Karanlık madde, radyo dalgaları, röntgen ışıkları yani kısaca elektromanyetik dalgalarla temasa geçmeyen, var olduğuna dair ipuçlarını yalnızca kütle çekimsel etkileriyle gösteren maddedir. Karanlık madde evrende bulunan maddelerin %80 ile %85’ini oluşturuyor. Buna rağmen varlığını tam olarak ispat edebilmek neredeyse milyonda bir ihtimal. Karanlık madde ışıkla etkileşime geçmediği için gözlemleme imkânı vermez. Varlıklarına delalet olan şey: çevrelerine yaptıkları etkidir. Karanlık madde hala tam olarak ispatlanmadığı için bilim adamları karanlık maddeyi araştırmak ve onun varlığını ispat edebilmek için çalışmalarını sürdürmektedir.
Gök adaları içinde bulunan gökcisimlerinin kendi etraflarındaki dönme hızının değişimi, ışıkla etkiye giren maddelerce ölçülemiyor. Bu duruma Kayıp kütle problemi adı veriliyor. Bilim insanları bu probleme sebep olan şeyi, doğrudan gözlemlenemeyen karanlık maddenin ışıkla etkileşime girmemesiyle açıklıyor. Elbette bu gözlem de karanlık madde denilen şeyin var olduğuna dair bir emare niteliği taşıyor.
Karanlık maddenin var olduğuna dair bir başka veri ise: bilindiği üzere uzayda ışığın eğilip bükülmesiyle alakalı olan: Göreliliğin genel kuramı ya da başka bir deyişle: izafiyet teorisidir. Albert Einstein tarafından ortaya 1916 yılında atılan bu kuram, karanlık maddenin varlığına dair ipuçları sunmaktadır. Bu teoriye göre: bazı gökcisimleri gerçekte olduklarından çok daha büyük görünür. Bu durum ışık dediğimiz ışınların uzayın eğri yapısından etkilenmesi şeklinde açıklanabilir. Kütle çekimsel mercekleme, diye tanımlanan bu durum, optik mercekler ile gözlemlenen her maddenin olduğundan daha büyük görünmesine sebep olmakla beraber, sadece geometrisi incelenerek sistemin kütle niteliği ve miktarını hesaplayabilme fırsatı da vermektedir. Böylece gökadaların gözlemlenmesi sayesinde karanlık maddenin varlığı ortaya çıkıyor.
Buna bir örnek vermemiz gerekirse, Abell 2009 gökada kümesinde, Güneşin kütlesinden 1015 katından daha fazla bir karanlık madde miktarı olduğu bilim insanlarınca gözlemlenmiş bu gözlem kara maddenin varlığına dair çok büyük gözlem olarak literatürde yerini almıştır.
Karanlık madde ile karanlık enerji birbirlerine dönüşebilir mi? Bu soruya bilim insanlarının çoğu şimdilik hayır cevabını vermekle yetinmektedir. İki maddenin de karanlık olarak adlandırılması, Einstein’ın teorisi sebebiyle, bu iki maddenin birbirlerine benzer formlarda olması şeklinde düşünülmesinden kaynaklanmaktadır. Bilim insanlarının büyük bir çoğunluğu karanlık madde ve karanlık enerjinin birbirinden farklı şeyler olduğunu ısrarla belirtmektedir. Elbette azınlıkta olsa, bazı bilim insanları karanlık madde ve karanlık enerji arasında şimdilik açıklanamasa da önemli bir bağ olduğunu savunmaktadır.
Fakat göz ardı etmemiz gereken önemli bir noktada şudur: Karanlık madde, elle tutulur bir şey gibi akıllarımızda yer etse de aslında durum tamamen tam tersi, yani: karanlık madde: elle tutulur bir şey değil, varlığı belli bir alan dâhilinde, elbette çok büyük miktarlarda toplandığında, elle tutulan bir maddeymişçesine yaptığı yerçekimsel etkilerle ölçülebilen bir madde olmasındadır.
