Karanlık Madde ve Karanlık Enerji Nedir ?

Karanlık Madde ve Karanlık Enerji Nedir ?

sola ok  Uzay

26.05.2016

842 Gösterim

TSK Mehmetçik Vakfı
TSK Mehmetçik Vakfı
TSK Mehmetçik Vakfı

Karanlık Madde ve Karanlık Enerji Nedir ?


Evrende bulunan galaksilerin toplam 100 ile 300 milyar arasında olduğu düşünülür. Ancak bu büyük bir yanılgıdır. Çünkü yapılan bu tahmin, bizim bulunduğumuz Samanyolu galaksisi ve Andromeda galaksisi gibi devasa boyuttaki galaksilerin sayısıdır. Cüce galaksi diye nitelendirilen galaksiler de bu sayının içerisine eklenecek olursa 7 ile 9 trilyon arası galaksi olduğu düşünülmektedir. Bu trilyonlarca galaksi, içlerinde trilyonlarca yıldız barındırmaktadır. Bunca galaksi ve yıldız arasında bulunan karanlık nedir ?

Evren, Uzay

Trilyonlarca galaksi ve yıldız tüm evrenin sadece %5'ini oluşturmaktadır. Evrenin genişlemesini sağladığı düşünülen karanlık enerji %75'ini, karanlık madde ise %20'sini oluşturmaktadır. Yaklaşık 13.8 milyar yıl önce oluşmuş olan Evren'de bulunan tüm galaksileri ve galaksilerde bulunan tüm gökcisimlerini oluşturan ve bir arada tutan şey ise karanlık maddedir. Çünkü galaksiler ve gök cisimleri, karanlık madde olmasaydı, etrafa dağılmaları ve oluşmamaları gerekmekteydi. Yani kısaca oluşan tüm gök cisimlerinin dağılmasını engelleyen ve etrafını saran maddeye karanlık madde denmektedir.

Karanlık Madde

Kara madde ışığı yaymaz ve ışığı yansıtmayan bir yapıya sahiptir. Ancak burada dikkat edilmesi gereken bir husus vardır. Galaksileri bir arada tutan kara maddedir. Ancak galaksilerin dışına çıkıldığında ise önümüze kara enerji gelmektedir.

Karanlık madde kavramı ilk önce 1932 yılında Jan Hendrik Oort tarafından, daha sonra 1933 yılında astrofizikçi Fritz Zwicky tarafından ortaya atılmıştır. Fakat hiçbir kurum ya da kuruluş tarafından ciddiye alınmamış ve üzerinde de araştırmalar yapılmamıştır. Kara maddenin ilk kabullenilmesi, 150 milyon yıl önce gerçekleşmiş, iki galaksinin birbirleriyle çarpışmasına dair yapılan gözlem sonucunda olmuştur. Bu gözlem karanlık maddenin varlığına dair bir somut kanıt ortaya koymaktadır. Galaksilerin çarpışması sırasında ortaya çıkan sıcak gazlar arasında bir etkileşim olmuş ve bu etkileşim sonucunda gazlar merkeze yaklaşmıştır. Gazlar merkeze yaklaşırken galaksileri meydana getiren gök cisimleri ise etkileşime girmemiş ve merkezden uzak kalmışlardır. Kısacası bu gök cisimlerini saran bir maddenin olduğunu ve cisimleri bulunduğu yerde tuttuğu somut olarak anlaşılmıştır.

Uzay, Space

Bu gizemli, hakkında çok şey bilinmeyen karanlık maddenin varlığı nereden bilinmektedir ? Gökbilimciler, Evren'de bulunan tüm galaksileri bir arada tutan görünmeyen bir maddenin olduğu hipotezini ortaya koymaktadırlar. Kara madde denilen bu madde, aynı bir yapıştırıcı gibi Evren'i bir arada tutmaktadır. Karanlık maddenin varlığını bizlere işaret eden birçok gözlemsel veri bulunmaktadır. Bunlardan ilki galaksilerin içinde bulunan gök cisimlerinden merkeze yakın olanlarının dönme hızlarının merkeze uzaklıklarına bağlı olarak değişiklik göstermesidir. Mesela Samanyolu galaksisi 100.000 ışık yılı genişliğinde, bir disk şeklinde olan galaksidir. Bu disk içerisinde bulunan yıldızların hepsi, galaksinin merkezinde yörüngede oturmuşlardır. Bildiğimiz fizik kanunlarına göre galaksinin merkezine yakın olan yıldızlar, merkeze uzak olan yıldızlara nazaran daha hızlı dönmeleri gerekmektedir. Ancak astronomlar, galaksideki yıldızlar incelediklerinde bu olayın bu şekilde olmadığını, merkeze en yakın olan yıldızların, merkeze en uzak olan yıldızlarla aynı hızda döndüklerini tespit etmişlerdir. Bu durum galaksi dışında bir şeylerin yıldızları çektiğini göstermektedir. İşte çekim gücü olan bu madde kara maddedir.

