Evrende dönen karanlık işler-1
Evrenin içinde ölçülen enerji miktarını üç çeşide ayırabiliriz. Bu enerjinin %5’i ışık saçan (ya da baryonik) madde, yani elektronlar, fotonlar, protonlar gibi parçacık fizikçiler tarafından bilinen, teorik ve deneysel yöntemlerle etkileşimlerini anlayabildiğimiz madde türüdür. Geri kalan %25’i karanlık madde ve %70’i ise karanlık enerjiden oluşur. Önümüzdeki birkaç yazıda sizlere karanlık madde ve karanlık enerjiden bahsedeceğim. Karanlık madde ile başlayalım.
Karanlık maddeyi anlamak için önce kütle çekimi kuvvetini bilmemiz gerekiyor. Kütle çekimi doğada bilinen dört kuvvetten biri. Diğerleri elektromanyetik kuvvet ile güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler. Kütle çekimi, adı üstünde kütlesi olan her yapının birbirine uyguladığı kuvvet. Mesela Güneş ve Dünya arasındaki en önemli etkileşim bu kuvvet ile mümkün oluyor. Bir cismin kütlesi ne kadar büyükse oluşturduğu kütle çekimi kuvveti de o kadar büyük. Kütle çekimi kuvvetinin bir diğer özelliği de uzaklık ile azalması. Mesela eğer Dünya Güneş’ten şu andaki mesafesine göre iki kat daha uzak olsaydı hissettiği kütle çekimi kuvveti şimdikinin dörtte biri kadar olacaktı. Bu kuvvet Newton dinamiği dediğimiz, 17. yüzyılda matematiksel modellemesi yapılan teori ile anlatabildiğimiz bir fizik. Yani yüzyıllar boyunca üzerine çalışılmış bir konu.
İki kütle arasındaki bu kuvvetin olduğunu ve uzaklık ile azaldığını bildikten sonra bu bilgiyi galaksiler içindeki yıldızların hareketlerine uygulamak mümkün. Nasıl ki Güneş ve Dünya birbirlerini çekiyorsa, Güneş de galaksideki diğer kütleler tarafından bir kütle çekimi kuvvetine maruz kalıyor. Bu çok karışık bir problem gibi görünebilir, çünkü galaksimizde milyardan fazla yıldız var. Fakat aslında galaksimizdeki ışık saçan kütlelerin dağılımına baktığımızda görüyoruz ki bu kütlenin büyük çoğunluğu galaksinin merkezinde toplanmış durumda. Böyle bir problemi kolaya indirgemek mümkün: Galaksi merkezini çok ağır ve hacmi küçük bir cisim olarak ele alıp, Güneş’imiz gibi diğer yıldızları bu merkez etrafında dönen ve birbirleri ile etkileşmeyen cisimler olarak düşünebiliriz. Yani her yıldızın hareketi, yıldız-galaksi merkezi olarak aynı Dünya-Güneş sistemi gibi iki cisimli bir sisteme indirgenebilir (Tabii ki bilgisayar simülasyonlarına ulaşımımız olduğu şu dönemde bu indirgemeyi yapmamıza çok da gerek yok. Ama farz edin ki elinizde sadece kalem kâğıt var). O zaman, aynı Dünya-Güneş sistemindeki gibi, galaksi merkezinden uzaklaştıkça yıldızları etkileyen kütle çekim kuvvetinin azalmasını bekliyoruz. Bunun neticesinde de Newton dinamiğine göre galaksi merkezinden uzaktaki yıldızların dönüş hızlarının merkeze yakın olanlardan daha az olacağı tahmin ediliyor.
Bu tahminler 1975 yılında Vera Rubin adlı gökbilimci tarafında yıkılıyor. Rubin, astrofizik ve daha sonra parçacık fiziği bilim dallarını köklerinden etkileyecek gözlemlerini o yıl bir konferansta sunuyor. Rubin’in birçok galakside yaptığı gözlemlere göre galaksi merkezinden uzaklaştıkça yıldızların dönüş hızı düşmediği gibi bazı galaksilerde merkezden uzaktaki yıldızlar daha hızlı dönüyorlar! Bu gözlemi açıklamanın şimdiye kadar düşünülen iki yolu var: 1- Newton dinamiği yanlış ve modifiye edilmeli. Buna MOND deniyor, yani Modified Newtonian Dynamics. MOND hakkında yazmayacağım çünkü bu teorinin açıklayamadığı çok sayıda gözlem var. Bu yüzden son 20 yıldır çok da rağbet görmüyor. 2- Galaksilerin içinde ışık saçmadığı için göremediğimiz bir kütle var ve bu kütle ekstra bir kütle çekimi kuvveti sağlayarak yıldızları hızlandırıyor. İşte bu ikinci seçenekteki kütleye karanlık madde deniyor.
Gelecek köşemde karanlık maddenin ne tür bir şey olabileceği hakkında yazacağım. Hadi biraz merak edin!