Karanlık Madde ve Karanlık Enerji

krn2

Karanlık madde ve karanlık enerji sıklıkla birbirine karıştırılıyor. Fakat bu ikisi aynı şeyler değil. Gelin hangisi nedir, birlikte görelim!

Big Bang, yani Büyük Patlama Teorisi‘ni hepiniz iyi kötü duymuşsunuzdur. Evrenin yaklaşık 13.8 milyar yıl önce, aşırı yoğun ve sıcak bir noktadan meydana geldiğini savunur. Şu an için çoğu bilim insanı tarafından kabul gören bir teoridir, çünkü evrenin oluşumuna dair birçok soruya cevap verebilmektedir. Üstelik bu teorinin yerini tutabilecek kadar güçlü başka bir fikir de henüz ortaya atılmış değil.

Ancak Big Bang Teorisi’nin de yanıt bulamadığı sorular olabiliyor. Bunlardan biri, gözlemlerden anlaşıldığı kadarıyla, patlamadan sonra var olması gereken ve teorik olarak elde edilen kütle miktarı ile gözlenen kütle miktarının uyuşmaması durumu. Yani, galaksiler arasındaki kütle çekimsel güçlerin görünen etkisini açıklayabilecek, yeterli miktarda gözle görülür madde yok. O halde, bu kayıp madde nerede?

Bilim insanları ortaya şöyle bir ihtimal atıyorlar; gözlemleyemediğimiz, saptayamadığımız bu kayıp madde öyle bir madde ki; ışın yaymıyor, elektromanyetik ışınları gözlenebilecek şekilde yansıtmıyor, baryonik(*) maddeyle pek etkileşime girmiyor. Bu yüzden de var olduğu halde, biz onu saptayamıyoruz. İşte bu maddeye karanlık madde deniyor.
(* Baryonlar, üç kuarktan veya üç anti-kuarktan oluşan atom altı parçacıklardır.)

Karanlık enerji ise bundan farklı bir kavram. Ortaya çıkış nedeni, evrenin genişleme hızındaki artış. Kütle çekim kuvvetinin cisimleri birbirine doğru çekmesine pozitif basınç dersek, evrendeki genişleme de cisimlerin birbirinden ayrılması, yani negatif basınçtır. Evren büyük bir hızla genişlediğine göre, bu negatif basıncın kaynağı olan bir kuvvet, bir enerji olmalıdır. İşte buna da karanlık enerji denir.

Tüm bunlar ışığında bilim adamları şöyle bir sonuca vardılar; evreni oluşturan maddelerin yaklaşık %75’i karanlık enerji, yaklaşık %21’i karanlık madde ve yaklaşık %4’ü bilinen madde… Bu oranları 70-25-5, 73-23-4 gibi ya da çok daha farklı şekillerde de görebilirsiniz internette. Ancak kesin olan şu ki evrenin büyük bir kısmını karanlık enerji, çok ufak bir kısmını da bildiğimiz atomlar oluşturuyor.
pst

Karanlık Madde

1932 yılında Jan Oort, karanlık madde terimini ilk kullanan kişiydi. 1900’lü yılların ilk yarısında Zwicky ve Smith gibi bilim insanları, birtakım çalışmalarla fark ettiler ki, hesapladıkları gök cisimlerine ait hızlar, hesaplanandan çok daha yüksek…Birçok buluş sahibi gibi, dertlerini kimseye anlatamadılar, çünkü hesaplamalarında hata yaptıkları düşünülüyordu.

Babcock, Schwarzschild gibi ünlü isimlerin bu konuda yaptığı çalışmalar, 20. yüzyılın ikinci yarısına kadar bilim dünyasında hak ettiği yeri alamamış olsa da, Vera Rubin‘in yaptığı çalışmalarla görüldü ki Zwicky haklıydı. Ortada gerçekten tuhaf bir durum vardı.

Her ne kadar ‘tuhaf durum‘un varlığı gök bilimciler tarafından kabul görmüş olsa da, karanlık maddenin tam olarak ne olduğunu hâlâ açıklayabilmiş değiliz.

Evet, karanlık maddeyi göremiyoruz, ancak galaksi ve yıldızlar üzerindeki etkilerini fark edebiliyoruz. Kütle çekim merceği buna bir örnek mesela (Bu konuyla ilgili yazımıza sitenin arama kısmından ulaşabilirsiniz). Şu anda bazı gelişmiş ülkeler, parçacık deneyleriyle bu maddenin ne olduğunu tam olarak anlayabilmek adına çalışmalar yapıyorlar. Çalışmalardan şimdiye dek elde edilen en önemli sonuç, karanlık maddenin ne olabileceğine dair ortaya atılan iddialardan bir kısmının, Higgs bozonu sayesinde elenmiş olması. Zira maddenin tanımının, bu bozonun varlığına uygun olması gerektiğini düşünen bilim insanları var.

