Karanlık Maddeyi Neden Göremiyoruz?
Evrende yıldızları, gezegenleri ya da gazları oluşturan her atomun yaklaşık beş katından daha fazla karanlık madde vardır. Fizikçiler orada olduğundan çok eminler, ancak onu bulamıyorlar, hatta onu neyin oluşturduğunu bile çözemiyorlar. Karanlık maddenin ne olduğu sorusunu yanıtlayana kadar görmenin neden bu kadar zor olduğunu tam olarak bilemeyeceğiz, ancak bu hiçbir şey bilmediğimiz anlamına gelmiyor.
Karanlık maddenin gerçek olduğunu nereden biliyoruz?
Nesnelerin birbirlerinin yörüngesinde dönme hızları uzaklıklarının yanı sıra kütlelerine de bağlıdır. Güneş’in ne kadar ağır olduğunu, Dünya’nın ve diğer gezegenlerin onun etrafında ne kadar hızlı döndüğünü gözlemleyerek biliyoruz. Yörünge hızını kontrol eden kütle tek bir noktada değil de dağınık olduğunda işler daha karmaşık hale gelir, ancak fizikçiler bu tür sorunları çözmede çok başarılıdır.
Sonuç olarak, yakın galaksilerdeki yıldızların yörünge hızlarına ya da dev galaktik kümelerin kenarındaki galaksilerin seyahat hızlarına baktığımızda, bu harekete ne kadar kütlenin neden olduğunu biliyoruz. Ancak gökbilimciler bu galaksilerdeki yıldızların sayısını ve ortalama kütlelerini tahmin etmeye çalıştıklarında rakamlar birbirini tutmuyor. Görünür yıldızlar, kenarlardaki nesneler üzerindeki etkilerini karşılayacak kadar kütleye sahip değiller. Yıldız kütlesi tahminleri kaba olabilir – her yıldızı sayamayız, ancak tutarsızlık basit bir eksik örnekleme olamayacak kadar büyüktür.
Bilim insanlarının küçük bir azınlığı bunu, yerçekiminin Güneş Sistemi içindeki gezegenlerin ve uyduların hareketlerine dayanan modellerimizden büyük ölçeklerde farklı işlediğini savunarak açıklamaktadır. Bu fikrin bir versiyonu çok fazla ilgi görmüştür, ancak çoğu fizikçi bunun en iyi ihtimalle olasılık dışı olduğunu düşünmektedir.
O halde dışarıda bir yerlerde, uzay-zamanı diğer her şeyin hareketlerini etkileyecek şekilde bükmeye yetecek kadar kütlesi olan ama göremediğimiz bir şey olduğu neredeyse kesin: başka bir deyişle karanlık madde.
Kütleçekimsel mercekler daha da fazla kanıt sağlıyor. Daha uzaktaki nesnelerden gelen ışığı büken galaksiler görüyoruz ve bunlar ışığı, görünür yıldızların açıklayabileceğinden çok daha fazla büküyorlar.
Karanlık maddenin var olduğuna dair yaygın bir mutabakat oluştuğunda, doğasını tanımlama arayışı başladı. O noktada bildiğimiz tek şey karanlık maddenin kütleçekimsel etkiler yarattığı, yani kütlesi olduğu ve en azından elimizdeki aletlerle görülemediğiydi.
Neden göremediğimiz ne olduğuna bağlıdır
Başlangıçta, birbiriyle yarışan iki açıklama popülerdi. Bunlardan biri karanlık maddenin ışık yaymayan büyük nesnelerden oluştuğunu öne sürüyordu. Uygun şekilde konumlandırıldıklarında ışığı yansıtabilirlerdi, ancak faydalı miktarları yansıtacak kadar yıldızlara yakın değillerdi. Gökbilimciler yıldızlar arasındaki boşlukta dolaşan çok sayıda Jüpiter kütleli nesne hayal ettiler. Bu nesnelere Büyük Kompakt Halo Nesneleri (MACHOs) adı verildi, buradaki halolar galaksilere ait olanlardır.
Birincil alternatif, bireysel olarak hafif olan, ancak toplu olarak eksik kütleyi sağlayabilecek kadar hayal edilemez sayılarda bulunan atom altı parçacıklardı. MACHO’ların aksine bunlara WIMP (Weakly Interacting Massive Particles – Zayıf Etkileşen Kütleli Parçacıklar) adı verildi; buradaki kütle, “muazzam” değil, “kütlesi var” anlamına geliyor.
Bu örnekler “Karanlık maddeyi neden göremiyoruz?” sorusuna neden evrensel bir yanıt verilemeyeceğini açıkça ortaya koymaktadır. Eğer karanlık madde MACHO’larsa, onu göremeyiz çünkü bu tür nesnelere yeterince yaklaşamadık. Eğer WIMP’ler ise, görmek imkansızdır, ancak doğru türde bir tespit cihazı ile parçacıkların varlığını doğrulayabiliriz.
MACHO hipotezi bugünlerde pek rağbet görmüyor. Çeşitli göstergeler bize bu tür nesnelerin, eğer varsa, aradığımız kütlenin küçük bir oranını oluşturduğunu söylüyor.
Karşıtları olmadan WIMP’ler bu kadar çok adlandırılmıyor, ancak bilmediğimiz atom altı parçacıkların var olma olasılığı canlı bir olasılık olmaya devam ediyor. Zaman geçtikçe ve uygun parçacıklar için daha fazla aday elendikçe, arayış biraz sinir bozucu hale geldi. Ancak bu parçacıkları bulduğumuzda, eğer bulursak, bu kadar uzun süre bizden kaçmalarına neyin izin verdiğini bileceğiz.
WIMP şemsiyesi altına girmeyen, ancak ağır nötrinolar gibi karanlık maddeyi oluşturabilecek bazı atomaltı parçacık kategorileri vardır. Yine de cevap aynı – sadece hangi tür parçacığın sorumlu olduğunu belirleyerek bulmanın neden bu kadar zor olduğunu söyleyebiliriz.
Karanlık madde arayışında MACHO’lara karşı WIMP’lerin çarpışmasından çok daha fazlası var. Galaksilerin dış bölgelerinde bildiğimizden çok daha fazla kara delik olduğu öne sürülmektedir. Bilindiği üzere kara delikleri göremeyiz çünkü kütle çekimleri o kadar güçlüdür ki ışık bile kaçamaz. Teknik olarak bunlar MACHO kısaltmasına uyuyor, ancak farklı bir şey olarak kabul ediliyorlar.
Kara delikleri ya yığılma disklerinden gelen ışığı arayarak ya da etraflarındaki yıldızları nasıl sürüklediklerini izleyerek buluruz. Galaksilerin dış kısımlarında, yıldızların az olduğu ve yığılma disklerini oluşturacak malzemenin seyrek olduğu yerlerde, kara delikler bol miktarda olabilir ve biz bunu asla bilemeyiz. Bu kara deliklerin nereden gelmiş olabileceğini açıklamakta pek çok sorun var, bu yüzden bu fikir bazı alternatifler kadar popüler olmadı. Bununla birlikte, diğer olasılıklar gözden düştükçe, karanlık maddenin neden bulunmasının zor olduğuna dair kendi açıklamasını sağlayarak öne çıkabilecek bir olasılıktır.
Kaynak: https://www.iflscience.com
Derleyen: Figen Berber
Çin’de Karanlık Maddeyi İncelemek İçin Dünyanın En Derin Laboratuvarı İnşa Edildi