1. Ana Sayfa
  2. Fizik
  3. Karanlık Madde Nedir?

Karanlık Madde Nedir?

featured

Karanlık madde, evreni dolduran ama kimsenin görmediği gizemli şeydir.

Karanlık madde, evrende ağ benzeri bir düzende dağılmıştır (İmaj kredisi: NASA/JPL-Caltech)

Evrendeki tüm maddenin %80’inden fazlası, bilim adamlarının hiç görmediği malzemelerden oluşur. Buna karanlık madde deniyor ve biz sadece onun var olduğunu varsayıyoruz çünkü onsuz yıldızların, gezegenlerin ve galaksilerin davranışları bir anlam ifade etmeyecekti. İşte bu konuda bildiklerimiz, daha doğrusu bildiğimizi düşündüklerimiz. 

Karanlık Madde Nedir Ve Neden Görünmezdir?

Karanlık madde tamamen görünmezdir. Işık veya enerji yaymaz ve bu nedenle geleneksel sensörler ve dedektörler tarafından algılanamaz. Bilim adamları, anlaşılması zor doğasının anahtarının bileşiminde yattığını düşünüyor.

Baryonik madde olarak da adlandırılan görünür madde, protonlar, nötronlar ve elektronlar gibi atom altı parçacıkların kapsayıcı bir adı olan baryonlardan oluşur. Bilim adamları sadece karanlık maddenin neyden oluştuğunu tahmin ediyor. Baryonlardan oluşabilir, ancak baryonik olmayabilir, yani farklı türde parçacıklardan oluşur. 

Çoğu bilim insanı, karanlık maddenin baryonik olmayan maddeden oluştuğunu düşünüyor. Baş aday WIMPS (zayıf etkileşimli büyük parçacıklar), bir protonun kütlesinin on ila yüz katı kadar olduğuna inanılıyor, ancak “normal” madde ile zayıf etkileşimleri onları tespit etmeyi zorlaştırıyor. Nötrinolardan daha ağır ve daha yavaş olan kütlesel varsayımsal parçacıklar olan nötrinolar, henüz fark edilmemiş olsalar da en önde gelen adaylardır. 

Steril nötrinolar başka bir adaydır. Nötrinolar , düzenli madde oluşturmayan parçacıklardır. Güneşten bir nötrino nehri akar , ancak normal madde ile nadiren etkileşime girdiklerinden, Dünya’dan ve sakinlerinden  geçerler .

Bilinen üç tür nötrino vardır; dördüncüsü, steril nötrino, karanlık madde adayı olarak önerildi. Steril nötrino, yalnızca yerçekimi yoluyla düzenli madde ile etkileşime girer .

Michigan State Üniversitesi’nde fizik ve astronomi doçenti olan ve Antarktika’daki IceCube nötrino gözlemevinde ortak çalışan Tyce DeYoung, Space’e verdiği demeçte, “Önemli sorulardan biri, her bir nötrino türüne giren kesirlerde bir model olup olmadığıdır.” .com.

Daha küçük nötr eksen ve yüksüz fotinos – her ikisi de teorik parçacıklar – aynı zamanda karanlık madde için potansiyel yer tutuculardır.

Karanlık madde ile aynı olmayan antimadde diye bir şey de var . Antimadde, esasen görünür madde parçacıklarıyla aynı olan ancak zıt elektrik yüklerine sahip parçacıklardan oluşur. Bu parçacıklara antiprotonlar ve pozitronlar (veya antielektronlar) denir. Antiparçacıklar parçacıklarla karşılaştığında, iki tür maddenin birbirini iptal etmesine yol açan bir patlama meydana gelir. Maddeden oluşan bir evrende yaşadığımız için , etrafta o kadar çok antimadde olmadığı açıktır, aksi takdirde hiçbir şey kalmazdı. Karanlık maddenin aksine, fizikçiler laboratuvarlarında aslında anti-madde üretebilirler. 

Neden Karanlık Maddenin Var Olduğunu Düşünüyoruz?