Burada bir parantez açalım ve Higgs bozonunun ne olduğuna bir bakalım.

İngiltere’de bir fizikçi, ‘Higgs bozonunu insanlara en kolay nasıl anlatırız’ sorusuna şu şekilde bir yanıt vermiş:

Farz edelim ki bir odada kalabalık bir insan grubu var. Bu odayı ve insanları Higgs alanı gibi düşünelim.
1Derken odaya çok ünlü biri girsin. Odadaki insanlar bu ünlünün etrafını sarsın ve odada onunla birlikte ilerlemeye başlasınlar. Ünlü kişi, etrafındaki kalabalık nedeniyle yürümekte zorlanmaya başlayacak ve daha fazla enerji harcayacak, ama tabi odaya yeni giren birinin odada yürümesi, o bölgelerin artık boş olmasından dolayı daha kolay olacak.

Aynı etkiyi odaya ‘ünlü birinin girmiş olduğu dedikodusuyla’ da elde edebilirsiniz. Ünlüyü görmek için bir noktaya doğru oluşacak olan yığılma, yine odada aynı kalabalıklaşmış bölgenin bir benzerini oluşturacak. İşte Higgs bozonu da, bu insanlar gibi bir yerde kümeleşmiş parçacıkları ifade ediyor.

2

Higgs alanının kararlı madde oluşumu için olmazsa olmaz bir şart olduğu düşünüldüğünden, karanlık madde oluşumunun da bu alanla açıklanabileceği ihtimali üzerinde duruluyor. Her ne kadar bilim insanları 2016 Temmuz ayında, İngiltere’deki bir konferansta, 10 milyon dolara mal olan ekipmana rağmen aradıklarını bulamadıklarını duyurdularsa da, arama çalışmaları bitmiş değil.

Karanlık Madde Adayları

İlkel evrenden kalmış olması muhtemel parçalar, kararsız ve zayıf etkileşimli parçacıklardır.

İlk adayımız, kuramsal olarak ortaya atılan ‘weakly interacting massive particles‘…

Açıklayalım; zayıf etkileşen büyük kütleli parçacıklar anlamına gelen isim tamlamasının baş harflerini almışlar ve ortaya çıkan WIMPlerin, karanlık madde adayı olabileceğini  düşünmüşler.

Bu maddelerin kütlesinin, mesela protondan bile daha büyük olduğu var sayılıyor. Bunlar çok kısa ömürlü parçacıklar ve var olduklarının kesin bir kanıtı henüz yok. Birbirleriyle sadece zayıf kuvvet aracılığıyla etkileşiyorlar. Hemen hatırlatalım; zayıf kuvvet, parçacıkların veya atom çekirdeklerinin kararsız olmasından sorumlu olan kuvvettir. Bu kuvvetin etkisi altındaki parçacık bozunarak, benzeri bir başka parçacığa dönüşür.

Şu ana kadar yapılan deneylerde WIMPlerin varlığına rastlamış değiliz. Her zamanki gibi bekleyip görmemiz gerekecek bazı şeyleri.

2. adayımız ‘Steril nötrino

Bunlar, neredeyse kütlesiz olan nötrinoların eş parçacıklarıdır. Bu arkadaşlar maddeyle etkileşmeme konusunda, son derece inatçı olduklarından keşifleri zor. Ancak fotonlara bozunabiliyorlar. Bu da gözlenebilme ihtimallerini gündeme getiriyor.

Bir ara fizikçiler, galaksi kümelerinin merkezinden akan ve bozunum yapan steril nötrinoların bulunabileceği ön görülen bir bölgede bir sinyal keşfettiler. Bu sinyalin potasyum iyonları gibi bir başka kaynaktan daha gelme olasılığı da mevcut olduğundan, şimdilik fazla heyecanlanmaya gerek yok. Yeni çalışmaların sonucunu -evet tahmin ettiniz- beklemek zorundayız.

Astronominin tek sıkıcı yanı bu bekleme olayı…

 3. aday ‘Asimetrik karanlık madde‘…

Evren oluşurken eşit miktarda ortaya çıkan madde ile anti-madde çarpışarak birbirini yok ediyordu. Ne olduysa simetri bozuldu ve sadece madde kaldı geriye. Bu durumda anti-karanlık madde parçacıkları da yok olmuş ve geriye sadece karanlık madde kalmış olabilir.

