Karanlık madde, günümüzde bilim dünyasının en gözde konu başlıklarından biri. Hakkındaki araştırmalar gün geçtikçe artırılsa da konu hala gizemini koruyor.
'Nedir, Ne değildir? 13 Soru ve Cevapla Bilmeniz Gereken Her Şey' adlı, bilimsel kavramları soru ve cevaplarla anlaşılır hale getirdiğimiz serimize kara delik ve nötrinolar sonrasında karanlık madde ile devam ediyoruz.
Karanlık madde; astrofizikte, elektromanyetik dalgalarla (radyo dalgaları, gözle görülebilen ışık, x-ışınları, vb.) etkileşime girmeyen, varlığı yalnız diğer maddeler üzerindeki kütle çekimsel etkisi ile belirlenebilen maddelerdir.
Buradaki karanlık kelimesi aslında 'aydınlık' kelimesinin zıt anlamlısı olarak kullanılmıyor tam olarak, nitekim öyle olsaydı tespiti muhtemelen daha kolay olurdu; çünkü gözle göremiyor olduğumuzdan karanlık sansak bile diğer dalgaboylarında salınım yapmasından dolayı tespit edebilirdik. Ancak hiçbir dalga boyunda kendisinden bir sinyal alamadığımız için, biraz da popülist bir yaklaşımla kendilerine 'dark matter', yani 'karanlık madde' adı verilmiş.
Karanlık maddelerin varlığını nasıl belirlediğimize gelince; gök adaların döngüsel hızlarından, gök adaların diğer gök adalar içerisindeki yörüngesel hızlarından, geri planda yer alan maddelere uyguladığı kütle çekimsel mercekleme özelliğinden ve gök adaların içerisindeki sıcak gazların sıcaklık dağılımından yararlanıyoruz.
Evrenin yaklaşık %70-75'ini karanlık enerji, %20 civarlarında bir bölümünü ise bu karanlık madde oluşturuyor (Kalan kısımsa gördüğümüz tüm galaksiler, yıldızlar, gezegenler, kuasarlar gibi gök cisimlerinden oluşuyor). Bu kadar yüksek bir miktar söz konusu olduğundan bilim dünyası için oldukça önemli.
Karanlık enerjinin tüm evrenin her tarafına eşit miktarlarda yayıldığı düşünülüyor, karanlık madde için böyle bir durum söz konusu değil. Tabi bu bilgi, ikisini ayıran yan faktörlerden biri. Temel farklılık ise; karanlık maddenin galaksilerin oluşmasını ve dağılmadan kalabilmesini sağlaması, karanlık enerjinin ise evrenin hala daha da hızlanarak genişlemesini sağlıyor olması. Yani biri daha küçük boyutlarda etkili, diğeri daha makro boyutlarda.
Hayır, en azından şimdiki bilgimiz dahilinde dönüşemezler. İkisinin de 'karanlık' şeklinde adlandırılması ve Einstein'ın enerji-madde denklemi nedenleriyle bir çok kişi bu ikisinin birbirinin formu olduğunu düşünmekte ancak işler öyle değil; çoğu bilim insanı ikisini tamamen ayrı şeyler olarak düşünüyorlar. Çoğu dedik, çünkü ikisi arasında bağlantı olduğunu düşünen bilim insanları da var.
Ancak şunu da eklemek gerek; karanlık madde denilince akla direkt 'madde' gelmemesi lazım. Çünkü karanlık madde elle tutulur bir şeylerden oluşmuyor; sadece bir alanda büyük miktarlarda toplandığında normal maddeymişçesine yerçekimsel etkiler yaratabiliyor.
Hayır. Kara delikler tespitleri yapılabilen gök cisimleridir, dolayısıyla görünür madde içerisine dahil edilirler. Karanlık maddeyi ise daha önce de söylediğimiz gibi tespit edemeyiz, sadece yaptığımız araştırmalar neticesinde görünür madde miktarının olması gerekenden inanılmaz miktarlarda düşük olması neticesinde ortada göremediğimiz bir karanlık maddenin olduğunu varsayarak kabul ederiz.
