banner5

banner29

Karanlık Madde nedir?

Evren yüzde 4 oranında normal madde ve yaklaşık yüzde 21 oranında karanlık maddeden oluşuyor. Yıldızlar gibi ışık saçan normal maddeden 5 kat fazla olan görünmez karanlık madde, galaksilerdeki yıldızları bir arada tutan ek yerçekimini sağlıyor. Peki neden ışık saçmıyor ve nerede gizleniyor? Karanlık madde nedir?

Bilim, Teknoloji 23.09.2020, 16:49 23.09.2020, 17:04
Karanlık Madde nedir?

Karanlık maddeyi kim keşfetti?

19. yüzyılın sonlarında gökbilimciler, evrenin her tarafına dağılmış olan sönük yıldızlar veya gaz ve toz gibi görünmeyen materyaller hakkında spekülasyon yapmaya başladı. Reviews of Modern Physics dergisinde 2018 tarihli bir incelemeye göre, araştırmacılar kütlesini tahmin etmeye bile başlamıştı . Çoğu kişi, bu gizemli maddenin evrendeki toplam kütlenin küçük bir bileşeni olduğunu düşünüyordu.

İsviçreli-Amerikalı gökbilimci Fritz Zwicky, 1933 yılına kadar, uzak galaksilerin birbirlerinin etrafında, teleskoplarda görülen görünür maddelerine göre mümkün olandan çok daha hızlı döndüklerini fark etti. Helvetica Physica Acta dergisinde o yıl yayınlanan bir makalede, "Eğer bu doğrulanırsa, karanlık maddenin ışıklı maddeden çok daha fazla miktarda bulunduğuna dair şaşırtıcı bir sonuç alırdık" diye yazdı .

Ancak alandaki pek çok kişi, 1970'lere kadar, gökbilimciler Kent Ford ve Vera Rubin'in komşu Andromeda galaksisinin dış bölgelerindeki yıldızlarla ilgili ayrıntılı araştırmalar yaptıkları 1970'lere kadar Zwicky'nin sonuçlarına şüpheyle yaklaştı . Bu yıldızlar galaktik çekirdeğin yörüngesinde çok hızlı bir şekilde dönüyorlardı, sanki bazı görünmez maddeler yerçekimiyle onları çekiyor ve onları itiyormuş gibi - bilim adamlarının kısa süre sonra evrenin her yerindeki galaksilerde fark ettiği bir gözlem.

Bazı gökbilimciler karanlık maddenin küçük kara deliklerden veya teleskoplarda görünmek için çok az ışık yayan diğer kompakt nesnelerden oluştuğunu tahmin ederken, araştırmacıların bu görünmeyen kütlenin ne olduğu hakkında hiçbir fikri yoktu . 1990'larda, Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Sondası (WMAP) adlı bir uzay teleskobu, NASA'ya göre bu karanlık maddenin sıradan görünür maddeden beşe bir ağır bastığını gösterdiğinde, sonuçlar daha da garipleşti .

Neden karanlık madde bir sır olarak kalır

Teleskop incelemeleri, bu muazzam malzeme bolluğunu hesaba katacak kadar küçük kompakt nesneler asla bulamadı. Günümüz gökbilimcilerinin çoğu, karanlık maddenin muhtemelen daha tanıdık proton ve nötronlardan oldukça farklı özelliklere sahip atom altı parçacıklardan oluştuğunu düşünüyor.

Karanlık madde için hüküm süren aday, Zayıf Etkileşen Büyük Parçacık veya WIMP olarak adlandırılır. Bu spekülatif varlıklar, neredeyse tüm parçacıkları ve kuvvetleri tanımlayan Parçacık fiziğinin Standart Modelinde bulunmaz. WIMP'ler, bir protondan 10 ila 100 kat daha ağır olması dışında, hayalet nötrinoya daha çok benzer . (Nötrinoların kesin kütleleri bilinmemektedir, ancak elektronlardan çok daha hafiftirler).

Nötrinolar gibi, WIMP'ler de evrendeki dört temel kuvvetten yalnızca ikisiyle etkileşime girecek : Yerçekimi ve radyoaktif atom çekirdeklerinin bozulmasına aracılık eden nükleer zayıf kuvvet . Bu karanlık madde parçacıkları elektriksel olarak nötr olacak, yani ışığın temeli olan elektromanyetizma ile etkileşime girmeyecekleri ve bu nedenle görünmez kalacakları anlamına geliyor.

