Dünya olarak tanımlayıp yaşadığımız gezegende ve dışında gördüğümüz her şey, ışıkla etkileştikleri için gözümüze görünür. Peki ya ışıkla etkileşmeyen maddeler? Bunları şu an şeffaf ya da görünmez maddeler olarak tanımlayabilirdik ancak bazı fizikçiler bizden önce davranıp göremediğimiz maddeyi karanlık madde olarak adlandırmış.
Göremiyorsak varlığından nasıl bu kadar eminiz sorusunun cevabı ise kütle çekimde. Karanlık madde parçacıklarının kütle çekimden etkilendiğini Vera Rubin’in astronomi gözlemlerine dayanarak söyleyebiliyoruz.
Güneş sistemine baktığımızda, güneşe en uzak gezegenin en yakın gezegene kıyasla güneşin etrafında çok daha yavaş döndüğünü gözlemleyebiliriz ve bunu Newton’un kütle çekim formülüyle hesaplayabiliriz. Ölçeği biraz daha büyütüp galaksilere baktığımızda ise aynı kuralı gözlemleyemeyiz, galaksinin en dışındaki yıldızlar merkezdeki yıldızlarla neredeyse aynı hızla merkez etrafında dönmektedir. Vera Rubin’in gözlemlediği şey de buydu, hem de defalarca. Olması gerekenin aslında olana bu kadar uzak olmasının bir sebebi olmalıydı. Bu yüzden, yani evrensel olan kütle çekim kuramını galaksiler ölçeğinde doğrulamak için fazladan kütleye ihtiyacımız var, görünen maddenin beş ya da altı katı kadar görünmez madde.
Yapılan bu hesaplamalar bizi karanlık maddeye götürmekte yetersiz kalabilirdi, ama karanlık maddenin var olması gerektiğini bize anlatan başka olaylar da var evrende.
Yerçekimsel mercekler olarak tanımladığımız olayın ana sebebi, ışığın mercekten geçmesine benzer bir şekilde kütle etrafında kırılıp bükülerek ilerlemesidir. Bir galaksinin ışığı, bize doğru gelirken yolda büyük bir kütleyle karşılaşınca kütle etrafında bükülüp kırıldığı olduğu için birden fazla görüntü oluşur. Gözlemlenen bu merceklenme olayları Einstein’ın teorilerinin doğrulanmasına artı olarak bize yine fazladan bir kütlenin varlığını gösteriyor.
Sadece bu da değil, ışık hızının sonlu olması sayesinde evrende en uzağa baktığımızda, geçmişi yani evrenin başlangıcını görürüz. Bu gördüğümüz ateş topu bize evrenin geçmişte çok daha sıcak olduğunu söylüyor ve büyük patlamadan bize miras kalan kozmik mikrodalga arka plan olarak adlandırdığımız kalıntı ışınımın sıcaklığını ölçerek evrenin geçmişinde var olan madde miktarını hesaplayabiliyoruz. Yaptığımız bu hesaplamalar yine bize görünenden beş ya da altı kat fazladan bir kütlenin olduğunu gösteriyor.
Varlığından bu kadar eminken ne olduğundan nasıl bu kadar olamıyoruz sorusunun cevabı basit, henüz gözlemleyemiyoruz.
Ne olmadığından kesinlikle emin olduğumuz bu karanlık madde parçacıklarını gözlemleyebilmek için bilim insanları birçok deneyle uğraşıyor, LHC deneyleri de bu deneylere dahil.
Cern’deki büyük hadron çarpıştırıcılarının çalışma prensibi aslında çok basit, bilim insanları iki temel olmayan parçacığı birbiriyle çarpıştırarak temel parçacıkların ortaya çıkmasını sağlıyor. Bu çarpışma işleminde gerekli şey parçacığın oluşması için enerjinin yer değiştirebileceği bir alan. 2012’de Cern’de higgs bozonu üretildiğinde kullanılan alan bir foton alanıydı çünkü bu bozon fotonla etkileşime girebiliyor, fotonla etkileşime girmeyen yani foton alanında enerji alış verişi yapamayan bir parçacık oluşumu için ise başka bir alan gerekli. Karanlık madde içinse şu an bir alan bulabilmiş değiliz fakat böyle bir alan varsa bu deneylerden alınan verilerde olasılığı ne kadar düşük olursa olsun bu görülecektir.
Diğer gözlem şansımız ise galaksi merkezinde etkileşen iki karanlık madde parçacığının etkileşmesi sonucunda yüksek enerjili bir görünür madde parçacığı oluşumu. Bu gözlem içinse bazıları uzayda bazıları ise dünyada olan birçok teleskop yüksek enerji kaynaklarının sebeplerini araştırıyor, bu enerjiler sebep olabilecek bir karanlık maddeyi arıyor.
Yaklaşık elli sene önce varlığından yeni haberdar olduğumuz ve astronomi ile parçacık fiziğinin merkezinde olan bu bilmeceyi çözmeye her geçen gün biraz daha yaklaştığımızı söyleyebiliriz. WIMP, tüylü karanlık madde, axionlar gibi teorilerin üretildiği bu konu, her şeyin teorisi kadar güçlü olmasa da bize evrenin nasıl sona ereceğini söyleyecek güce sahip olacak.
Eğer evrende karanlık madde varsa, meşhur e=mc^2 denklemine göre bununla ilişkili bir karanlık enerji olması gerekir. Karanlık enerji evrende mevcutsa genişleme hızını arttırır ve evrenin daha hızlı soğumasına vesile olur, yani evren donarak son bulur. Eğer böyle bir madde ve dolayısıyla ilişkili olduğu enerji evrende mevcut değilse evrenin genişleme hızı bir süre sonra yavaşlar ve kütle çekime yenik düşerek kendi içine doğru küçülmeye başlar, bu olasılıkta evren tekrar bir ateş topuna dönüşerek son bulur.
Sonuç olarak; karanlık maddenin keşfi, evrenin oluşumundan ve sonundan parçacık fiziğine kadar bildiklerimizi değiştirecek kadar güçlü bir keşif olacak.
Not: Yazının başlığı Richard Panek’in “Evrenin Yüzde Dördü” kitabının ilk kısmında kullanılan başlıktır. Kitap karanlık madde ve karanlık enerji arayışını anlatıyor.
Yazar: Gülcihan Akyol
