Karanlık Madde Tartışmasını Çözmeye Bir Adım Daha Yaklaşıldı
Uzak galaksilerin etrafındaki ‘Einstein halkalarına’ yeni bakış bizi karanlık madde tartışmasını çözmeye daha da yaklaştırdı.
Resim: HS 0810+2554 sisteminde kütleçekimsel mercekleme tarafından oluşturulan bir arka plan görüntüsünün çoklu görüntüleri görülebilir.
Fizikçiler, evrendeki maddenin büyük bir kısmının görünmez bir maddeden oluştuğuna ve bu maddeyi ancak görebildiğimiz yıldızlar ve galaksiler üzerindeki dolaylı etkileri sayesinde bildiğimize inanıyor.
Biz deli değiliz! Bu “karanlık madde” olmasaydı, gördüğümüz evrenin hiçbir anlamı olmazdı.
Karanlık maddenin doğası uzun süredir devam eden bir bilmecedir. Ancak Hong Kong Üniversitesinden Alfred Amruth ve meslektaşları tarafından yapılan ve Nature Astronomy dergisinde yayımlanan yeni bir çalışma, ışığın kütleçekimsel bükülmesini kullanarak bizi karanlık maddeyi anlamaya bir adım daha yaklaştırıyor.
Görünmez Ama Her Yerde Var
Karanlık maddenin var olduğunu düşünmemizin nedeni, kütleçekiminin etkilerini galaksilerin davranışlarında görebilmemizdir. Özellikle, karanlık madde evrenin kütlesinin yaklaşık %85’ini oluşturuyor gibi görünüyor ve görebildiğimiz uzak galaksilerin çoğu bu gizemli maddeden oluşan bir haleyle çevrelenmiş gibi görünüyor.
Ancak bu maddeye karanlık madde denmesinin nedeni ışık yaymaması, ışığı emmemesi ya da yansıtmaması; bu da tespit edilmesini inanılmaz derecede zorlaştırıyor.
Peki nedir bu madde? Bir tür bilinmeyen temel parçacık olması gerektiğini düşünüyoruz ancak bunun ötesinde emin değiliz. Şimdiye kadar laboratuvar deneylerinde karanlık madde parçacıklarını tespit etmeye yönelik tüm girişimler başarısız oldu ve fizikçiler onlarca yıldır doğasını tartışıyor.
Bilim insanları, karanlık madde için önde gelen iki varsayımsal aday önerdiler: zayıf etkileşimli büyük parçacıklar (veya WIMP’ler) olarak adlandırılan nispeten ağır karakterler ve aksiyonlar olarak adlandırılan son derece hafif parçacıklar. Teoride, WIMP’ler ayrık parçacıklar gibi davranırken, aksiyonlar kuantum etkileşimi nedeniyle daha çok dalgalar gibi davranacaktır.
Bu iki olasılığı birbirinden ayırmak zordu ama şimdi uzak galaksilerin etrafında bükülen ışık bir ipucu sundu.
Kütleçekimsel Merceklenme ve Einstein Halkaları
Evrende seyahat eden ışık, galaksi gibi büyük bir nesnenin yanından geçtiğinde, Albert Einstein’ın genel görelilik teorisine göre, büyük nesnenin kütleçekimi kendi etrafındaki uzay ve zamanı çarpıttığı için yolu bükülür.
Sonuç olarak, bazen uzak bir galaksiye baktığımızda arkasındaki diğer galaksilerin çarpıtılmış görüntülerini görebiliriz. Ve eğer her şey mükemmel bir şekilde sıralanırsa, arka plandaki galaksiden gelen ışık daha yakın galaksinin etrafında bir daire şeklinde dağılacaktır.
Işığın bu şekilde çarpıtılmasına “kütleçekimsel merceklenme”, yaratabildiği dairelere de “Einstein halkaları” denir.
Gökbilimciler halkaların veya diğer merceklenmiş görüntülerin nasıl bozulduğunu inceleyerek, daha yakın galaksiyi çevreleyen karanlık madde halesinin özellikleri hakkında bilgi edinebilirler.
Aksiyonlar ve WIMP’ler
Amruth ve ekibinin yeni çalışmalarında yaptıkları da tam olarak bu. HS 0810+2554 adlı bir galaksiye özel olarak odaklanarak, ön plandaki mercek galaksinin etrafında aynı arka plan nesnesinin birden fazla kopyasının görülebildiği birkaç sistemi incelediler.
Detaylı modelleme kullanarak, karanlık maddenin WIMP’lerden oluşması durumunda görüntülerin nasıl bozulacağını ve karanlık maddenin aksiyonlardan oluşması durumunda nasıl bozulacağını hesapladılar. WIMP modeli gerçeğe pek benzemiyordu ancak aksiyon modeli sistemin tüm özelliklerini doğru bir şekilde yeniden üretti.
Sonuç, aksiyonların karanlık madde için daha olası bir aday olduğunu gösteriyor ve mercekleme anomalilerini ve diğer astrofiziksel gözlemleri açıklama yetenekleri bilim insanlarını heyecanlandırıyor.
Parçacıklar ve galaksiler
Yeni araştırma, karanlık maddenin daha olası biçimi olarak aksiyonlara işaret eden önceki çalışmalara dayanıyor. Örneğin, bir çalışmada aksiyon karanlık maddenin kozmik mikrodalga arka plan üzerindeki etkileri incelenirken, bir diğerinde karanlık maddenin cüce galaksilerdeki davranışı incelenmiştir.
Bu araştırma karanlık maddenin doğasına ilişkin bilimsel tartışmaları henüz sona erdirmeyecek olsa da test ve deneyler için yeni yollar açıyor. Örneğin, gelecekteki kütleçekimsel mercekleme gözlemleri, aksiyonların dalga benzeri doğasını araştırmak ve potansiyel olarak kütlelerini ölçmek için kullanılabilir.
Karanlık maddenin daha iyi anlaşılması, parçacık fiziği ve erken evren hakkında bildiklerimiz üzerinde etkilere sahip olacaktır. Ayrıca galaksilerin nasıl oluştuğunu ve zaman içinde nasıl değiştiğini daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.
Derleyen: Simge KARA
Kaynak: Karanlık Madde Tartışmasını Çözmeye Bir Adım Daha Yaklaşıldı