Fizikçiler muazzam dedektörler inşa ettiler ve WIMP'leri tespit etme çabalarında kozmik ışınları engellemekten korumak için onları derinlere yerleştirdiler, ancak şu ana kadar hiçbir deney onlar için kanıt bulamadı. Son yıllarda, bu başarısızlık, sahadaki bazılarının gerçek bir sonu olmayan vahşi bir parçacık kovalamacasına mı gittiklerini merak etmeye başlamasına neden oldu.

Proceedings of the National Academy of Science'ın bildirdiğine göre , bazı bilim adamları bu nedenle dikkatlerini, bir elektronun kütlesinin milyonda biri hatta milyarda biri olacak olan axion adlı yeni bir karanlık madde adayına çeviriyorlar . Bu varsayımsal parçacıklar, araştırmacılar için özellikle caziptir çünkü bunlar, fizikte başka bir göze çarpan problemi de çözebilirler, potansiyel olarak nötronlarla etkileşime girerek neden manyetik alanları hissedebildiklerini ama elektrik alanlarını hissetmediklerini açıklayabilir.

Haziran 2020'de, İtalya'daki Gran Sasso Ulusal Laboratuvarı merkezli XENON1T deneyinin üyeleri, orijinal olarak WIMP'leri yakalamaya çalışmak için inşa edilmiş bir dedektör , eksenlerin varlığıyla açıklanabilecek küçük ama beklenmedik bir sinyal bulduklarını açıkladılar. Sonuçlar bilim camiasını şok etti, ancak henüz diğer deneylerle doğrulanmadı.

Bildiğimiz madde; atomlar, yıldızlar, galaksiler, gezegenler, ağaçlar ve kayalar, kısacası aklınıza gelebilecek hemen her şey evrenin sadece yüzde 4’üne karşılık geliyor. Evrenin yüzde 21’i ise karanlık maddeden oluşuyor.

Karanlık madde göze görünmüyor, ama galaksilerdeki yıldızları bir arada tutarak uzaya savrulmasını önleyen ek yerçekimini sağlıyor. Bu yüzden de galaksilerin gizli harcını, yapı malzemesini, görünmez çimentosunu oluşturuyor.

BU DA ÇOK GARİP BİR ŞEY

Karanlık madde sayesinde yaşadığımız ve önem verdiğimiz şeylerin aslında gerçekliğin çok küçük bir parçası olduğunu anlıyoruz. Ailemiz ve sevdiklerimiz, yeryüzündeki bütün insanlar ve insanların verdiği bütün eserler normal maddeden oluşuyor. Ancak, normal madde evrenin çok küçük bir parçasını oluşturuyor.

Evet, bu bizi alçakgönüllü olmaya iten çok küçük bir parça; fakat hayatımıza anlam katmayı becerebilirsek aynı zamanda insan hayatının en önemli parçası. Öyleyse uzayda bir türlü arayıp bulamadığımız, ama yaşadığımız galaksinin varlığını borçlu olduğumuz karanlık madde bize perspektif katıyor.

Görüyoruz ki fiziksel evreni anlamak, manevi evreni anlamak kadar zor. Evrenin nasıl oluştuğunu bulmak, Sartre’ın varoluşçu felsefesine göre hayata anlam vermekten daha zor; çünkü bu dünyada etik bilim insanları kadar, ilkokul mezunu bile olmayan ahlaklı insanlar da var. Üstelik karanlık maddenin ne olduğunu bilmiyoruz, ama var olduğundan eminiz.

PEKİ NE BİLİYORUZ?

Karanlık madde galaksilerin oluşmasını sağlayan şeydir. Evrendeki galaksiler ve galaksi kümelerinin oluşması için gereken maddeyi hesapladığımızda, uzayda galaksilerin oluşmasına yetecek kadar normal madde olmadığını görüyoruz.

Normal maddenin yerçekimi, yıldızları toplayarak galaksiler halinde bir araya getirecek kadar güçlü değil. Kısacası evrende karanlık maddenin etkisi olmasaydı yıldızlar dört bir yana savrulacak ve milyarlarca yıldız içeren galaksiler asla oluşmayacaktı.

Bu yüzden galaksilerin karanlık maddeyle kuşatıldığını biliyoruz: Örneğin, Samanyolu diskindeki yıldızlar, galaksimizi oluşturan normal maddenin kütlesine göre 5 kat hızlı dönüyor. Bu da Samanyolu’nun normal maddeden 5 kat fazla görünmez karanlık madde içerdiğini gösteriyor. Görünmez derken, karanlık maddenin ışık saçmadığını ve ışığı yansıtmadığını kastediyoruz.

Galaksilerin dönme hızı karanlık maddenin ek kütlesini ve dolayısıyla var olduğunu gösteriyor.

