Evrende her şey göründüğü gibi değildir, baryonik maddenin (görünür madde) yanı sıra evrenimizi oluşturan başka bileşenlerde bulunmaktadır. Bu bileşenler bilim insanları tarafından karanlık madde ve karanlık enerji olarak isimlendirilmiştir. Evrenimizin %68’i karanlık enerjiden, %27’si karanlık maddeden ve sadece %5’i baryonik maddeden oluşur. Enerjiyi denklemden çıkarttığımızda ise elimizde %85 karanlık madde ve %15 baryonik madde kalır. (Bu rakamlar yaklaşık değerlerdir, farklı kaynaklarda farklı değerler okunabilir. Ben bu değerleri Popular Science’dan aldım.)

Peki tanım olarak karanlık madde nedir? Karanlık madde, ışıkla etkileşime girmeyen, varlığı diğer maddeler üzerindeki kütle çekim etkisi ile dolaylı olarak belirlenebilen maddelerdir.

Işıkla etkileşime girmediği için karanlık maddeler doğrudan gözlemlenemez ancak kütle çekim etkileri sebebiyle varlıklarından haberdarızdır. Peki bu kütle çekim etkileri nelerdir?

karanlık madde

Karanlık Madde Nasıl Tespit Edildi?

Karanlık maddeye dair ilk ipuçları, 1930’ların başlarında İsviçreli astrofizikçi Fritz Zwicky tarafından bulundu. Zwicky 1933’de Coma galaksi kümesinde bulunan galaksilerin hareket hızlarını ölçüyordu. Ölçüm sonuçlarında, galaksilerin beklenenden çok daha hızlı hareket ettiği tespit edildi. Hatta hareket öyle hızlıydı ki, galaksilerin kütle çekiminden kopup dağılmaları gerekirdi. Fakat durum bunun tam tersiydi ve galaksiler küme içinde belirli yörüngelerde hareket ediyorlardı. Bu sonuçların ardından Zwicky galaksi kümesinin kütlesini hesapladı ve sonuçlar gerçekten hayret vericiydi. Zwicky’nin hesaplamalarına göre görünür maddenin 400 kat daha fazla olması gerekiyordu. Zwicky, kayıp kütle problemi olarak bilinen bu duruma bir açıklama getirmek için bu eksik maddeyi karanlık madde olarak isimlendirdi. Zwicky’den hemen sonra benzer gözlemler farklı bilim insanları tarafından da gösterilmeye başlandı. 1980’e gelindiğinde ise aynı etki 100’den fazla galakside daha görünmüştü.

Kütleçekimsel Merceklenme Etkisi

karanlık madde

Karanlık maddenin varlığına ilişkin bir diğer olgu, genel görelilikle ilgili. Genel göreliliğin bir sonucu olarak kütlesi olan her cisim ışığın rotasında sapmalar meydana getirebilir fakat bahsettiğimiz merceklenme olayında ışığın rotası öyle bir sapmıştır ki artık uzay-zamanın kendisi ciddi bir şekilde büküldüğünden tıpkı bir mercek gibi davranmaya başlar. Arka planında kalan gök cisimlerinin görsel kalitesinin bozulmasına, boyutlarının büyümesine hatta görüntülerinin çoğalmasına neden olur. Kısaca, ışığın düz bir şekilde ilerlerken kütleçekim etkisi ile kırılması sonucu mercek gibi odaklanması olayıdır bu durum.

Bu olgunun konumuzla ne ilgisi mi var? Merceklenme etkisinin gözlemlendiği bölgelerde bilim insanları, görünür maddenin sebep olacağından daha fazla bükülmeyle karşılaşıyorlar. Bu etkiyi açıklamak için başvurulan kavramsa, yine karanlık madde olgusu oluyor.

Karanlık Maddeyi Nasıl Arıyoruz?

Karanlık maddenin yapısıyla ilgili sırlar henüz çözülemedi fakat araştırmalar halen devam etmektedir. Bu araştırmalardan bazıları şunlardır:

XENON: İtalya Grand Sasso dağlarında 1,5 km derinliğinde bulunan saf sıvı ksenondan oluşan XENON1T, karanlık madde parçacığı ve ksenon atomunun çekirdeği arasındaki etkileşimleri kaydederek karanlık madde aramaya devam ediyor.

LUX: Güney Dakota’da bulunan Sanford Yeraltı Laboratuvarında gerçekleştirilen bu deney, Büyük Yeraltı Ksenon deneyi olarak da bilinir. Yerin 1,6 km altında bulunan dedektörler karanlık madde parçacıklarıyla ksenon atomlarının etkileşime girmesini yakalamak amacıyla tasarlanmıştır.

Benzer şekilde karanlık madde aramalarına devam eden diğer araştırmalar: Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, Nötrino Detektörleri(IceCube), ArDM ve WMAP.

Xenon-karanlık madde detektörü

Yukarıda bahsettiğimiz kayıp kütle problemini Einstein’ın kütle çekim denklemleri üzerinde değişiklikler yaparak açıklamaya çalışan fizikçiler de olmasına karşın karanlık madde fikri, bilim dünyasında daha yaygın bir biçimde kabul görmüş durumdadır. Ancak hakkında henüz deneysel verilere sahip olmadığımız için bilimsel bir konsensüsten de bahsedemeyiz. Karanlık maddenin ne olduğunu henüz bilmiyoruz fakat Gotthold E. Lessing’in de dediği gibi “Gerçeği aramak, ona sahip olmaktan daha kıymetlidir.”

Kaynaklar:

  1. Hiçbir Fikrimiz Yok-Daniel Whiteson & Jorge Cham
  2. Evren 101-Carolyn C. Petersen