Ancak karanlık maddeyi göremiyorsak, var olduğunu nasıl bileceğiz? Cevap yerçekimi, maddeden yapılmış cisimlerin kütleleriyle orantılı olarak uyguladıkları kuvvettir. 1920’lerden beri, gökbilimciler, evrenin bizim görebildiğimizden daha fazla madde içermesi gerektiğini varsaydılar, çünkü evrende rol oynayan yerçekimi kuvvetleri, görünür maddenin tek başına açıklayabileceğinden daha güçlü görünüyor.

Yale Üniversitesi’nden araştırmacı Pieter van Dokkum yaptığı açıklamada , “Yıldızların hareketleri size ne kadar önemli olduğunu söyler” dedi . “Meselenin ne şekilde olduğu umurlarında değil, sadece orada olduğunu söylüyorlar.” 

1970’lerde sarmal gökadaları inceleyen gökbilimciler , merkezdeki malzemenin dış kenarlardan daha hızlı hareket ettiğini görmeyi bekliyordu. Bunun yerine, her iki konumdaki yıldızların da aynı hızda hareket ettiğini buldular , bu da galaksilerin görülenden daha fazla kütle içerdiğini gösterdi. 

Eliptik galaksilerdeki gaz çalışmaları da görünür nesnelerde bulunandan daha fazla kütleye ihtiyaç olduğunu gösterdi. Galaksi kümeleri, içerdikleri tek kütle geleneksel astronomik ölçümlerle görülebilen kütle olsaydı, uçup giderdi.

Farklı galaksiler farklı miktarlarda karanlık madde içeriyor gibi görünüyor. 2016 yılında Van Dokkum liderliğindeki bir ekip , neredeyse tamamen karanlık maddeden oluşmuş gibi görünen Dragonfly 44 adlı bir galaksi buldu. Öte yandan, 2018’den beri gökbilimciler, karanlık maddeden tamamen  yoksun görünen birkaç galaksi keşfettiler.

Yerçekimi kuvveti sadece galaksilerdeki yıldızların yörüngelerini değil, aynı zamanda ışığın yörüngesini de etkiler. Ünlü fizikçi Albert Einstein, 20. yüzyılın başlarında, evrendeki büyük kütleli nesnelerin, yerçekimi kuvveti nedeniyle ışığı büküp çarpıttığını gösterdi. Bu fenomene yerçekimi merceklenmesi denir . Gökbilimciler, ışığın galaksi kümeleri tarafından nasıl bozulduğunu inceleyerek, evrendeki karanlık madde haritasını oluşturmayı başardılar.

Bugün astronomik topluluğun büyük bir çoğunluğu karanlık maddenin var olduğunu kabul ediyor. 

Gran Sasso, “Birkaç astronomik ölçüm, karanlık maddenin varlığını doğruladı ve son derece hassas dedektörlerde sıradan madde ile doğrudan karanlık madde parçacık etkileşimlerini gözlemlemek için dünya çapında bir çabaya yol açtı, bu da varlığını doğrulayacak ve özelliklerine ışık tutacak” dedi. İtalya’daki Ulusal Laboratuvar (LNGS) yaptığı açıklamada . “Ancak, bu etkileşimler o kadar zayıf ki, bu noktaya kadar doğrudan algılamadan kaçtılar ve bilim adamlarını giderek daha hassas dedektörler oluşturmaya zorladılar.”

Karanlık maddenin varlığına işaret eden tüm kanıtlara rağmen, böyle bir şeyin olmaması ve güneş sistemindeki nesnelerin hareketini tanımlayan yerçekimi yasalarının revizyon gerektirmesi olasılığı da vardır.

Karanlık madde, fiberlerin kesiştiği düğümlerde oluşan galaksi kümeleriyle, ağ benzeri bir düzende kozmosa yayılıyor gibi görünüyor. 
Araştırmacılar, yerçekiminin güneş sistemimizin hem içinde hem de dışında aynı şekilde hareket ettiğini doğrulayarak, karanlık madde ve karanlık enerjinin varlığına dair ek kanıtlar sağlıyor.  (Resim kredisi: WGBH)

Karanlık Madde Nereden Geliyor?

