Evren deyince aklınıza ne geliyor? Algı sınırlarımızı zorlayan bu koca karanlık boşlukta süzülen sayısız kozmik cisim. Gezegenler, yıldızlar, nebulalar, kuyruklu yıldızlar ve sayısız galaksi. Eğer astronomiye ilgili biri değilseniz muhtemelen sıralayacağınız liste bu şekilde devam edecektir. Çok uzun olmayan bir geçmişte bilim dünyası için de genel algı bu şekildeydi. Peki ya çevremizde ve evrenimizde gördüğümüz, hissettiğimiz, ihtişamları karşısında dehşete düştüğümüz tüm bu madde temelli oluşumlar evrenimizin sadece %4’ünü oluşturduğunu söylesek. Bu koca karanlık boşluk demiştik ya, belki de evrenimiz sanıldığı kadar boş değildir. Göremediğimiz, algılayamadığımız ama bir şekilde bu muazzam evreni şekillendiren çok daha büyük güçler de vardır.
Yirminci yüzyıldaki bilimsel atılımlardan astronomi dünyası da kendine düşen payı fazlasıyla aldı. Özellikler Einstain’in genel göreliliği ile kütlenin uzayı adeta bir çarşaf gibi büktüğünü öğrenmemiz; Edwin Hubble’ın ise evrenin Samanyolundan ibaret olmadığını, sürekli birbirinden uzaklaşan sayısız galaksinin varlığını bize anlatması, evren algımızda da köklü değişimlere sebep olmuştu. Artık hiç olmadığı kadar fazla göz aynı sebeple gökyüzüne çevrilmişti: Evreni anlamak.
Günümüzde sahip olduğumuz bilgiler neticesinde evrenimizin sadece bildiğimiz maddeden ibaret olmadığını, daha doğrusu olamayacağını biliyoruz. Öyle ki evreni şekillendiren güçler içerisinde en küçük pay %4 ile ona ait, geriye kalan %22 karanlık madde, % 74 ise karanlık enerji denilen gizemli fenomenlerden ibaret. Belki onları henüz keşfedemedik, oluşumları ve yapıları hakkında da hiçbir bilgimiz yok, ama onların varlığını dolaylı yollardan sürekli hissediyoruz. Karanlık madde tüm evrenimizdeki toplam kütlenin %90’ını oluşturuyor. Galaksilerin uzayda savrulmadan bir arada kalabilmelerinin en temel sebebi o. Karanlık enerji ise evrenimizi artan bir ivmeyle genişleten güç. Aslında bir tanesi evreni bir arada tutmaya çalışırken diğeri evreni olanca hızıyla savurma derdinde. Bu yazımızda birbirleriyle adeta bir mücadele içinde olan güçlerden birini işleyeceğiz: Karanlık madde.
Günümüz galaksisinde, kırmızı ile gösterilen karanlık madde, merkeze yakın yerlerde daha yoğundur ve daha hızlı döner.
Evrenin gözle görülebilenden daha fazla madde içerdiğini ilk olarak 1932 yılında Hollandalı astronom Jan Hendrik Oort dile getirmişti. Fakat onun bu teorisi uzun yıllar boyunca bilim dünyasında ciddiye alınmadı. 1970 yılına gelindiğinde ise Vera Rubin adında bir kadın karanlık maddenin varlığına dair o döneme kadarki en güçlü kanıtı buldu.
1970’lere kadar galaksilerin merkezleri etrafında çok yüksek hızla dönmelerine karşın savrulma olmamasının, bütün yıldızların bir arada kalmalarının nedeni olarak galaksilerin sahip olduğu çok büyük kütle çekimi olduğu düşünülüyordu. Ayrıca, merkez kaç etkisi sebebiyle galaksi merkezlerine yakın yıldızların, galaksinin dış bölgelerindeki yıldızlara göre çok daha yüksek hızlarda dönmesi gerekmekteydi. Rubin’in çalışmaları göstermişti ki, galaksilerin tahmini hareketleriyle gerçekteki hareketleri arasında ciddi anlamda bir uyuşmazlık vardı. Galaksilerdeki yıldızların kütlesi, oluşan merkez kaç kuvveti sebebiyle dağılmasını önleyecek boyutlarda değildi. Böyle bir kütle çekim için yıldızların toplam kütlesinin 10 katı daha fazlası gerekmekteydi. Ayrıca sanıldığının aksine galaksinin sınırındaki yıldızlar merkeze yakın yıldızlarla birbirine yakın hızlarda hareket ediyorlardı. Bunun açıklaması ancak göremediğimiz çok büyük miktardaki maddenin yarattığı kütle çekiminin etkisi olabilirdi. Göremediğimiz bu maddeye ise Karanlık Madde adı verildi.