Örnek verelim: Normalde spiral galaksilerde madde merkezde daha yoğun olduğu için burada bulunan yıldızların çok daha hızlı bir şekilde dönmesini, daha dış kısımlarda kalan yıldızların ise daha yavaş dönmelerini bekleriz. Ancak araştırmalar gösteriyor ki durum böyle değil, galaksinin neresinde olurlarsa olsunlar; yıldızlar aynı hızlarda dönüyorlar. Bu da hiçbir şekilde tespit edemediğimiz, dış kısımlarda bulunan karanlık bir şeylerin varlığına kanıt olarak gösteriliyor. Kendi galaksimizde bu durumun doğruluğu kanıtlanmış. Bu kanıtı ortaya koyan ise Vera Rubin'in başında bulunduğu Washington Carnegie Enstitüsü'nden bir araştırma ekibi.
Hayır. Bilim dünyasında bir süre nötrinoların karanlık maddeyi oluşturan şeyler olabilecekleri düşünüldü; ancak Super-Kamiokande dedektörü tarafından yapılan tespitler sonucunda nötrinoların karanlık maddeyi oluşturmak için yeterli özelliklere sahip olmadığı ve yeterli miktarda bulunmadığı anlaşıldı.
Nötrinolar dışında axion ve wimp gibi varlığı kanıtlanmayan teorik parçacıklar da karanlık maddeyi oluşturduklarına dair en büyük adaylar arasındalar.
İlk olarak 1932'de Jan Hendrik Oort ve 1933 yılında, Kaliforniya Teknik Enstitüsünden İsviçreli astrofizikçi Fritz Zwicky tarafından öne sürülmüştür. Fritz Zwicky'nin gözlemi ve iddiası kırk yıl boyunca hiçbir ortamda ciddiye alınmamıştır.
1970 yılında Washington Carnegie Enstitüsü'nden Vera Rubin ve arkadaşları tarafından karanlık maddenin varolduğuna dair en güçlü kanıt olan Sarmal Gök ada eğilimleri incelenmiştir. İlk başlarda Vera Rubin de Fritz Zwicky ile benzer bir kaderi paylaşarak, uzun yıllar ciddiye alınmamış, hiçbir ciddi yayın organı çalışmalarına yer vermemiştir.
Ağustos 2006'da yayınlanan, 150 milyon yıl önce gerçekleşmiş olan iki gök ada kümesinin çarpışmasına dair gözlem, karanlık maddelerin varlığına dair daha somut bir kanıt oluşturmuştur. Çarpışma sırasında sıcak gazlar arasında bir etkileşim olmuş ve daha sonra merkeze yaklaşmışlardır. Gök adalar ve karanlık madde etkileşime girmemiş ve merkezden uzak kalmışlardır.
Özetle 1970'ler Evren'deki maddenin yüzde doksanının görünmez olduğunun keşfedilmesiyle karanlık madde iddialarının güçlendiği yıllar olmuştur. Günümüzde ise hemen hemen tüm astrofizikçiler karanlık maddenin varlığını kabul ederler.
Var, bunlardan biri zayıf kütleçekimsel merceklenme. Bu yöntemi bilim insanları uzaktaki gök cisimlerini incelerken eğer olması gerekenden daha az görünen madde miktarı tespit ederlerse kullanıyorlar. Eğer orada karanlık madde bulunuyorsa, gelen ışığın da eğilmiş/bükülmüş olması bekleniyor. Böyle bir durum olduğunda orada karanlık maddenin var olması gerektiği düşünülüyor.
Tam olarak iki farklı tür diyebilemesek de soğuk ve sıcak olmak üzere iki karanlık madde formu olduğu; aralarındaki en belirgin farklılığınsa sıcak karanlık maddeyi oluşturan partiküllerin çok daha hızlı, hatta neredeyse ışık hızında hareket ediyor olduğu düşünülüyor.
Var. Kozmik mikrodalga arkaplan ışımasındaki sıcaklık dalgalanmaları, karanlık madde yok sayılırsa hiçbir şekilde açıklanmıyor; yani başka bir teori ortaya atılmazsa -ki pek atılacak gibi durmuyor- bu dalgalanmaları açıklayacak tek şey karanlık maddenin varlığı.
Bitirirken tekrar hatırlatalım; karanlık maddenin varlığı kesin olarak ispatlanamadı. Ancak elimizde var olduğunu işaret eden çok güçlü deliller var.