Karanlık maddenin gizemine bir yanıtımız olabilir, hem de yancısıyla birlikte

Bu yazı CNN International’da Jacopo Prisco’nun kaleme aldığı karanlık madde haberinin çevirisidir. Orijinal metne buradan ulaşabilirsiniz. 

Bilim dünyası yaklaşık 50 yıldır büyük bir sorunla karşı karşıya: Evrende yeteri kadar görünür madde yok.

NASA’ya göre yıldızlar, gezegenler, kozmik tozlar gibi görebildiğimiz tüm maddeler evrenin neden böyle olduğunu açıklamaya yetmiyor. Araştırmacıların gözlemlerinin anlam kazanabilmesi için görünür maddelerin beş katı kadar madde olması gerekiyor. Bilim insanları bu ışıkla etkileşime girmeyen görünmez maddeye “karanlık madde” diyor.

70’li yıllarda Amerikalı astronomlar Vera Rubin ve W. Kent Ford sarmal galaksilerin etrafında dönen yıldızları inceleyerek karanlık maddenin varlığını doğruladı. Bu yıldızların galaksinin görünür maddesi ve kütle çekimiyle uyuşmayacak kadar hızlı hareket ettiğini fark ettiler. Normal şartlarda yıldızların birbirlerinden ayrılması gerekirdi. Bunun tek açıklaması galaksiyi bir arada tutacak miktarda görünmeyen maddenin var olması olabilirdi.

Rubin o zamanlar “Sarmal galakside gördüğünüz şeyle aldığınız sonuç aynı değildir” demişti. Çalışmasını İsviçreli astronom Fritz Zwicky’nin 1930’larda oluşturduğu tezin üstüne inşa etmiş ve bulunması zor olan o maddeyi aramaya başlamıştı. O zamandan beri bilim insanları karanlık maddeyi doğrudan gözlemlemenin yollarını arıyor. Hatta bunun için kocaman cihazlar inşa ettiler. Ne var ki şimdiye kadar şansları yaver gitmedi.

Ünlü İngiliz fizikçi Stephen Hawking araştırmaların başlarında karanlık maddenin Büyük Patlama sırasında oluşmuş ve kara deliklerde saklanıyor olabileceğini öne sürdü. Zaten kara delikler Hawking’in çalışmalarının ana konusuydu.

Şimdi Massachusetts Institute of Technology’den (MIT) araştırmacıların yaptığı yeni bir çalışma ilk kara deliklerin kökeninin ne olduğunu ortaya çıkararak o teoriyi yeniden gündeme getirdi. Üstelik bu çalışma sayesinde yeni bir kara delik türü bile keşfedildi.

Saniyenin ilk kentilyonda birinde

Çalışmanın yazarlarından ve Germeshausen Bilim Tarihi profesörü David Kaiser yeni kara delik türünün tamamen sürpriz olduğunu söylüyor. Karanlık madde sorununu çözmeye çalışırken Hawking’in kara deliklerle ilgili hesaplamalarından, özellikle de kara deliklerin yaydığı radyasyonun etkilerini araştırıyorlardı ve bu sırada yeni kara delik türünü keşfettiler.

MIT’de yüksek lisans öğrencisi olan ve çalışmanın ortak yazarları arasında yer alan Elba Alonso-Monsalve, Hawking’in kara delik teorisinin özellikle son yıllarda önem kazandığını belirtiyor: “İnsanlar belki 10 yıl öncesine kadar bunu ciddiye almıyordu. Bunun nedeni kara deliklerin bir zamanlar gerçekten belli belirsiz olmasıydı. 20’nci yüzyılın başlarında kara deliklerin sadece matematiksel bir eğlence olduğunu, fiziksel olarak var olmadığı düşünülüyordu.”

Artık biliyoruz ki neredeyse her galaksinin merkezinde bir kara delik var. Bilim insanlarının 2015’te kara deliklerin çarpışmasıyla oluşan kütleçekim dalgalarını keşfetmesi bu yapıların her yerde olduğunu apaçık ortaya koydu.

Alonso-Monsalve “Evrenimiz kara deliklerle dolu. Ne var ki karanlık madde nereye bakarsak bakalım bir türlü bulunamadı. Bu demek değil ki karanlık madde bir parçacık ya da karanlık madde değil. Her ikisinin bir kombinasyonu da olabilir pekâlâ. Ama karanlık maddeler artık karanlık madde adayı olarak çok daha ciddiye alınıyor” diyor.

Diğer bazı çalışmalar da Hawking’in tezinin geçerliliğini doğrular nitelikte. Alonso-Monsalve ve Kaiser’in çalışması ise işi bir adım daha ileriye taşıyarak ilk kara deliklerin oluştuğunda tam olarak neye benzediğini gösteriyor.

