Evrenin karanlık yüzüne bakmak
Karanlık madde dediğimiz ve mahiyetini bilmediğimiz bir madde türü evrenin yüzde 27’lik bir kısmını oluştururken, geriye kalan kısımda çok daha gizemli olan karanlık enerjidir. Peki nedir bu karanlık madde?
Prof. Dr. Sertaç Öztürk - @Sertac_Oztrk
Güneşin merkezinde yüzbinlerce yıl önce oluşmuş ve sadece sekiz dakika önce güneşin yüzeyini terk etmiş bazı fotonların son durağıdır gözlerimiz. Sabah gözlerinizi açtığınızda sizde yok olan bu çok özel yaşlı ışık ile uyanırsınız. Her sabahı aydınlatan güneşin ışığı öncekinden farklıdır. Yani Herakleitos’un dediği gibi “Güneş her gün yenidir.” Benzer şekilde tepenizde ışıldayan milyonlarca yıldız da her gece hem yeni hem de eskidir. Evrene ait anlayışımızı ve bilgimizi şekillendiren şey aslında bu gördüğümüz ışıktır. Teleskoplarla belirlediğimiz elektromanyetik dalgalar evrene ait bilgimizin en önemli kaynağıdır. Fakat evrende bazı şeyler vardır ki ışığı emmez, yansıtmaz ve yaymaz. Elektromanyetik spektrumun hiçbir aralığında algılanabilir bir sinyal üretmez. Yani tamamen görünmezdir. Bu karanlık görünmezlik pelerini altına saklanmış kısım evrenin %96’sını oluştururken, sadece evrenin %4’lük bir kısmı elektromanyetik etkileşimler ile varlığını gösteren baryonik maddedir. Karanlık madde dediğimiz ve mahiyetini bilmediğimiz bir madde türü evrenin %27’lik bir kısmını oluştururken, geriye kalan kısımda çok daha gizemli olan karanlık enerjidir. Peki nedir bu karanlık madde?
BARYONİK MADDE
Her şeyden önce baryonik madde nedir, kısaca bakalım. Baryonik madde yıldızları, gezegenleri, hücrelerimizi, atomları oluşturan maddedir. Kuark adını verdiğimiz atom altı parçacıkların üç tanesi bir araya gelerek baryon adı verdiğimiz yapıyı oluşturur. Protonlar, nötronlar, atom çekirdekleri baryonik maddedir. Bunlar elektromanyetik olarak etkileştikleri için, yani ışığı soğurup yayımladıkları için özellikleri hakkında direkt olarak bilgi almak mümkündür. Karanlık ise ışığın bulunmaması durumudur. Fakat bir şey karanlık olsa bile yine de çevresinde oluşturduğu gözlemlenebilir etkiler ile varlığına dair ipuçları elde etmek mümkündür. Karanlık maddenin varlığına dair işaretler de bu şekilde elde edilir. Tarihsel olarak karanlık madde kavramı Lord Kelvin ve Henri Pioncare’ye kadar uzansa da varlığına dair ilk büyük kanıt 1933 yılında Fritz Zwicky’nin çalışmalarına dayanıyor. Zwicky galaksilerin çevresinde dönen yıldızların hareketine baktığında çok ilginç bir şey gözlemledi. Görmeyi umduğu şey Kepler’in ikinci yasasına göre galaksinin merkezinden uzaklaştıkça yıldızların galaksi etrafında dönme hızının azalmasıydı. Tıpkı Güneş’ten uzaklaştıkça gezegenlerin dönüş hızının azalması gibi. Fakat galaksinin dış kenarlarında dönen yıldızların hızları o kadar yüksekti ki galaksinin kütle çekiminin onları yörüngede tutamaması gerekirdi. Nasıl oluyordu da uzaktaki yıldızlar savrulmadan galaksi etrafında dönebiliyordu? Bu durumu açıklamak iki şekilde mümkün olabilirdi. Ya göremediğimiz ek bir kütle galaksiyi dolduruyor ya da Newton mekaniği galaksiler gibi büyük ölçeklerde farklı işliyor. Bu iki görüşü de benimseyen ve üzerine çok ciddi araştırmalar yapan fizikçiler var. Bazı çalışmalar Newton dinamiğini modifiye ederek gözlemler ile uyumlu hale getirmeye çalışılırken bazı çalışmalar ise bütün evrenin karanlık görünmez bir madde tarafında doldurulduğunu söylüyor. Özellikle son zamanlarda Hubble teleskobu tarafından Newton dinamiğine göre dönen galaksinin keşfi, modifiye edilmiş Newton dinamiğinin bazı gözlemleri açıklamada yetersiz kalması ve kozmolojik gözlemlerin evrende olması gereken madde miktarının baryonik madde miktarı ile uyuşmaması gibi nedenlerden dolayı karanlık maddenin varlığına dair inanış fizik camiasında oldukça güçlü.
TOPLAM YÜZDE 85
Evrendeki toplam madde miktarının %85’ini oluşturduğu düşünülen karanlık maddenin ne olduğuna dair ortaya atılan birçok kuram var. Her bir kuram farklı bir parçacık adayı ortaya sürüyor. Bazı kuramlar karanlık maddenin sadece kütle çekimsel olarak etkileşen yeni bir tür nötrino (steril nötrino veya başka özellikte süpersimetrik nötralino) olduğunu söylerken, bazı kuramlar ise karanlık maddenin zayıf etkileşen ağır parçacıklar (WIMP) veya axion gibi hafif bir bozon olduğunu iddia ediyor. Bunlardan başka çok fazla sayıda karanlık madde adayı fizikçiler tarafından ortaya atılmış durumda. Peki bu kuramlardan hangisi doğru ve karanlık maddeyi nasıl araştırabiliriz? Bunun için iki farklı yol var. Ya karanlık maddeyi bir şekilde laboratuvarda üretip özelliklerini anlamaya çalışabiliriz ya da Dünya karanlık madde okyanusunda hareket ederken karanlık maddenin baryonik madde ile etkileşmesinin sinyallerini belirlemeyi umabiliriz. Burada işin içine deneysel parçacık fiziği giriyor. CERN’de yüksek enerjili proton çarpışmalarında WIMP gibi karanlık madde adayları etkin bir şekilde aranıyor. Karanlık madde olağan madde ile çok az etkileştiği için üretildiği zaman detektörler ile etkileşmeden kaçıp gidecek ve kendisini kayıp enerji olarak gösterebilecek. Diğer yaklaşımda ise yerin kilometrelerce altına çok hassas parçacık detektörleri yerleştirilerek karanlık maddenin geçişi esnasında baryonik maddeden saçılmasına ait sinyaller aranıyor. Görece yeni sayılan bu araştırmalardan henüz olumlu bir sonuç çıkmasa da gelecekte karanlık maddenin direkt kanıtlarına ulaşılacağı yönünde umutlar oldukça fazla. Asıl o zaman yeni bir paradigma fizik kuramlarını tekrar şekillendirmeye başlayacak belki de.
Kendimizi evrenin merkezi sandığımız zamanlardan evrenin sadece %4’lük bir kısmını görebildiğimiz gerçeğine yavaş yavaş ulaştık. O %4’lük kısmı bir okyanus olarak düşünürsek o okyanustan bile sadece bir bardak su keşfedebildik bence. Daha çok uzun sürecek bu yolculukta bazı fizikçiler ışığın peşinden giderken bazıları korkusuzca gölgenin peşinden gitmeye devam edecek. Ne olursa olsun sadece bilim bu karanlık yolu ışığıyla aydınlatacak.