Karanlık madde, fiberlerin kesiştiği düğümlerde oluşan galaksi kümeleriyle birlikte, ağ benzeri bir düzende kozmosa yayılmış gibi görünüyor. Araştırmacılar, yerçekiminin güneş sistemimizin hem içinde hem de dışında aynı şekilde hareket ettiğini doğrulayarak, karanlık maddenin varlığına dair ek kanıtlar sağlıyor. (İşler daha da karmaşıktır, çünkü karanlık maddeye ek olarak , yerçekimine karşı hareket eden evrenin genişlemesinden sorumlu görünmez bir güç olan karanlık enerji de vardır.)

Ama karanlık madde nereden geliyor? Açık cevap, bilmediğimizdir. Ama birkaç teori var. The Astrophysical Journal’da Aralık 2021’de yayınlanan bir araştırma , karanlık maddenin kara deliklerde yoğunlaşmış olabileceğini , yerçekimlerinin aşırı kuvveti nedeniyle çevrelerindeki her şeyi yutan hiçbir şeye giden güçlü kapılar olduğunu savunuyor. Bu nedenle, bugün gördüğümüz şekliyle evrenin diğer tüm kurucu unsurlarıyla birlikte  Büyük Patlama’da karanlık madde yaratılmış olurdu .

Beyaz cüceler ve nötron yıldızları gibi yıldız kalıntılarının da yüksek miktarda karanlık madde içerdiği ve çekirdeklerinde nükleer füzyonu başlatmak için yeterli malzeme biriktirmeyen kendi cüceleri olarak adlandırılan başarısız yıldızlar olduğu düşünülmektedir . . 

Bir galaksinin merkezindeki karanlık madde(İmaj kredisi: Mattia Di Mauro (ESO/Fermi-Lat))

Bilim İnsanları Karanlık Maddeyi Nasıl İnceler?

Karanlık maddeyi göremediğimize göre, onu gerçekten inceleyebilir miyiz? Bu gizemli şey hakkında daha fazla şey öğrenmek için iki yaklaşım var. Gökbilimciler, evrendeki maddelerin kümelenmesine ve nesnelerin hareketine bakarak evrendeki karanlık maddenin dağılımını inceler. Parçacık fizikçileri ise karanlık maddeyi oluşturan temel parçacıkları tespit etme arayışındalar. 

Alfa Manyetik Spektrometresi (AMS) adı verilen Uluslararası Uzay İstasyonuna monte edilen bir deney , kozmik ışınlardaki antimaddeyi tespit ediyor. 2011’den bu yana, 100 milyardan fazla kozmik ışın tarafından vuruldu ve evreni kat eden parçacıkların bileşimine dair büyüleyici bilgiler sağladı. 

AMS baş bilim adamı ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden Nobel ödüllü Samuel Ting, Space.com’a verdiği demeçte, “Pozitron fazlalığını [bir elektronun antimadde karşılığı] ölçtük ve bu fazlalık karanlık maddeden gelebilir.” “Ancak şu anda, bazı garip astrofizik kaynaklarından değil, karanlık maddeden geldiğinden emin olmak için hala daha fazla veriye ihtiyacımız var. Bu, birkaç yıl daha çalışmamızı gerektirecek.”

Dünya’ya döndüğümüzde, İtalya’da bir dağın altında, LNGS’nin XENON1T’si , WIMP’ler ksenon atomlarıyla çarpıştıktan sonra etkileşim belirtileri arıyor. 

Columbia Üniversitesi’nde profesör olan proje sözcüsü Elena Aprile yaptığı açıklamada , “Dünyadaki ultra düşük arka planlı devasa dedektörlerle karanlık maddeyi tespit etme yarışında yeni bir aşama XENON1T ile yeni başladı” dedi . “Türünün ilk örneği olan bu muhteşem dedektörle yarışın ön saflarında yer almaktan gurur duyuyoruz.”