Dark Matter

Karanlık maddenin varlığına dair ortaya atılan başka bir hipotez ise ışığın uzayda bükülmesiyle ilgili olanıdır. Genel görelilik kuramı, Evren'de bulunan kütlelerin uzayı büktüğünü söylemektedir. Işığın, uzayın bu bükülmesinden etkilenmesi sonucunda, bazı gök cisimlerinin olduğundan daha büyük görünmesine neden olur. Bu duruma kütle çekimsel mercekleme denilmektedir. Yüksek yoğunlukta karanlık maddeye sahip olan gök cisimleri yanlarından geçen ışığı bükerler. Işığın bükülmesi sırasında orada kütle çekimle etkileşen bir şeyin olduğu anlaşılmaktadır. Bu durum kara maddenin varlığını ortaya koymaktadır.

Evren'in %75'ini kaplayan kara enerji, %20'sini kaplayan kara madde ile arasındaki fark nedir ? Karanlık enerji ve karanlık madde, isimlerinin benzerliğinden dolayı birbirleriyle karıştırılmaktadır. Ancak evrensel boyutta birbirleri ile bağlantısı olsa da, etkileri birbirinden çok farklıdır. Karanlık madde çekerken karanlık enerji iter. Yani karanlık madde içe doğru bir çekim kuvveti uygularken karanlık enerji dışa doğru bir itiş kuvveti uygular. Ayrıca karanlık madde etkisini sadece galaksilerde gösterirken karanlık enerji tüm evrende etkisini göstermektedir.

Karanlık madde az da olsa anlaşılabilmekte ve son zamanlarda gözlemlenebilmektedir. Fakat karanlık enerji tam bir gizemdir. Hatta karanlık enerji için uzayın bir özelliği denilmektedir. Karanlık enerjiyi uzayın kendisi bile üretiyor olabilir. Karanlık madde ve karanlık enerjinin tek bir ortak yönü vardır. Bu da ikisinin de büyük patlama esnasında oluşmuş olmalarıdır. Karanlık enerji büyük bir bilinmeyen olarak gizemini sürdürmektedir.

Büyük Patlama

Karanlık madde hakkında yapılan araştırmalarda karanlık maddenin türleri olduğu düşünülmektedir. Sıcak karanlık madde ve soğuk karanlık madde olarak ikiye ayrılmıştır. Galaksileri birbirine bağlayan, çok uzun mesafelerde etkili olduğu düşünülen maddenin sıcak karanlık madde olduğu düşünülmektedir. Galaksileri oluşturan ve galaksilerin içerisinde daha etkin olanına ise soğuk karanlık madde adı verilmektedir.

(Yazının buraya kadar olan kısmı karanlık madde hakkında genel bilgiler içermektedir. Aşağıdaki çerçeve içine alınan kısımda, karanlık madde hakkında detaylı bilgilre yer verilmiştir.)

Yapılan çalışmalar sonucunda karanlık maddenin ne olduğuna dair birçok aday bulunmaktadır. Bu adaylar aşağıda açıklanmıştır.

WIMP : WIMP bir kısaltmadır. Açılımı ise "Weakly Interactive Massive Particles" yani "Zayıf Etkileşimli Büyük Kütleli Parçacık" demektir. WIMP'ler bilim adamlarının ön gördüğü karanlık madde türlerinden birini ve en önemlisini oluşturmaktadır. Bilinen birçok parçacıktan daha büyük olan bu parçacıkların, elektrik yükü bilinen maddeyle aynıdır. Ama dönme yönleri farklıdır. Çok yüksek enerji düzeyine sahip olduklarından dolayı ve insanların bu denli büyük enerji yüzeyine ulaşamadığı için üzerilerinde fazla deneyler yapılamamaktadır. Bilim adamları ve araştırmacılar hem uzayda hem de yer yüzünde yürütülen deneylerde WIMP'leri ilk bulmak adına birçok araştırma yapmaktadırlar. Araştırmalardan biri WIMP'leri bulamazsa diğeri bulur mantığı yürütülmektedir.

Sterile Neutrinos : Neutrinos'lar kendi türleri arasında değişim yapabilen kütlesiz parçacıklardır. Örnek vermek gerekirse, Dünya büyüklüğünde bir Neutrinos olsa Evren'in bir ucundan diğer ucuna yolculuk yapsa, hiçbir çarpışma yaşamadan bu yolculuğu tamamlayabilir. Taşıdıkları özellikler nedeniyle çok gariplerdir. Neutrinos'ların daha garip olan eşleri bulunmaktadır. İşte bu eşlerine Sterile Neutrinos adı verilmektedir. Son derece zor yakalanan bu parçacıklar, çevresinde bulunan diğer maddelere karşı o kadar tepkisizdirler ki, başka bir madde ile etkileşime geçmesi, Evren'in yaşından çok daha uzun yıllar alabilir. Eğer düşünüldüğü üzere Sterile Neutrinos'lar karanlık madde ise o zaman karanlık maddeyi bulma yolunda ilerlemek çok zor olacaktır.