Kara delikler karanlık madde midir? Kara delikler, karanlık maddenin tersine tespit edilebilen ve daha somut bir şekilde gözlenebilen gök cisimleridir. Bu sebeple aynı şey olmaları mümkün değildir. Karanlık madde görünmezken, kara delikler görünür.
Karanlık maddenin varlığını anlamak nasıl mümkün olabilir? Bu konuyla alakalı yukarıda vermiş olduğumuz bilgileri, bir örnekle daha da açabiliriz. Genelde, spiral şeklindeki galaksilerin merkez noktasında olan yıldızların, madde merkezde çok daha yoğun bulunması sebebiyle, çok daha hızlı dönmesini bekleriz. Buna göre, dış yüzeyde var olan yıldızların daha düşük hızla dönmesi de bize gayet makul gelecektir. Lakin yapılan araştırmalar, bu beklentilerimizin aslında hiç de öyle gerçekleşmeyeceğini göstermekle bizi çok şaşırtmaktadır. Yıldızlar, galaksinin hangi konumunda olursa olsun, merkezde ya da dışta var olmaları fark etmeksizin aynı hızda dönerler. Bu durum ancak ve ancak, dış yüzeyde bulunduğu varsayılan, kesin olarak tespit edemediğimiz karanlık bir şeyin olduğuna delalet eden bir durumla izah edilebiliyor. Bu durumu tespit eden, üstelik bunu kanıtlayabilen kişi: Washington Carnegie Enstitüsünü yöneten Vera Rubindir.
Nötrinolar mı karanlık maddeyi oluşturuyor? Bilim insanları, bir süre, nötrinoları, karanlık maddeyi oluşturabileceği yönünde tezler üretse de, bir zaman sonra bunun olamayacağı yönünde karar verdiler. Bu karar varmalarında en büyük etken: Super-Kamiokande diye adlandırılan bir detektörle yaptıkları tespitlerdir. Bu detektör, karanlık maddeyi oluşturmakta, nötrinoların yetersiz kaldığını, karanlık madde üzerinde etki etmekten uzak miktarlarda olduğunu tespit ederek soruya cevap vermiş olmaktadır.
Bununla beraber karanlık maddeyi oluşturabilecek kapasitede oldukları öne sürülen axion ve wimp adı verilen maddelerin, karanlık maddeyi var eden parçacıklar olduğunu ve bunların karanlık madde oluşumunu açıklamaya en yakın teorik maddecikler olduğunu da söylememiz gerekir.
Karanlık madde fikrini ilk ortaya atan kimdir?
1932 yılında Jan Hendrik Oort tarafından ortaya atılan karanlık madde fikri, 1933 senesinde, Kaliforniya Teknik Enstitüsünden, İsviçreli astrofizikçi Fritzy Zwicky tarafından geliştirilmiş maalesef teorisi ve gözlemleri bilimsel anlamda kabul görmemiş ve günümüze dek asla ciddiye alınmamıştır.
Fritzy Zwicky: 1898 senesinde o zamanlar, Osmanlı toprakları olan, Bulgaristan-Varna’da doğmuş, daha sonra Amerika birleşik devletlerinin Kaliforniya eyaletine taşınmış, Albert Einstein’ın öğrencisi, değerli bir bilim adamıdır. Fritzy Zwicky: Süpernova teorisine ve bu vesileyle yıldızların daha detaylı incelenmesine büyük katkıları olan astronom ve fizikçidir. Süpernova teorisinin yanı sıra, kara delikler, nötron yıldızları, kozmik ışıklar hakkında çalışmalar yapmış, bu konularla alakalı tezler yayınlamış, detaylı makaleler yazmıştır.
Başlıca yazıları: 1929 senesinde yazdığı: Yıldızlar arasında ki kızıl değişim( Hubble kanunlarını açıklar), 1934 yılında yayınladığı: Süpernova kozmik ışınlar ve 1938 senesinde fizik dünyasında adeta bir devrim sayılabilecek olan, Kara delikler hakkında yazdığı, Nötron yıldızlarındaki çöküşler, sayılabilir.
