20.yüzyılın insanlığa verdiği en önemli derslerden biri de belki bilinen maddenin evrenin yalnızca yaklaşık %4’ünü oluşturduğunun öğrenilmesidir. Bilim insanları son 20 yılda karanlık maddenin ne olduğu hakkında birçok teori geliştirdiler.
Ama şimdilik kesin cevaplarımız yok. Ancak bu elbette karanlık madde hakkında hiç bilgimiz yok anlamına gelmiyor. Bu yazıda bildiklerimizden yola çıkarak karanlık maddenin ne olduğunu anlamaya çalışalım.
Karanlık Madde Nedir Ve Nasıl Fark Ettik?
Her şey 1600’lerin başında Johannes Kepler’in, bir gezegenin Güneş’ten ne kadar uzaktaysa, Güneş’in etrafında o kadar yavaş döndüğünü keşfetmesi ile başladı. Birkaç on yıl sonra Newton geldi ve temel yerçekimi yasalarını ortaya koydu.
Newton’un yerçekimi yasasını kullanarak Güneş’in yerçekimini hesapladık ve bu da bize Güneş’in kütlesi hakkında ayrıntılar verdi. Teleskoplar ve diğer astronomik teknolojilerdeki ilerlemeyle birlikte, bilim insanları Newton’un yerçekimi yasasını dönen galaksiler üzerinde de onları incelemek için uygulamaya başladılar.
1781 yılında Sir William Herschel Uranüs gezegenini keşfetti. Gökbilimciler hemen Uranüs’ün yörüngesini çalışmaya başladılar. İlginç bir şekilde Uranüs’ün yörüngesi Newton yasalarına tam uymuyordu. Hemen iki çözüm önerildi. Ya daha dışarıda bir gezegen vardı ya da Newton hatalıydı. Nitekim matematiğin büyük bir zaferi olarak 65 yıl sonra 1846’da Neptün keşfedildi. Ancak bazı sorunlar tam olarak çözülmemişti.
1930’larda, Fritz Zwicky adlı bir İsviçreli gökbilimci, Koma kümesindeki gökadaları incelerken, birkaç gökadanın çok yüksek hızda hareket ettiğini fark etti. Bu uzaklaşan galaksilerin hızını açıklayabilmek için yaklaşık 100 kat daha fazla maddeye ihtiyaç olduğunu hesapladı.
Ama ortada görünür bir madde yoktu. Bu nedenle ona karanlık madde adını verdi. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, o sıradaki bilim topluluğu Fritz’in fikri ile ikna olmamıştı. Fikrinin ciddiye alınması 40 yıl daha geçmesi gerekiyordu.
1970’lerde Vera Rubin adlı başka bir gökbilimci sarmal gökadaları inceliyordu. Tıpkı Zwicky gibi, galaksinin merkezinden daha uzaktaki gaz bulutlarının Newton tarafından belirlenen yerçekimi yasalarına göre daha yavaş hareket etmesi gerektiğini görmeyi bekliyordu.
Ancak gözlemlediği şey tam tersiydi. Bu oldukça garipti. Devamında görünen yıldızların nispeten az olduğu galaksilerin dış bölgelerinde muazzam miktarda görünmeyen madde olması gerektiği öngörüldü. Rubin, bu görünmez karanlık maddenin, sıradan maddenin tüm kütlesinden yaklaşık 5-6 kat daha büyük olduğunu hesapladı.
Karanlık Maddenin Orada Olduğunu Nereden Biliyoruz?
Aşağıda, tıpkı bizimki gibi zaman içinde gelişen bir galaksinin bilgisayar simülasyonu var. Küçük noktaların her biri tıpkı Güneşimiz gibi bir yıldızı temsil ediyor. Yıldızlar kütle merkezi etrafında dönüyor. Diğer galaksilere baktığımızda, yıldızların yaydıkları ışığı kullanarak bu yıldızların merkez etrafında dönme hızlarını ölçebiliriz. Ne kadar hızlı gitmeleri gerektiğini tahmin etmek için kütleçekim teorisini de kullanabiliriz.
Teoriden elde edilen tahminleri ölçülen şeyle karşılaştırdığınızda, bir şeylerin birbirini tutmadığını görürsünüz. Dışarıdaki yıldızlar teoriye kıyasla çok hızlı hareket etmektedir. Kütleçekim teorisinin yanlış olmadığını bildiğimize işin içine başka bir şey karıştığını kabul ederiz. Bu artışın gözle görülür başka bir kaynağı olmadığı için karanlık maddeden kaynaklanması gerekir.