BU YÜZDEN KARANLIK

Karanlık maddenin varlığını gösteren başka kanıtlar da var: Örneğin, yerçekiminin uzayı büktüğünü ve ışığın uzayda aldığı yolu uzatarak kütleli cisimlerin civarında zamanın akışını yavaşlattığını biliyoruz. Bunu Einstein’ın görelilik teorisi söylüyor ve ışığı büken bu etkiyi mercek etkisi olarak adlandırıyoruz.

Keza uzayda birkaç milyar ışık yılı uzağa baktığımız zaman, arka plandaki yıldız ışığının, aradaki galaksilerin kütlesinin izin verdiğinden daha fazla büküldüğünü görüyoruz. Dört kez patlayan yıldız yazısında anlattığım gibi, ekstra bükülmeye karanlık maddenin yol açtığını düşünüyoruz.

Ancak bu daha başlangıç: 10 bin galaksinin katili karanlık madde vakasında gördüğümüz üzere, uzayda saniyede 620 km hızla yol alan galaksilerin yeni yıldızlar oluşturmasını sağlayan gaz bulutlarının da görünmez bir duvara çarptığını görüyoruz.

Galaksideki yıldızlar görünmez duvarın içinden hiç etkilenmeden geçiyor; yani galaksinin şekli bozulmuyor. Öte yandan, gaz bulutlarının büyük kısmı görünmez duvarı aşamıyor ve galaksinin arkasında kalarak galaksiden kopuyor. Böylece galaksiler yeni yıldız oluşturmak için gereken maddeyi kaybederek yavaş yavaş ölüyor. Bütün bunlar karanlık maddeye işaret ediyor.

SEÇİCİ ELEK GİBİ ÇALIŞIYOR

İnsan hücrelerinin seçici zarları var. Bu zarlar özel bir şekilde kasılarak ne zaman tatlı suyu geçireceğini ve ne zaman da tuzlu suyun hücreye girmesini engelleyeceğini biliyor. Galaksiler arasındaki karanlık madde bulutları da seçici zar gibi davranıyor. Yıldızların geçmesine izin verirken gaz bulutlarının önünü kesiyor.

Peki karanlık madde bunu nasıl yapıyor? Bunun için karanlık maddenin ışık ve yerçekimiyle normal maddeden daha farklı bir şekilde etkileşime girmesi gerekiyor. Oysa biz karanlık maddenin sıra dışı özelliklerinin ne olduğunu bilmiyoruz:

Belki de karanlık madde yerçekiminden pek etkilenmiyor. Dolayısıyla güçlü yerçekimi oluşturan yıldızların ve madde yoğunluğu yüksek olan katı asteroitlerin içinden geçmesine izin veriyor; ama hafif ve seyrek gaz moleküllerini engelliyor.

Kısacası karanlık madde uzaya seyrek dağılmış olabilir. Bu yüzden de ancak milyonlarca ışık yılı çapındaki dev karanlık madde bulutları oluşturduğu zaman, galaksileri etkileyecek kadar güçlü bir yerçekimi yaratıyor olabilir.

ÇOK ACAYİP BİR MADDE

Fizikçiler son 20 yılda karanlık madde nedir ve ne tür parçacıklardan oluşur sorularını yanıtlamak için birçok fizik teorisi geliştirdiler. Yüzlerce karanlık madde parçacığı hayal ettiler. Ancak, inşa ettikleri detektörler tek bir karanlık madde parçacığı bile bulamadı. Bu yüzden karanlık maddenin ne olduğundan ziyade, ne olmadığını biliyoruz desek doğru olur.

Karanlık maddeye dair pek çok kanıtlanmamış teori var.

NE OLMADIĞINI BİLİYORUZ?

1) Karanlık maddenin yıldızlardan uzak bölgelerde yer aldığı için karanlık olan ve dolayısıyla göremediğimiz normal gaz bulutları olmadığını biliyoruz; çünkü bu durumda en azından kızılötesi teleskoplar ve radyo teleskoplarla görebileceğimiz elektromanyetik dalgalar yayardı.

2) Karanlık madde antimadde değil; çünkü antimadde normal maddeyle çarpışınca bu ikisi tümüyle enerjiye dönüşerek birbirini yok ediyor. Bu tür patlamalar gama ışınlarına yol açarak kendini gösteriyor.

3) Karanlık madde kara delik olamaz; çünkü kara delikler her ne kadar karanlık olsa da normal maddeden oluşan yıldızların çökmesiyle ortaya çıkıyor ve bu sebeple yerçekiminden etkileniyor.