Karanlık madde bilim dünyasında ne zaman ve neden önem kazanmaya başladı?
1970 senesinde, Vera Rubin, başında bulunduğu, Washington Carneige Enstitüsü’nden arkadaşlarıyla birlikte yaptığı çalışmalarla, bilim dünyasına kanıtlar sunmuştur. Fakat çok uzun seneler, ciddi bilim yayınları, onun makalelerini yayınlamamış maalesef Vera Rubin, tıpkı Fritz Zwicky gibi ciddiye alınmamıştır.
2006 yılında 150 milyon sene evvel gerçekleşmiş bir çarpışmaya ait gözlemler, ilk kez karanlık maddenin varlığına bir delil teşkil etmiştir. İki gök ada kümesinin çarpışması esnasında, sıcak gazlar merkeze yaklaşmış bu da onlar arasında bir etkileşim olduğuna dair kanıt sayılmıştır. Karanlık madde, bu iki cisimle temasa geçmemiş ve merkeze yaklaşmamıştır. Bu vesileyle, günümüzün bilim insanları, bütün astrofizikçiler karanlık maddeyi kabul etmektedirler.
Karanlık maddeyi gözlemlemek için kullanılan özel yöntemler nelerdir?
Uzaklarda bulunan gök cisimlerini inceleyen bilim insanları, olması gerekenden çok daha az tespit edilen madde miktarını bulurlarsa kütleçekimsel merceklenme tekniğini kullanıyorlar. Eğer ışık bükülmüş olarak gözlemleniyorsa, bilim insanları bunun karanlık maddenin bir etkisi olduğu yönünde kanaat kullanıyorlar.
Karanlık maddenin türleri nelerdir?
Kesin olmamakla beraber, bilim insanları bu soruya, iki tür, diye cevap veriyorlar. Evet, bunlar: Sıcak ve soğuk olan iki karanlık madde formudur. Sıcak karanlık madde partiküllerinin en dikkat çekici özelliklerinden birisi: Neredeyse ışık hızında hareket ediyor olmasıdır.
Karanlık madde varlığına kanıt başka deliller var mı?
Öncelikle şunu özellikle belirtmeliyiz ki: Karanlık madde tam olarak ispat edilmemiştir. Fakat bilim insanlarının elinde küçümsenmeyecek ve su götürmez deliller, karanlık maddenin varlığına işaret etmektedir. Kozmik ışımaların arka fonunda oluşan sıcak dalgalanmalar ancak karanlık madde olasılığı hesaba katıldığı zaman açıklanabiliyor.
2017 yılı itibariyle Karanlık madde.
Gelişen teknoloji ve bunun sonucu dizayn edilen gözlem ekipmanları ve teknikleri, kara maddenin izini sürmemizi çok daha kolaylaştırdı. 2017 yılında yani günümüzde baryonik madde miktarına olan oranla, karanlık madde miktarını çok daha keskin çizgilerle ölçebilmekteyiz. Kozmik mikrodalga arka plan metodu olarak bilinen yöntemle yapılan ışıma analizleri, kara madde üzerinde yapılan çalışmaların en verimli olanlarıdır. Yukarıda yazdıklarımızı hatırlarsak, bir kütle çekiminden, Einstein’ın ortaya attığı izafiyet teorisinden bahsetmiştik. Bu terimler kara maddenin neredeyse açığa çıkmasına çok az kaldığını işaret etmektedir.
Kim haklı çıkacak? Parçacık Fizikçileri mi yoksa Kozmologlar mı?