KütleÇekimsel Mercek Etkisi
Karanlık maddenin gerçek olduğuna dair bilimcileri ikna eden diğer önemli kanıtsa onun, ışığı bükebiliyor olduğunun gözlemlenmesidir. Buna kütleçekimsel mercek etkisi adı verilmiştir. Gökbilimciler bazen gökyüzünde bir noktaya baktıklarında bir tuhaflık olduğunu fark ederler.
Baktıkları noktada bir galaksinin görüntüsünün tıpatıp aynısı başka bir yerde daha karşılarına çıkar. Aynı galaksiyi iki defa görmek, sizinle galaksi arasında görünmez bir şeyin olduğuna mükemmel bir kanıttır. Bu görünmez kütle, bir mercek gibi davranarak galaksiden yayılan ışığı büker. Bu sebeple iki ayrı yerdeymiş gibi gözükmesine sebep olur. ( Detaylar için: Einstein Halkası Ve Daha Fazlası: Kütleçekimsel Merceklenme Nedir??
Çarpışan Galaksiler
Karanlık maddeye dair en inandırıcı kanıta iki galaksinin birbiriyle devasa çarpışmasının gözlenmesi esnasında rastlanılmıştır. İki galaksi kümesinin çarpışması milyonlarca yıl önce meydana geldiği için bu olaya tanıklık etme şansımız yok. Ancak çarpışmadan yayılan ışığın bize ulaşması milyonlarca yıl sürdüğü için bu çarpışmanın sonuçlarını izleyebiliriz.
Galaksilerin çarpıştığı bölgenin yakınlarında iki devasa karanlık madde kümesinin varlığı ışığın bükülmesi sonucunda gözlemlenmiştir. Çarpışma, galaksilerin içinde barındırdıkları karanlık maddeyi serbest bırakmıştır.
Karanlık Maddeyi Nerede Arıyoruz?
Karanlık madde tamamen görünmezdir. Işık veya enerji yaymaz ve bu nedenle geleneksel sensörler ve dedektörler tarafından algılanamaz. Baryonik madde olarak da adlandırılan görünür madde, protonlar, nötronlar ve elektronlar gibi atom altı parçacıkların kapsayıcı bir adı olan baryonlardan oluşur.
Bilim insanları karanlık maddenin tam olarak neden yapıldığını sadece tahmin edebilir. Baryonlardan oluşması olasıdır. Ancak baryonik olmayabilir, yani farklı türde parçacıklardan da oluşabilir. Çoğu bilim insanı, karanlık maddenin baryonik olmayan maddeden oluştuğunu düşünüyor.
Zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacık, egzotik parçacıklardan oluşan karanlık madde adayıdır. Bunlardan bir tanesi nötrinolardan daha ağır ve daha yavaş devasa varsayımsal parçacıklar olan nötralinolardır. Bunlar henüz tespit edilmemelerine rağmen en önde gelen adaydır.
Ancak başka aday varsayımsal parçacıklar da vardır. Günümüzde parçacık fizikçileri karanlık maddeyi oluşturan temel parçacıkları tespit etme arayışını sürdürüyor. Aynı zamanda Dünya yörüngesindeki birkaç teleskop, karanlık maddenin etkilerini arıyor.
Karanlık madde hakkında emin olduğumuz bir şey varsa, o da bizden saklanır gibi bir hali olmadığı. Tam şu anda siz de karanlık madde ile çevrelenmiş durumdasınız. Ancak dört bir yanımızı sarmasına rağmen hakkındaki gizem hala mevcudiyetini koruyor.
Neyse ki, karanlık madde üzerine araştırmalar ve çalışmalar tüm hızıyla devam ediyor ve her geçen gün bilgi birikimimiz artıyor. Ayrıca göz atmak isterseniz: Karanlık Enerji Nedir? Karanlık Enerjiyi Nasıl Tespit Edebiliyoruz?
Kaynaklar ve İleri Okumalar:
- What are dark matter and dark energy, and how are they affecting the universe?; Bağlantı: https://www.scientificamerican.com/
- Dark Matter and Dark Energy; Bağlantı: https://www.nationalgeographic.com/
- What is dark matter? Yayınlanma tarihi: 29 Ocak 2022; Bağlantı: https://www.space.com/20930-dark-matter.html
- The LHC and the dark matter mystery. yayınlanma tarihi: 18 Ağustos 2015; Bağlantı: https://plus.maths.org/
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