Gelelim 4.ye: ‘Axionlar‘…

1977’de öne sürülen kuramsal parçacık olan Axion, eğer bir yerlerde mevcutsa, karanlık maddenin bir parçası olabilir.

 5: ‘Ayna maddesi‘…

Bunlara gölge maddesi ya da Alice maddesi de denir. Yine normal fotonlara dönüşüyor olabilecekleri ihtimali var.

 6: ‘Nötralinolar’…

Her parçacığın bir süper eş parçacığı olduğunu söyleyen süpersimetri kuramından doğmuşlardır. Karanlık madde; foton ve Z bozonu parçacıklarının eşlerinin karışımı olabilir. Bunların içinde gözlemlenmesi en olası olanı nötralinodur.

Şunu belirtmekte fayda var; bu kuramsal parçacıklar -adı üstünde- bazı kuramlardan yola çıkılarak ortaya atıldı. Fizik kurallarına uygun olarak, “Bu böyleyse şu şöyle olabilir/olmalıdır” gibi akıl yürütmeler sonucu, özellikleri belirlendi. Yani burada “Heeey, aklıma bir fikir geldi! WIMP diye bir şey olsun, onu arayalım” şeklinde başıboş bir fikirden bahsetmiyoruz. Bu parçacıkların hepsinin, nereden türetildiklerine dair mantıklı açıklamalar var.

Görüldüğü gibi ihtimaller 1’den fazla. Burada saydıklarımdan başka adaylar da var. Hatta kahverengi cüceler, kara delikler, nötron yıldızları gibi cisimler de baryonik karanlık madde denilen adaylar…

Bunlardan başka bir de son derece ağır hareket eden ve bilinmeyen soğuk karanlık madde ile, ışık hızına yakın hareket eden sıcak karanlık madde adayları da var.

Terminolojideki bu karmaşanın sebebi, aslında karanlık maddenin tam olarak ne olduğunu bilmiyor oluşumuz. Olasılıklar 1’den, hatta birkaç taneden de fazla olduğunda, bu şekilde kafa karıştırıcı noktalara varmamız çok normal.

Genel olarak bilmemiz gereken ve kesin olan şey şu ki; yıldızların umulan ve hesaplanan hızları arasındaki farklar ve tespit edilemeyen, ama orada olması gereken kütle, karanlık madde denen şeyin varlığını bize gösteriyor.


 Bir de bazı değişik kuramları kısaca görelim:

Ayna Dünya Karanlık Maddesi Kuramı adlı bir kurama göre karanlık madde bir başka evrende var olabilir. Bizim evrenimize ait olmadığından bizim evrenimizdeki maddeyle etkileşmez; kütle çekimi dışında…Hiç iz bırakmadan, bizim evrenimizdeki cisimlere sinsice çekim kuvveti uyguluyor olabilir.

Ek Boyutsal Karanlık Madde Kuramı: Biliyoruz ki biz 3 boyutlu bir dünyada yaşıyoruz. Bundan başka boyut ya da boyutlar varsa, biz onları algılayamıyoruz demektir. Karanlık madde de algılayamadığımız bu boyutlardan birinde olabilir ve yine çekim etkisi dışında herhangi bir ayak izi bırakmıyor demektir.

Birleşik Karanlık Madde Kuramı’na göre de ya buraya kadar bahsi geçen (ya da geçmeyen) parçacıklardan hiçbiri karanlık madde değildir ya da hepsi birden karanlık maddedir. Birbirleriyle sayısız şekilde etkileşiyor da olabilirler.

Evet…Gördüğünüz gibi bir yerlerden bir şekilde üretilmiş tonlarca kuram var, ama elimizde koca bir sıfır dışında bir şey yok gibi şimdilik. Ne denir bilirsiniz; önümüzdeki maçlara bakacağız ^^


Daha önceki bir yazımda, söylenen her şeye inanmayıp araştırmak gerektiğini belirtmiştim. “Karanlık maddeye dair en ufak bir ipucu bulamadık” diyerek konuyu burada kesseydim, birçok arkadaşımız bunun doğru olduğunu düşünüp araştırmayacaktı, ama ipucumuz var.

Çarpıştırıcılarda ve deney odalarında parçacıklara dair çok net şeyler bulunmamış olsa da, bulunmuş başka bir şey var: Abel 222 ve Abel 223 galaksi kümeleri. Bu iki küme arasında ipliksi şerit şeklinde bir karanlık madde köprüsü keşfedildi. Subaru Teleskobu aracılığıyla ölçülüp biçilmiş ve varılmış bu sonucun, daha büyük ve gelişmiş teleskoplarla teyidi beklenmekte şimdilik.