Physical Review Letters dergisinde 6 Haziran’da yayınlanan çalışma bu kara deliklerin Büyük Patlama’dan sonraki saniyenin ilk kentilyonda birinde ortaya çıkmış olabileceğini ortaya koyuyor. Kentilyonu bir ölçü olarak anlatmak biraz zor ama bu karanlık maddenin evrendeki her şeyi oluşturan proton ve nötronlardan çok daha önce oluşmuş olması demek.

Günlük hayatta proton ve nötronları parçalanmış halde göremeyiz, temel parçacıklar olarak hareket ederler. Ama çok daha küçük parçacıklardan oluştuklarını biliyoruz. Bu çok daha küçük parçacıklar kuarklar. Kuarkları bir araya getiren şeyler ise gluonlar.

Araştırmacılar evrenin soğuk olması nedeniyle kuarkları ve gluonları evrende tek başlarına ve serbest halde bulamayacağımızı söylüyor. Ama Büyük Patlama’nın başlarında evren sıcak olduğu için bunlar tek başlarına ve serbest haldeydi. Yani ilkel kara delikler serbest kuarkları ve gluonları emerek oluşmuş olabilir. Böyle bir oluşum onları gözlemleyebildiğimiz kara deliklerden temelde farklı kılar, zira bizim gördüklerimiz yıldızların çökmesiyle oluşuyor. İkinci olarak bu ilkel kara delikler çok daha küçük olmalı. Şayet bu ilkel kara deliklerin yeterli bir kısmı Büyük Patlama’nın başlarında buharlaşmayıp günümüze kadar gelebilmişse karanlık maddeyi bu şekilde açıklamamız mümkün olabilir.

Uzun ömürlü bir imza

Çalışmaya göre ilkel kara deliklerin oluşumu sırasında çok daha küçük ve daha önce görülmemiş bir kara delik türü de yan ürün olarak oluşmuş olabilir. Bunlar yalnızca bir gergedanın kütlesi kadar küçük olmalıydı. Bu küçük kara delikler boyutları sebebiyle içinde oluştukları kuark-gluon karışımında “renk yükü” diyebileceğimiz nadir ve eşsiz bir özellik kazanmış olabilir. Kaiser bunun kuark ve gluonlara özgü, sıradan nesnelerde asla görülmeyen bir yük durumu olduğunu belirtiyor.

Bu renk yüküne sahip olmaları doğal olarak onları esasında hiç yükse sahip olmayan kara deliklerden farklı kılar. Alonso-Monsalve “İlkel kara deliklerin oluşumunun yan ürünü olan bu daha küçümen kara deliklerin oluşması kaçınılmaz. Ancak çoktan buharlaşmış olacakları için bugün etrafta olamazlar” diyor.

Ancak Büyük Patlama’nın ilk 10 milyonuncu saniyesine kadar hayatta kalabilmişlerse, yani proton ve nötronlar oluşurken iki parçacık türü arasındaki dengeyi değiştirerek gözlemlenebilir izler bırakmış olabilirler. Alonso-Monsalve “Protonlarla nötronların sayı dengesi çok hassas ve evrende var olan diğer maddelere bağlı. Eğer renk yüküne sahip kara delikler hâlâ etraftaysa protonlar ve nötronlar arasındaki dengeyi birinin lehine olabilecek şekilde değiştirmiş olabilirler. Öyleyse bunu birkaç yıl içinde ölçebiliriz” diyor.

Ya başka formları varsa?

Kaiser ölçümün yer tabanlı teleskoplardan ya da yörüngedeki uygularda bulunan hassas cihazlardan yapılabileceğini söylüyor. Öte yandan bu benzersiz kara deliklerin varlığını doğrulamanın başka bir yolu daha var. Kaiser “Kara delik popülasyonu oluşturmak, etraftaki uzay-zamanda devasa dalgalanmalar yaratacak çok şiddetli bir süreçtir. Bu dalgalar zaman içinde zayıflamış olsa da sıfıra inmiş olamaz. Yeni nesil kütleçekim dedektörleri küçük kütleli kara deliklerin izini yakalayabilir” diyor.

Peki ya durum buysa yeraltı laboratuvarlarında karanlık maddeyi bulmak için yapılan çalışmalar ne olacak? İki bilim insanı şimdiye kadar karanlık madde için çalışan, yapılmaya da devam eden bu laboratuvarların ilkel kara deliklerin oluşumları sırasında yaydıkları sinyalleri yakalayabileceğini düşünüyor. Ayrıca araştırmacılar kara deliklerin karanlık maddenin yalnızca bir kısmını oluşturma ihtimaline de değiniyor. Alonso-Monsalve karanlık maddenin normal maddeden beş kat daha fazla olduğunu söylüyor. Gördüğümüz üzere normal madde birçok farklı şekillere bürünebiliyor. Aynı şey neden karanlık madde için de geçerli olmasın ki?

Evrenin kaç kilo ağırlığında olduğunu bilmek neden çok önemli?

Astronominin büyük bir krizi var: Evreni kavrayışımızda fena halde yanıldığımız şeyler…