekleri ve bu nedenle görünmez kalacakları anlamına geliyor.

 Fizikçiler, WIMP'leri tespit etme çabalarında onları kozmik ışınlardan korumak için devasa dedektörler inşa ettiler ve onları yerin derinliklerine yerleştirdiler, ancak şimdiye kadar hiçbir deney onlar için kanıt ortaya çıkarmadı. Son yıllarda, bu başarısızlık, sahadaki bazılarının gerçek bir sonu olmayan vahşi bir parçacık kovalamacasına yönelip yönelmediklerini merak etmeye başlamasına neden oldu.

Proceedings of the National Academy of Science'ın bildirdiğine göre, bazı bilim adamları bu nedenle dikkatlerini, bir elektronun kütlesinin milyonda biri, hatta milyarda biri olacak olan, axion adı verilen daha yeni bir karanlık madde adayına çeviriyorlar. Bu varsayımsal parçacıklar, araştırmacılar için özellikle çekicidir, çünkü fizikteki bir başka olağanüstü sorunu da çözebilirler, potansiyel olarak nötronlarla etkileşime girerek manyetik alanları hissedebildiklerini ancak elektrik alanlarını hissetmediklerini açıklamak için potansiyel olarak etkileşime girerler.

 Haziran 2020'de, orijinal olarak WIMP'leri yakalamayı denemek için inşa edilmiş bir dedektör olan İtalya'daki Gran Sasso Ulusal Laboratuvarı'nda bulunan XENON1T deneyinin üyeleri, eksenlerin varlığı ile açıklanabilecek küçük ama beklenmedik bir sinyal bulduklarını açıkladılar. Sonuçlar bilim camiasını şok etti, ancak henüz başka deneylerle doğrulanmadı.

 Karanlık madde gerçek mi?

Bilimden anlayan birçok insan, evrenin yalnızca Carl Sagan'ın sık sık sözü edilen "milyarlarca ve milyarlarca" galaksisinden değil, aynı zamanda karanlık madde adı verilen çok büyük miktarda görünmez bir maddeden oluştuğunu kabul eder. Bu tuhaf maddenin, elektromanyetizma veya güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler aracılığıyla etkileşime girmeyen yeni bir tür atom altı parçacık olduğu düşünülüyor . Karanlık maddenin ayrıca evrende sıradan atom maddesinden beş kat daha yaygın olduğu varsayılmaktadır.

Ancak gerçek şu ki, karanlık maddenin varlığı henüz kanıtlanamadı. Karanlık madde, oldukça iyi desteklenmiş olsa da hala bir hipotezdir. Herhangi bir bilimsel teori tahminlerde bulunmak zorundadır ve eğer doğruysa, yaptığınız ölçümler tahminlerle örtüşmelidir. Aynı şey karanlık madde için de geçerli. Örneğin, karanlık madde teorileri, galaksilerin ne kadar hızlı döndüğü konusunda tahminlerde bulunur. Ancak şimdiye kadar, düşük kütleli gökadaların merkezindeki ayrıntılı karanlık madde dağılımına ilişkin yapılan ölçümler bu tahminlerle örtüşmüyordu.

Yakın zamanda yapılan bir hesaplama bunu değiştirdi. Hesaplama, bir galaksinin görünür veya sıradan maddesini dönme hızıyla karşılaştıran Tully-Fisher ilişkisinin bilmecesini çözmeye yardımcı olur. Bilim adamları, çok basitleştirilmiş bir ifadeyle, bir sarmal gökada ne kadar kütleli (ve dolayısıyla daha parlak) olursa, o kadar hızlı döndüğünü bulmuşlardır.

Ama eğer karanlık madde varsa, bir galaksinin ne kadar "büyük" olduğu sadece görünen maddesiyle değil, aynı zamanda karanlık maddesiyle de belirlenmelidir. Denklemin büyük bir parçası - karanlık madde miktarı - eksikken, Tully-Fisher ilişkisi tutmamalı. Ve yine de öyle. Bu ilişkiyi mevcut karanlık madde teorisiyle uzlaştırmanın herhangi bir yolunu hayal etmek zordu. Şimdiye kadar.

 Kaynak; livescience.com