Astronomi

Karanlık Enerji Nedir? Karanlık Enerjiyi Nasıl Tespit Edebiliyoruz?

Bir anlamda tesadüfen ortaya çıkan yeni bir sonuç sayesinde karanlık enerjinin doğrudan tespitine biraz daha yakın olabiliriz.

Karanlık-Madde

Çevremizdeki dünyada görebildiğimiz ve dokunabildiğimiz, aşina olduğumuz madde türü, Evren’in içerdiği şeylerin sadece %5’inden daha azını oluşturur. Kabaca %27’si ışıkla etkileşime girmeyen ve bu nedenle bizim için görünmez olan karanlık maddedir. Karanlık enerji kalan %68’i oluşturur. Fizikçiler 1920’lerden beri Evrenin genişlediğini biliyorlar. Sonuçta gözlemler yıldızların ve galaksilerin birbirinden uzaklaştığını gösteriyor. Ayrıca 1998’den beri genişlemenin hızlandığı biliniyor.

Karanlık madde ve karanlık enerjinin evrendeki tahmini dağılımı. 

Evrenin öncesine göre daha hızlı genişliyor olması beraberinde bir soruyu getiriyor: Bu genişlemenin hızlanmasının nedeni nedir? Bu soruya en basit yanıt, bundan on yıl önce verildi. Bu yanıt Albert Einstein’ın kütleçekimin nasıl çalıştığını anlatan genel görelilik kuramından geliyor.

Einstein bu kuramı 1917’de yayımlamadan önce Evrenin statik olduğu kabul ediliyordu. Ancak genel görelilik teorisine göre evrenin ya genişliyor ya da daralıyor olması gerekiyordu. Einstein bu nedenle hesaplamalarına kozmolojik sabit adını verdiği yeni bir terim eklemişti. Ancak bu düşüncesi fazla uzun ömürlü olmadı. Einstein kozmolojik sabitten vaz geçti ve onu “en büyük hatası” olarak nitelendirdi. Ancak kozmolojik sabit 21. yüzyılda tekrar geri döndü ve karanlık enerjinin açıklamasında kullanılmaya başladı. Fiziksel terimlerle açıklarsak, bu sabit uzay boşluğunun enerji yoğunluğunu gösteriyor. Evren genişledikçe ve daha fazla boşluk yaratıldıkça daha fazla enerji ortaya çıkıyor ve her şeyi dışarı doğru daha fazla itiyor.

Karanlık Enerjinin Bulunuşu

Evrenin genişleme hızının artmasının keşfi, aslında büyük bir sürprizdi. Bu keşif o kadar önemliydi ki, 2011’de Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt ve Adam G. Riess bu keşifleri ile Nobel Fizik Ödülü aldılar. Bu bilim insanları aslında iki rakip ekipte çalışıyordu. İki ekip de patlayan bir yıldızdan gelen ışığı inceliyordu. Tip 1a süpernova patlamaları iyi bilinir ve görece parlaklıkları bizden ne kadar uzakta olduklarını tespit etmemize imkân verir. Ekipler kütleçekim nedeniyle genişleme hızının düşüyor olmasını beklerken bunun tam tersi bir durumla karşılaşmışlardı. Bilim insanları, evrenin hızla genişlemesinin, kuantum dalgalanmalarının ürettiği bir tür itici kuvvet tarafından yönlendirildiğini düşündüler. Daha iyi bir isim olmadığı için bu gizemli güce de karanlık enerji adını verdiler.

Hubble Uzay Teleskobunun gözünden M82 galaksisindeki bir Tip 1a süpernova; Kaynak: https://www.nasa.gov/

Karanlık Enerjiyi Nasıl Biliyoruz?

Karanlık enerjinin veya karanlık maddenin neyden yapıldığını bilmesek de, Büyük Patlama’dan kalan radyasyon gözlemleri, galaksilerin kümelenmesi ve patlayan yıldızlara olan mesafeler, fizikçilerin Evrenin ne kadarını oluşturduklarını tahmin etmelerini sağladı.

Günümüzde astronomlar evrende karanlık madde ve karanlık enerjinin etkileriyle ortaya çıkmış bir “kozmik ağ” gözlemliyorlar. Bu ağ evren boyunca uzanan, birbirine ince ipliklerle bağlı galaksi zincirlerinden oluşuyor.

Karanlık Madde İle Karanlık Enerji Farkı Nedir?

Görünmez bir madde formu olarak karanlık madde tıpkı karanlık enerji gibi araştırmacılardan kendisini saklamayı başarıyor. Karanlık madde genelde çekim gücüne sahip, bu açıdan bilinen maddeler gibi davranıyor. Karanlık enerji ise farklı bir etkiye sahip. Galaksi kümelerini bir arada tutmuyor. Yani Karanlık madde galaksileri bir arada tutmaya, karanlık enerji ise onları ayırmaya çalışıyor. Garip bir biçimde karanlık madde evrenin genişlemesini yavaşlatırken, karanlık enerji onu hızlandırıyor.

