Karanlık Madde Hakkında Cevaplanmamış En Büyük 11 Soru

Karanlık Madde Hakkında Cevaplanmamış En Büyük 11 Soru

1930'larda, Fritz Zwicky adlı İsviçreli bir gökbilimci, uzak bir kümedeki gökadaların sahip oldukları görünür kütle miktarına göre çok daha hızlı bir şekilde birbirlerinin yörüngesinde döndüklerini fark etti. Karanlık madde olarak adlandırdığı görünmeyen maddenin bu galaksiler üzerinde yerçekimi ile çekilebileceğini öne sürdü.

O zamandan beri araştırmacılar, bu gizemli malzemenin kozmosta bulunabileceğini ve yıldızlar, insanlar gibi sıradan şeyleri oluşturan normal maddeden altı kat daha bol olduğunu doğruladılar. Yine de, evrende karanlık madde görülmesine rağmen, bilim insanlarının kafaları hala karışıyor. İşte karanlık madde hakkında cevaplanmamış en büyük 11 soru.

 

• Karanlık madde nedir?

Birincisi ve belki de en şaşırtıcı olanı, araştırmacıların karanlık maddenin tam olarak ne olduğundan emin olmamaları. ABD Dışişleri Bakanlığı'ndan fizikçi Don Lincoln gibi, ayrıntılı gözlemler karanlık maddenin etkisini açıklamaya yetecek kadar bu tür nesneleri ortaya çıkarmasa da, başlangıçta bazı bilim adamları evrendeki kayıp kütlenin küçük soluk yıldızlardan ve kara deliklerden oluştuğunu varsaydılar. Karanlık maddenin mantosunun şu anki önde gelen yarışmacısı bir protondan 10 ila 100 kat daha ağır olması dışında bir nötron gibi davranacak olan Zayıf Etkileşimli Kütleli Parçacık veya WIMP olarak adlandırılan varsayımsal bir parçacıktır. Ancak, bu varsayım sadece daha fazla soruya yol açtı.

 

 

• Karanlık maddeyi tespit edebilir miyiz?

WIMP'lerden karanlık madde yapılıyorsa, etrafımızda görünmez ve zar zor tespit edilebilir olmalılar. Peki neden hala bulamadık? Sıradan madde ile çok fazla etkileşime girmeyecek olsalar da, karanlık madde parçacığının uzayda seyahat ederken proton veya elektron gibi normal bir parçacığa çarpması için her zaman küçük bir şans vardır. Bu nedenle, araştırmacılar, karanlık madde-parçacık çarpışmasını taklit edebilecek paraziter radyasyondan korundukları yerin derinliklerinde çok sayıda sıradan parçacığı incelemek için deney üstüne deney yaptılar. Onlarca yıllık araştırmadan sonra, bu dedektörlerden hiçbiri güvenilir bir keşif yapmadı. 2018 yılının başlarında, Çin PandaX deneyi, en son WIMP tespit edilemediğini bildirdi. Riverside, California Üniversitesi'nden fizikçi Hai-Bo Yu "Karanlık madde parçacıklarının WIMP'lerden çok daha küçük olması veya onları incelemeyi kolaylaştıracak özelliklerden yoksun olması muhtemel görünüyor." dedi.

 

 

• Karanlık madde birden fazla parçacıktan mı oluşur?

Sıradan madde, protonlar ve elektronlar gibi günlük parçacıkların yanı sıra nötrinolar, müonlar ve pionlar gibi daha egzotik parçacıklardan oluşan bir hayvanat bahçesinden oluşur. Bu nedenle, bazı araştırmacılar, evrendeki maddenin yüzde 85'ini oluşturan karanlık maddenin de aynı derecede karmaşık olup olmadığını merak ettiler. Harvard Üniversitesi'nden fizikçi Andrey Katz, "Evrendeki tüm karanlık maddenin tek tip parçacıktan oluştuğunu varsaymak için iyi bir neden yok" dedi. Katz, karanlık protonların karanlık elektronlarla birleşerek karanlık atomlar oluşturabileceğini ve görünür dünyada bulunanlar kadar çeşitli ve ilginç konfigürasyonlar üretebileceğini söyledi. Bu tür öneriler fizik laboratuvarlarında giderek daha fazla hayal edilirken, bunları doğrulamanın veya reddetmenin bir yolunu bulmak bilim adamlarını şimdiye kadar kaçırdı.