Kaynak:WGBH
Peki Karanlık Madde Hakkında Ne Biliyoruz?
Bizim gözlemleyebildiğimiz ve tespit edebildiğimiz evrenin bilinen malzemesi, proton, nötron ve elektronlardan, yani baryonik maddelerden oluşuyor. Karanlık madde, baryonik veya baryonik olmayan madde temelli de olabilir.
Bilim dünyasının karanlık maddenin ne olduğu konusunda potansiyel adayları da var elbette. Bunlardan ilki, keşfedemediğimiz bu büyük kütle çekim kaynağı beyaz cüceler, kahverengi cüceler ve nötrino yıldızları olabilir. Zira bu cisimler evrende tespit edilmesi bir hayli zor olan cisimler. Bununla birlikte daha yaygın olan görüş ise karanlık maddenin egzotik yani baryonik olmayan bir yapıda olabileceği.
Zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacık (İweakly interacting massive particle, kısaca WIMP)
Egzotik adaylarımız arasında en önde gelen WIMP, bir protonun kütlesinden yaklaşık 10-100 kat daha yüksek bir kütleye sahip olduğu düşünülmekte ve halihazırda varsayımsal parçacık kategorisindedir. Buna rağmen CERN’de yürütülen deneylerde güçlü kanıtlar da bulundu. Büyük kütlelerine rağmen madde ile etkileşiminin zayıf olması tespit edilmesini zor bir hale sokuyor.
Bir diğer kuramsal parçacık adayımız da Nötralinolar, nötrinolardan daha kütleli ve yavaş olan nötralinolar da henüz tespit edilememiş olağan şüphelilerden bir tanesidir.
Steril Nötrino
Maddeyle çok düşük etkileşime sahip olan, kütlesi neredeyse sıfır, ışık hızına yakın hıza sahip, elektriksel yükü sıfır olan nötrinolar, bu sebeple sıradan madde yapısında bulunamıyorlar. Her ne kadar onların tespit edilmesi zor olsa da, yıldızlarda üretilen bu parçacıklar adeta bir nehir gibi yıldızlardan uzaya savrulurlar. Farkında olamasak bile Güneş içerisindeki füzyon reaksiyonlarından dünya üzerine nötrino yağmurları olmaktadır. Hatta Dünya’ya santimetre kare başına Güneş kaynaklı 60- 65 milyar nötrino düşer. Güneşimizden gelen yoğun nötrino serpintisi her an dünyamızın ve bizlerin içinden geçerler.
Elektron nötrino, müon nötrino ve tau nötrino olmak üzere üç tip nötrino vardır. Fakat varsayımsal dörüncü bir nötrino olduğu; Steril nötrino adı verilen bu egzotik parçacıkların ise sadece kütle çekimi yoluyla normal madde ile etkileşime girebildiği düşünülüyor. Bu özelliği ise karanlık maddenin steril nötrinolardan oluşmuş olabileceği fikrini ortaya çıkartıyor.
1930’larda Oort’un ilk kez dile getirdiği ve 1970’lerde Rubin’in ilk kanıtlarını bulduğu, evrenimizin bu garip fenomeni hakkında halen yeterli bilgiye sahip değiliz. Baryonik veya egzotik temelli bir formda olabileceği gibi, bilimdeki özellikle sicim kuramındaki gelişmeler karşımıza çok daha sıra dışı teoriler ve kanıtlar çıkarabilir. Geçtiğimiz Aralık ayında yolcu ettiğimiz James Webb Teleskobu, kim bilir belki de bu büyük gizemin de kapılarını bize aralayabilir.