Karanlık maddenin fotoğrafı çekilemez. Ancak araştırmacılar onu tespit edebilir. Görseldeki Abell 1689, Başak takımyıldızı yönünde yaklaşık olarak 2,2 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan bir gökada kümesidir. Karanlık madde dağılımı onun iç bölgesindeki mavi örtüsünde gözlemlenmektedir.

Evren 13,8 milyar yıl önce Büyük Patlama ile ortaya çıktı. İlk yıldızlar Büyük Patlama’dan 180 milyon yıl sonra çöken hidrojenden oluştu. Ondan sonraki birkaç milyar yıl boyunca görülebilir madde ve karanlık maddenin kütlesi genişleyen evreni yavaşlatmak için yeterliydi. Karanlık enerji sahneye yaklaşık 5 milyar yıl önce çıktı. Bu dönemde maddenin ve karanlık maddenin kütleçekimi artık genişlemeyi yavaşlatacak kadar güçlü değildi. Karanlık enerji onları yendi ve evren hızlanarak genişlemeye başladı. Yani karanlık enerji ve karanlık madde evrenin evriminin farklı dönemlerinde iktidardaydı.

Avrupa Uzay Ajansı’nın Euclid uydusu bu karanlık bileşenlerin haritalanması için geliştirildi.  Euclid, karanlık evreni anlamamız konusunda bize yardımcı olabilir.

Karanlık Enerji Arayışımızda Tesadüfen Bir Gelişme

Karanlık enerjinin veya karanlık maddenin doğrudan tespiti, Evreni anlamamızda büyük bir atılım olacak. Bu esnada karanlık maddeyi ararken tesadüfen karanlık enerji ile ilgili yeni bir gelişme yaşandı. İtalya’daki Gran Sasso dağının altında bulunan dünyanın en büyük yeraltı araştırma tesisinde gerçekleşen bir deney, karanlık maddeyi tespit etmek için tasarlanmıştı. XENON1T 2020’de gözlemlerini yayınladığında veriler, karanlık maddenin nasıl davranması gerektiğine dair mevcut teorilerin açıklayamadığı bir anormallik (sözde olay fazlalığı) içeriyordu.

İtalyan Gran Sasso Ulusal Laboratuvarı’nda işletilen XENON karanlık madde araştırma projesi, karanlık madde parçacıklarını tespit etmeyi amaçlayan giderek daha iddialı deneyler içeren derin bir yeraltı araştırma tesisidir.

Cambridge Üniversitesi’nden Anne-Christine Davis ve Sunny Vagnozzi bu noktada devreye girdi. Karanlık maddeden ziyade karanlık enerjiyi tanımlayan belirli bir teorinin anomaliyi açıklayıp açıklayamayacağını kontrol ettiler. Sonucunda bu düşünceleri tahmin ettiklerinden daha iyi uyum sağladı ve bu da karanlık enerji arayışımıza yeni bir sayfa ekledi. ( Terminolojiye aşina olanlar için uyumun sigma değeri 3,3 idi. Fizikçiler, bir model ile gözlemler arasındaki uyumun tesadüf olmadığı konusunda ikna olmak için 5’lik bir sigma değerine ihtiyaç duyarlar.)

XENON1T araştırmacıları verilerindeki anormalliği gördüklerinde, kendi açıklama girişimlerini yaptılar. Gözlem, bir dereceye kadar, Güneş’te üretilen ve belirli bir şekilde davranan, karanlık maddeyi oluşturduğu öne sürülen, aksiyon adı verilen varsayımsal parçacıklarla açıklanabilir. Bu davranışı tanımlayan matematiksel bir model, gözlemlenen verilerle makul ölçüde eşleşen sonuçlar verdi. Davis ve Vagnozzi, sonuçlarının XENON1T tarafından karanlık enerji parçacıklarının tespit edildiğini kanıtlamadığını vurguluyor. Ancak yanılsalar bile Vagnozzi ve Davis hayal kırıklığına uğramayacaklar. Çünkü bulguları, mevcut deneyleri kullanarak, sıfır ekstra maliyetle, beklenmedik biçimde karanlık enerjiyle karşılaşabileceğimizi gösteriyor. Çalışmalarının detaylarını buradan inceleyebilirsiniz.


Kaynaklar ve İleri Okumalar:

Matematiksel

Emir Emirmahmudoglu

1973 K.Maraş doğumlu, İTÜ’de Matematik ve mühendislik okuduktan sonra, Ankara Üniversitesinde Hukuk okudu. Uzun yıllar Ankara ve İstanbul’da dershanelerde Matematik, Fizik ve Felsefe öğretmenliği yaptı. Amsterdam’da Vrije Universiteit’da Yapay Zeka eğitimi aldı ve hali hazırda yeniden burada Matematik öğretmenliği okuyor. Rotterdam’da yaşıyor. Halen evreni ve varoluş sorunlarımızı düşünmekten büyük zevk alıyor. Ve bu zevki çocuğu da dahil tüm çocuklara aşılamak istiyor. -Vicdan ve matematiğin doğru orantılı olduğuna inanıyor...
Başa dön tuşu