Kara delikler içinden ışığın bile kaçamayacağı kadar güçlü yerçekimine sahip bulunuyor. Dolayısıyla normal madde gibi davranıyor ve tıpkı suyun dibine çöken ağır bir taş veya büyük kütleli yıldızlar gibi, daha çok galaksilerin merkezinde toplanıyor.

Galaksileri saran ve karanlık maddeden oluşan görünmez bir koza var. Buna karanlık madde aylası diyoruz. Galaksilerden birkaç kat büyük oluyor.

KARANLIK MADDE KOZASI

Karanlık madde yerçekiminden pek etkilenmediği için evrenin dört bir yanına son derece seyrek olarak dağılmış bulunuyor. Örneğin sadece galaksi diskinde bulunmuyor. Aynı zamanda, galaksileri saran ve onlardan en az iki kat büyük olan yumurta şekilli görünmez bir koza oluşturuyor. Buna karanlık madde aylası diyoruz.

Karanlık madde aylası, galaksilerin ağırlığını artırarak daha büyük galaksileri kendine çekmesini ve onlarca, yüzlerce, binlerce, yüz binlerce galaksiden oluşan dev kümeler oluşturmasını sağlıyor. Nitekim karanlık madde olmasa galaksiler yörüngesindeki küresel yıldız kümeleriyle cüce galaksileri yutup büyüyemez ve güdük kalırdı.

Ancak karanlık madde güneş sistemi kısa mesafelerde yerçekimini artırmıyor. Aksi takdirde yıldızlar hiç yanmadan direkt kara delik halinde çökerdi ve bildiğimiz anlamda gezegenlerle güneş sistemleri oluşamazdı. Nitekim sadece bu bile karanlık maddenin egzotik özelliklere sahip olduğunu gösteriyor.

ÖYLEYSE ÜÇ ŞEY BİLİYORUZ

1) Uzayda bir şey var, 2) Yerçekimiyle etkileşime giriyor ve 3) Bu şey normal maddeden 5 kat fazla veya 5 kat daha ağır. Bu durumda karanlık madde egzotik parçacıklardan oluşuyor; çünkü bu üç şartı karşılamak için normal maddeden çok daha farklı ve sıra dışı özelliklere sahip olmak zorunda.

Karanlık madde uzaya seyrek biçimde, ama homojen olarak dağılıyor derken bir de bonus bilgi verelim: Evrende ortalama karanlık madde yoğunluğu 168 ışık yılı küpte 0,006 Güneş kütlesine eşittir. Bu muazzam hacmi gözünüzde canlandırmak için kenar uzunluğu 3,26 ışık yılı olan 168 adet küpten oluşan dev bir küp düşünün.

Hatta karanlık maddenin bir kısmı normal madden oluşuyor olabilir! Örneğin steril nötrinolar, büyük patlamada oluşan ilkin mikro kara delikler ve hatta bizden önce yok olan eski evrenlerden kalma ezeli kara delikler karanlık madde olabilir. Ancak elimizde bunu gösteren bir kanıt yok.

GALAKSİLERİN OLUŞMASINI SAĞLADI

Karanlık madde büyük patlamadan sonra evrene suda ilerleyen sperm gibi ince iplikler halinde yayıldı. Gerçekten de galaksilerin oluşumunu bu şekilde tetikledi. Sonuçta evreni saran ve örümcek ağına benzeyen karanlık madde ağları, uzayda görünmez karanlık madde düğümleri oluşturdu.

Galaksiler de toplu halde güçlü bir yerçekimi yayan bu karanlık madde ağları ve düğümlerinin üzerinde oluştu. Galaksileri meydana getiren moleküler hidrojen gazı, karanlık maddenin yoğun olduğu bölgelerde toplandı.

Ancak, galaksilerin öncelikle yıldızlardan oluştuğunu unutmayalım; yani karanlık madde olmasaydı ilk yıldızlar doğmayacak, uzay da sonsuza dek soğuk ve ölü bir yer olarak kalacaktı. Evren bir anlamda ölü doğacaktı!

Öyleyse karanlık maddeyi neden bulamıyoruz? Bunun nedeni karanlık maddenin özelliklerinin uzaklığa bağlı olarak değişmesi olabilir. Karanlık madde mesafeye göre kılık değiştiriyorsa onu bulmamız çok daha zor olacaktır ve siz de bu teoriyi karanlık madde süper sıvı olabilir yazısında okuyabilirsiniz.

PEKİ YA KARANLIK MADDE YOKSA?