 

 

• Karanlık güçler var mı?

Ek karanlık madde parçacıklarının yanı sıra, karanlık maddenin normal madde tarafından hissedilenlere benzer kuvvetler deneyimleme olasılığı vardır. Bazı araştırmacılar, sadece karanlık madde parçacıkları tarafından hissedilmeleri dışında, elektromanyetik kuvvete yol açan normal parçacıklar arasında değiş tokuş edilen fotonlara benzeyen "karanlık fotonlar" aradılar. İtalya'daki fizikçiler bir elektron demetini ve pozitron olarak bilinen antiparçacıklarını bir elmas haline getirmeye hazırlanıyorlar. Karanlık fotonlar varsa, elektron-pozitron çiftleri, garip kuvvet taşıyan parçacıklardan birini yok edebilir, üretebilir ve potansiyel olarak evrenin yepyeni bir bölümünü açabilir.

 

 

• Karanlık madde eksenlerden yapılmış olabilir mi?

Fizikçiler giderek WIMP'lere olan sevgisinden düştükçe, diğer karanlık madde parçacıkları iyilik kazanmaya başlıyor. Önde gelen ikamelerden biri, bir protondan daha az kütleli, belki de 10'un 31'inci güce yükseltilmiş, son derece hafif olacak, axion olarak bilinen varsayımsal bir parçacıktır. Şimdi birkaç deneyde eksenler aranıyor. Son zamanlardaki bilgisayar simülasyonları, bu eksenlerin hızlı radyo patlamaları olarak bilinen gizemli fenomenlere oldukça benzeyen algılanabilir radyasyon üretebilecek yıldız benzeri nesneler oluşturma olasılığını artırdı.

 

 

• Karanlık maddenin özellikleri nelerdir?

Gökbilimciler, karanlık maddeyi, sıradan madde ile yerçekimsel etkileşimleri yoluyla keşfettiler ve bunun, evrendeki varlığını bilinir hale getirmenin ana yolunun bu olduğunu öne sürdüler. Ancak, karanlık maddenin gerçek doğasını anlamaya çalışırken, araştırmacıların devam edecek çok az şeyi var. Bazı teorilere göre, karanlık madde parçacıkları kendi antiparçacıkları olmalıdır, yani iki karanlık madde parçacığı karşılaştıklarında birbirleriyle yok olacaklardır. Uluslararası Uzay İstasyonu üzerindeki Alfa Manyetik Spektrometresi (AMS) deneyi, 2011'den beri bu yok oluşun açıklayıcı işaretlerini arıyor ve şimdiden yüz binlerce olayı tespit etti. Bilim adamları, bunların karanlık maddeden gelip gelmediğinden hala emin değiller ve sinyal, karanlık maddenin tam olarak ne olduğunu belirlemelerine henüz yardımcı olmadı.

 

 

• Karanlık madde her galakside var mı?

Sıradan maddeden çok daha ağır bastığı için, karanlık maddenin genellikle galaksiler ve galaktik kümeler gibi büyük yapıları organize eden kontrol edici güç olduğu söylenir. Tuhaftır ki, bu yılın başlarında gökbilimciler, neredeyse hiç karanlık madde içermediği görülen NGC 1052-DF2 adlı bir gökada bulduklarını açıkladılar. Yale Üniversitesi'nden Pieter van Dokkum, "Karanlık madde bir galaksi oluşturmak için bir gereklilik değil," dedi. Bununla birlikte, yaz boyunca ayrı bir ekip, van Dokkum'un ekibinin galaksiye olan mesafeyi yanlış ölçtüğünü, yani görünür maddesinin ilk bulgulardan çok daha sönük ve daha hafif olduğunu ve kütlesinin daha fazlasının karanlık maddede olduğunu öne süren bir analiz yayınladı. 

 

 

• DAMA/LIBRA sonuçlarında ne var?