Tabi bu arada teleskopla bakıp orada iplikler falan görmüyoruz. Bu buluş galaksi kümelerinin hareketlerinden elde

Untitled-3

Telif hakkı Jörg Dietrich’e ait görselde galaksiler arasındaki iplikçiklerin dizilimi gösterilmiş

edildi. Aralarında yaklaşık 2.7 milyar ışık yılı bulunan bu iki galaksinin birlikte hareket etmesi, normal koşullarda pek olası değil. Dünyadan bakıldığında biri daha yakın olan bu iki galaksi arasındaki çekimsel mercek etkisi de, buluşu anlamlı hale getiren etkilerden biri.

Genel olarak galaksilerin evrende rastgele değil, teller ya da ipliksiler şeklinde dizildiği düşünülüyor.


Karanlık Enerji

Vesto Slipher’in galaksilerde kırmızıya kaymayı, Hubble’nin ise bunun ne anlama geldiğini bulmasından sonra gözler, evrenin hangi hızla genişlediği konusuna çevrildi.

Herhangi bir patlamayı kafanızda, ağır çekim olarak canlandırın. Mesela bir cam balonun patladığını farz edelim.

Balon patladığında cam kırıkları önce merkezden büyük bir süratle dışa doğru savrulacaklar, belli bir mesafe katettikten sonra da, eğer bir başka kuvvetin etkisi altında değilseler, şuraya buraya çarpıp (ya da çarpmayıp) düşerek hareketlerine bir son verecekler. Bu fiziksel bir gerçek…

Evren için de beklenen şey buna benziyordu: Büyük Patlama ile bir anda dışarıya doğru genişleyecek ve sonra hızı kesildiğinde gittikçe yavaşlayarak duracaktı. Kütle çekiminin çalışıyor olması bunu gerektirirdi. Ancak durumun hiç de öyle olmadığı görüldü.


Evren gittikçe hızlanarak genişliyor. Bu nasıl olur? Dışarıdan birisi ya da bir şey çekiştiriyor ya da emiyor yahut içeriden bir şeyler itiyor olmalı. İşte bu ne olduğu anlaşılamayan etkiye karanlık enerji adını verdik. Bunun yüzdesini de kafadan atarak değil, evrendeki tüm boşluğu doldurduğunu var sayarak ve yıldızlarla galaksilere ait birtakım verileri ölçerek yaklaşık olarak hesapladık. Zira karanlık enerji, karanlık madde gibi bazı yerlerde yoğunlaşmıyor. Evrenin her yanına dağılmış durumda.

Peki Ya Tüm Bunlar Yanlışsa?

Bundan birkaç sene önce bilim insanları, Baryon Salınım Spektroskopik İnceleme aracılığı ile yaptıkları ölçümler sonucunda,  Büyük Patlama’dan 3 milyar yıl sonra, evrenin genişleme hızının her 44 milyon yılda %1 arttığını açıkladılar.

Ancak evrenin aslında genişlemediğini, bazı etkilerden dolayı bize öyle geldiğini söyleyen bilim insanları da mevcut. Mesela Prof. Christof Wetterich‘e göre, galaksilerde gözlemlediğimiz kızıla kaymanın sebebi evrenin genişlemesi değil, kütle kazanması. Ancak bu fikrin test edilebilirliği söz konusu değil, çünkü kütleleri ancak birbirine kıyaslayarak ölçebiliyoruz. Evren kütle kazanıyorsa bile biz bunu bilemeyeceğiz, çünkü diğer kütleler birbirine göre  aynı kalıyor.

Bazı bilim insanları ise, yine evrenin genişlemediğini, uzayda var olan büyük kabarcıkların bizi bu yönde yanılttığını iddia ediyorlar. Bunun nasıl olduğunun detaylarıyla kafa karıştırmaya gerek yok. Ancak bilmemiz gereken şu; evrenin genişlediğinden bile emin olmadığımız bir noktadayız, ama buna rağmen genişlemeden sorumlu bir karanlık enerji arıyoruz. Bunu bulmamız, diğer görüşlerden bizi kurtaracak, ama bulamazsak yine de diğer görüşler geçerlilik kazanmayacak, çünkü henüz hiçbirinin kanıtı yok. Bilim bazen tuhaf olabiliyor.

Bu arada, evreni çepeçevre saran kara deliklere doğru çekiliyor bile olabiliriz. Biraz uçuk bir fikir, ancak bunu öne sürenler de oldu. Bir bildikleri vardır deyip geçiyorum.

Bir sonraki yazıda görüşmek üzere.

Yorumlar

Yorum