Fizikçiler yeraltında inşa ettikleri detektörlerde karanlık madde izi bulamayınca böyle bir şey olmadığını düşünmeye başladılar. Hatta astrofizikçi Erik Verlinde, karanlık maddenin değil de bizzat yerçekiminin, galaksiler arasındaki uzaklığa bağlı olarak değiştiğini söyledi ve bunun için de entropik yerçekimi teorisini geliştirdi.

Ancak, nötron yıldızlarının çevresinde dönen beyaz cücelerin yörüngelerini teleskoplarla incelediğimiz zaman, yerçekiminin gerçekten de Einstein’ın dediği gibi ışık hızında gittiğini gördük. Bu da karanlık madde yok, asıl biz yerçekimini yanlış ölçüyoruz; çünkü yerçekimi mesafeye göre kılık değiştiriyor şeklinde özetleyebileceğimiz entropik yerçekimi teorilerinin büyük kısmını geçersiz kıldı.

ÖZETLE BAŞA DÖNDÜK

Uzayda karanlık maddeyi arıyor, ama bir türlü bulamıyoruz. Oysa yazımızın başında anlattığım 4 dolaylı kanıt yüzünden karanlık maddenin varlığını yok sayamıyoruz.

Nötron yıldızları araştırmaları değişken yerçekimi teorilerini boşa çıkardı. Bu durumda karanlık maddeyi aramaya devam etmek zorundayız, çünkü galaksilerin ve dolayısıyla Dünya gezegeninin varlığını ona borçluyuz.

Peki yüzde 99 oranında karanlık maddeden oluşan bir galaksi bulduğumuzu biliyor musunuz? 

Yorumlar (0)
16
parçalı bulutlu
Günün Anketi Tümü
Pierre Loti Tepesi'nin adı değişmeli mi?
Pierre Loti Tepesi'nin adı değişmeli mi?
Namaz Vakti 30 Ekim 2020
İmsak 06:00
Güneş 07:26
Öğle 12:53
İkindi 15:42
Akşam 18:10
Yatsı 19:30
Günün Karikatürü Tümü
Puan Durumu
Takımlar O P
1. Alanyaspor 6 16
2. Fenerbahçe 6 14
3. Galatasaray 6 10
4. Karagümrük 6 8
5. Çaykur Rizespor 6 8
6. Kasımpaşa 6 8
7. Antalyaspor 6 8
8. Malatyaspor 6 8
9. Göztepe 6 7
10. Erzurumspor 5 7
11. Başakşehir 6 7
12. Beşiktaş 5 7
13. Gaziantep FK 6 7
14. Sivasspor 5 7
15. Hatayspor 4 7
16. Konyaspor 5 6
17. Kayserispor 5 6
18. Trabzonspor 6 5
19. Denizlispor 6 5
20. Gençlerbirliği 5 4
21. Ankaragücü 4 1
Takımlar O P
1. Tuzlaspor 7 17
2. İstanbulspor 7 16
3. Adana Demirspor 7 14
4. Samsunspor 7 14
5. Ankara Keçiörengücü 7 13
6. Altınordu 7 13
7. Giresunspor 6 11
8. Altay 6 10
9. Balıkesirspor 7 10
10. Adanaspor 7 9
11. Akhisar Bld.Spor 7 9
12. Bursaspor 7 7
13. Menemen Belediyespor 7 6
14. Bandırmaspor 7 5
15. Ümraniye 7 5
16. Ankaraspor 7 4
17. Boluspor 7 3
18. Eskişehirspor 7 3
Takımlar O P
1. Everton 6 13
2. Liverpool 6 13
3. Aston Villa 5 12
4. Leicester City 6 12
5. Tottenham 6 11
6. Leeds United 6 10
7. Southampton 6 10
8. Crystal Palace 6 10
9. Wolverhampton 6 10
10. Chelsea 6 9
11. Arsenal 6 9
12. West Ham 6 8
13. Man City 5 8
14. Newcastle 6 8
15. M. United 5 7
16. Brighton 6 5
17. West Bromwich 6 3
18. Burnley 5 1
19. Sheffield United 6 1
20. Fulham 6 1
Takımlar O P
1. Real Sociedad 7 14
2. Real Madrid 6 13
3. Granada 6 13
4. Villarreal 7 12
5. Atletico Madrid 5 11
6. Cádiz 7 11
7. Osasuna 6 10
8. Elche 5 10
9. Getafe 6 10
10. Real Betis 7 9
11. Eibar 7 8
12. Barcelona 5 7
13. Sevilla 5 7
14. Valencia 7 7
15. Deportivo Alaves 7 7
16. Athletic Bilbao 6 6
17. Celta de Vigo 7 6
18. Huesca 7 5
19. Levante 6 4
20. Real Valladolid 7 3