Güney Dakota’da bir altın madeninde bulunan Büyük Yeraltı Xenon karanlık madde deneyi (LUX), aynı zamanda WIMP ve ksenon etkileşimlerinin işaretlerini arıyor. Ama şimdiye kadar, alet gizemli meseleyi ortaya çıkarmadı.

“Olumlu bir sinyal memnuniyetle karşılansa da, doğa o kadar nazik değildi!” University College London’da fizikçi ve LUX konusunda işbirlikçi olan Cham Ghag yaptığı açıklamada. “Yine de boş bir sonuç, daha önce var olan herhangi bir şeyin ötesinde hangi karanlık maddenin olabileceğine dair modelleri kısıtlayarak alanın manzarasını değiştirdiği için önemlidir.”

Antarktika’nın donmuş yüzeyinin altına gömülü bir deney olan IceCube Nötrino Gözlemevi, varsayımsal steril nötrinoları avlıyor. Steril nötrinolar, yalnızca yerçekimi yoluyla normal madde ile etkileşime girer ve bu da onu karanlık madde için güçlü bir aday yapar.

Zor karanlık madde parçacıklarını tespit etmeyi amaçlayan deneyler , İsviçre’deki Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü’nün (CERN) güçlü parçacık çarpıştırıcılarında da yürütülüyor .

Dünya yörüngesinde dönen birkaç teleskop, karanlık maddenin etkilerini araştırıyor. Avrupa Uzay Ajansı’nın 2013 yılında emekliye ayrılan Planck uzay aracı , kozmik mikrodalga arka planın dağılımını haritalayan Lagrange Noktası 2’de (güneşin etrafındaki yörüngede bir uzay aracının Dünya’ya göre sabit bir konumunu koruduğu bir nokta) dört yıl geçirdi. , evrendeki Big Bang’den bir kalıntı. Bu mikrodalga arka planının dağılımındaki düzensizlikler, karanlık maddenin dağılımı hakkında ipuçları verdi . 

2014 yılında, NASA’nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu , galaksimizin kalbi Samanyolu’nun gama ışını ışığında haritalar çıkararak, çekirdeğinden yayılan aşırı gama ışını emisyonlarını ortaya çıkardı.

Illinois, Fermilab’da astrofizikçi olan baş yazar Dan Hooper, Space.com’a verdiği demeçte, “Bulduğumuz sinyal şu ​​anda önerilen alternatiflerle açıklanamıyor ve çok basit karanlık madde modellerinin tahminleriyle yakın bir uyum içinde” dedi.

Araştırmacılar, fazlalığın 31 ila 40 milyar elektron volt arasında bir kütleye sahip karanlık madde parçacıklarının yok edilmesiyle açıklanabileceğini söyledi. Sonuç tek başına karanlık madde için dumanı tüten bir silah olarak kabul edilmek için yeterli değil. Yorumu doğrulamak için diğer gözlem projelerinden veya doğrudan tespit deneylerinden ek veriler gerekecektir.

30 yıllık geliştirme sürecinin ardından 25 Aralık 2021’de fırlatılan James Webb Uzay Teleskobu’nun da bulunması zor maddenin avına katkıda bulunması bekleniyor. Yüzyılın teleskobu, zamanın başlangıcını görebilen kızılötesi gözleri ile karanlık maddeyi doğrudan göremeyecek, ancak evrenin en erken evrelerinden beri galaksilerin evrimini gözlemleyerek içgörü sağlaması bekleniyor. bu daha önce mümkün değildi.  

Karanlık madde hakkında daha fazla bilgiyi , evren anlayışımızdaki boşlukları dolduracak parçacıkları keşfetmek amacıyla son teknoloji parçacık çarpıştırıcılarında yüksek enerjili deneyler yürüten ABD Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nın (Fermilab) web sitesinde okuyabilirsiniz. Dünyanın en büyük parçacık fiziği laboratuvarı olan Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü (CERN ) de kayıp karanlık madde parçacıklarını bulma arayışında. NASA, bu makalede karanlık madde ve karanlık enerji arasındaki farkı tartışıyor.

Bize Katılın!
Yeni yazılarımızdan, etkinliklerden ve her şeyden ilk siz haberdar olun.