Parçacık fiziğinde uzun süredir devam eden bir gizem, DAMA/LIBRA olarak bilinen bir Avrupa deneyinin şaşırtıcı sonuçlarıdır. İtalya'daki Gran Sasso dağının altındaki bir yeraltı madeninde bulunan bu dedektör, karanlık madde parçacıklarında periyodik bir salınım arıyor. Bu salınım, Dünya, güneş sistemimizi çevreleyen galaktik karanlık madde akışında uçarken, bazen karanlık madde rüzgarı olarak adlandırılan güneş etrafındaki yörüngesinde hareket ederken ortaya çıkmalıdır. 1997'den beri DAMA/LIBRA tam olarak bu sinyali gördüğünü iddia ediyor, ancak başka hiçbir deney böyle bir şey görmedi.

 

 

• Karanlık maddenin elektrik yükü olabilir mi?

Zamanın başlangıcından gelen bir sinyal, bazı fizikçilerin karanlık maddenin bir elektrik yüküne sahip olabileceğini önermesine yol açtı. 21 santimetre dalga boyuna sahip radyasyon, Büyük Patlama'dan sadece 180 milyon yıl sonra, evrenin başlangıcındaki yıldızlar tarafından yayınlandı. Daha sonra aynı anda etrafta olan soğuk hidrojen tarafından emildi. Bu radyasyon bu yılın Şubat ayında tespit edildiğinde, radyasyonun izi, hidrojenin bilim insanlarının tahmin ettiğinden çok daha soğuk olduğunu gösteriyordu. Harvard Üniversitesi'nden astrofizikçi Julian Muñoz, elektrik yükü olan karanlık maddenin, limonatada yüzen bir tür buz küpü gibi, her yerde bulunan hidrojenden ısı çekebileceğini öne sürdü. Ancak varsayım henüz doğrulanmadı.

 

 

• Sıradan parçacıklar bozunarak karanlık maddeye dönüşebilir mi?

Nötronlar, sınırlı bir ömre sahip düzenli madde parçacıklarıdır. Yaklaşık 14.5 dakika sonra, bir atoma bağlı olmayan yalnız bir nötron, bir protona, bir elektrona ve bir nötrinoya bozunacaktır. Ancak Physical Review Letters dergisinde Temmuz ayında yapılan bir çalışmada atıfta bulunulan deneylere göre, iki farklı deney düzeneği bu bozunma için biraz farklı ömürler veriyor ve aralarındaki fark yaklaşık 9 saniye. Bu yılın başlarında fizikçiler, zamanın yüzde 1'inde bazı nötronların karanlık madde parçacıklarına bozunması durumunda bu anomaliyi açıklayabileceğini öne sürdüler. New Mexico'daki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'ndan Christopher Morris ve ekibi, karanlık madde olabilecek ancak hiçbir şey tespit edemeyen bir sinyal için nötronları izledi. Çalışmaya göre, başka bozulma senaryolarının hala mümkün olabileceğini öne sürdüler.

 

 

•  Karanlık madde gerçekten var mı?

Bilim adamlarının karanlık maddeyi tespit etmeye ve açıklamaya çalışırken karşılaştıkları zorluklar göz önüne alındığında, makul bir sorgulayıcı, her şeyi yanlış yapıp yapmadıklarını merak edebilir. Uzun yıllar boyunca, fizikçilerin sesli bir azınlığı, belki de yerçekimi teorilerimizin basitçe yanlış olduğu ve temel kuvvetin beklediğimizden daha büyük ölçeklerde farklı çalıştığı fikrini ileri sürdü. Genellikle "değiştirilmiş Newton dinamiği" veya MOND modelleri olarak bilinen bu öneriler, karanlık madde olmadığını ve yıldızların ve galaksilerin birbirleri etrafında döndüklerinin görüldüğü ultra yüksek hızların, yerçekiminin şaşırtıcı şekillerde davranmasının bir sonucu olduğunu varsayıyor. Fizikçi Don Lincoln, "Karanlık madde hala doğrulanmamış bir modeldir." dedi. Ancak karşı çıkanlar, fikirlerinin daha geniş bir alanda yayamadılar. Son kanıtlar karanlık maddenin gerçek olduğunu gösteriyor.

 

Kaynak:

https://www.livescience.com/64113-dark-matter-mysteries.html