Bu sorunun cevabını verebilmek, kara maddenin aslında tam olarak ne olduğunu kavramaktan geçiyor desek yalan söylemiş olmayız. Kara madde hakkında birçok veri bilim insanlarının elinde mevcut olsa da Onun ne olduğu hakkında kesin olarak konuşacak bir kişi hala yok. Bilimin misyonu gerçeği bulmak olduğuna göre, gerçek olmayanları da bir şekilde incelemek durumunda kaldığı kabul etmemiz gereken bir olgudur. Bu durumda ya kozmologlar ya da parça fizikçiler bir yerde yanılmış olabileceklerini kabul etmek durumunda kalabilir hiç kuşkusuz. Fakat her iki durumda da ne kozmologlar ne de parça fizikçiler boşuna uğraşmış sayılmayacak, bilime karşı görevlerini hakkıyla yerine getirmiş olacaklardır. Bu ne demek? Bu şu demek: Kara madde ile alakalı yapılan çalışmalar sayesinde, bilim dünyası başka bilinmeyenleri de keşfetmiş olacaktır. Kısacası bilimde yapılan özverili çalışmalar, peşinden gidilen ve kanıtlanması gereken teoriler sayesinde mutlaka insanlığa hizmet verecek nitelikli verilerin elde edilmesini sağlamakla asıl vazifesini yerine getirmiş olacaktır.
Karanlık maddenin tam olarak ne olduğu, çalışma prensibinin nasıl işlediği kesin olarak ortaya konulduğunda, insanoğlunun keşfedeceği o kadar büyük bir bilgi olacak ki, evreni, insanlığı ve ötesini başka gözlerle görebileceğiz.
2013 yılında Higgs bozonunu kesin olarak bulmamızı sağlayan Cern deneyi, kara maddeyi bulmak yönündeki motivasyonu daha da arttırdı. Bilindiği üzere Higgs bozonunun bir diğer adı Tanrı parçacığıdır. Esasen Bilim insanları Tanrı parçacığını yıllar öncesinden biliyor, fakat ispatlayamıyorlardı. 1964 yılından beri üzerinde yapılan çalışmalar nihayet sonucunu vermişti. Evrenin neredeyse %95’ini oluşturduğu düşünülen kara madde neden çözülmesin?
Bu konuyla ilgili başlıca eserler arasında: Iain Nicolson yazdığı : Evrenin Karanlık Yüzü Karanlık Madde, Karanlık Enerji ve Evrenin Kaderi, Richard Panek tarafından yazılan, Evrenin Yüzde Dördü : Karanlık Madde Karanlık Enerji ve Kalan Gerçeklik İçin Keşif Yarışı, ”Karanlık madde olmasaydı, evrenin büyük bölümü dağılırdı.” diyen Stuart Clark tarafından yazılan Evren adlı kitaplar sayılabilir.
Yazımıza son verirken, Physical Review Letters dergisinde 20 Temmuz tarihinde yayınlanan makaleden bahsedelim. Hakkında birçok teori öne sürülen, üzerinde sayısız çalışmalar yapılan kara madde aslında dinamik değil, donuk bir yapıdan müteşekkildir. Kozmolog ekibi tarafınca yapılan uzun soluklu gözlemlerden, galaksilerdeki boşlukları incelendiği belirtilmiştir. Kuasarların yani yıldız benzerleri yapıların, galaksiler arasındaki durumundan yapılan gözlemler neticesi kuasar ve karanlık madde arasındaki etkileşimleri, bu etkileşimlerin ne denli istikrarlı olduğu incelendi. Yapılan gözlem ve simülasyonlar neticesinde varılan sonuç: Karanlık maddenin dinamik değil donuk olduğu yönündedir. Bir başka deyişle Karanlık maddenin donuk olduğu ispatlamıştır. Bu sonuç, karanlık madde hakkında, bilim insanlarının daha fazla yol alacağı ve kara maddenin gizemlerinin neredeyse ortaya çıkacağı yönünde bir görüş belirlemiştir.
Kaynakça:
http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/karanlik-madde-nedir<br />
<br />
https://onedio.com/haber/13-soru-ve-cevapla-karanlik-madde-hakkinda-bilmeniz-gereken-her-sey-610757<br />
<br />
http://khosann.com/evrenin-25ini-meydana-getiren-karanlik-maddenin-sirri-cozuluyor-bizi-dunyayi-olusturan-normal-madde-5-ile-azinlik/
Yazar:Arzu Gökyolcu