Neutralinos : Neutralinos'lar süpersimetri kuramından doğmuşlardır. Bu kuram, bilinen bir parçacığın, süper benzer bir eşi olduğunu öne sürer ve araştırmalardaki bazı boşlukları doldurması amaçlanır. Her ne kadar böyle bir süper eş kuramı ortaya atılıp, bazı anlaşılamayan boşuklar doldurulmaya çalışılmış olsa da, bugüne kadar gözlemlenememiştir.

Foton ya da Z bozonunun eşleri karanlık maddeye çok büyük benzerlik göstermektedirler ve birçok ortak özelliklerde barındırmaktadırlar. Karanlık madde, foton ve Z bozonu parçacıklarının eşleri diye tabir edilen süpersimetri parçacıklarının karışımı olabilir. Bu süüpersimetri parçacıklarından gözlemleme ihtimalinin en yüksek olduğu parçacık ise Neutralinos'lardır. Eğer bir gün Neutralinos'un karanlık madde olduğu anlaşılırsa, o zaman fizikteki iki büyük sorun çözülmüş olacaktır. Bunlardan biri karanlık maddenin kimliği, diğeri ise süpersimetri parçacıklarının doğruluğudur.

Asymmetric Dark Matter (Asimetrik Karanlık Madde) : Evren'in oluşması sırasında ortaya çıkan madde ve anti madde, birbirleriyle şiddetli şekilde çarpışarak birbirlerini aniden yok etmekteydi. Ancak bu birbirlerini yok etme savaşındaki düzen bozularak, maddeler anti maddeleri yok etmeye başladı ve geriye sadece madde kaldı. Bu madde ve anti madde arasındaki yok etme durumu, karanlık madde ve anti karanlık arasında da yaşanmış olabilir. Yaşanan bu yok etme durumunda, karanlık madde, anti karanlık maddeyi yok ederek sadece kendisinin kalmasını sağlamıştır diye düşünülmektedir. Anti karanlık madde nereden çıktı ? Biraz önce bahsettiğm süpersimetri kuramına göre her parçanın bir eşi olması gerektiğinden dolayı ortaya çıkmıştır.

Axion : İlk sırada bahsedilen WIMP aramaları sonuç vermeyince Axion adı verilen bir kuramsal parçacık adı öne sürülmüştür. Axion yeni bulunmuş bir parçacık değildir. Fizikçiler onun varlığını 1980'lerde keşfetmiştir. Adını bir deterjan markasından almıştır. Bunun nedeni de, güçlü yük patrite sorununu temizlemesinden dolayıdır. Araştırmacılar üzerinde çok detaylı araştırmalar yapmakta ve Axion'ları algılanabilir fotonlara dönüştürmeye çalışmaktadırlar. Belki de kara madde denilen olay 1980'lerde keşfedilen Axion'lardan oluşmaktadırlar.

World Dark Matter (Ayna Dünya Karanlık Maddesi) kuramı : Ayna Dünya Karanlık Maddesi kuramı, "Alice Harikalar Diyarında" adlı kitapta, kitabın baş kahramanı Alice'in aynanın içine girdiğine karşılaştığı garip varlıklar ve yaratıklar olayından esinlenmiştir. Çünkü karanlık madde, belki de Evren'in dışında başka bir Evren'de var olmaktadır. Yani diğer Evren'in kendine ait temel parçacıkları olabilir. Bizim Evren'imize ait olmayan protonlar ve nötronlar bizimle asla etkileşemeyebilir. Tabii ki kütle çekim haricinde. Hiçbir iz bırakmıyor ve bizim Evren'imizde bulunan maddelere çekim uyguluyor olabilirler. Sonuç olarak zaten bizde sadece kütle çekim haricinde bir şey görememekteyiz. Bizi birçok değişi sorulara taşıyan bu kuram ortaya atılmıştır ve üzerinde birçok çalışmalar yapılmaya devam etmektedir.

Extra Dimensional Dark Matter (Ek Boyutsal Karanlık Madde) kuramı : Eğer karanlık madde biraz önce bahsettiğim gibi başka bir Evren'in parçaları değilse o zaman bizim algılayamadığımız başka bir boyutta varlığını sürdürüyor olabilir denilmektedir. Kara maddeyi eğer bu boyut farklılığından dolayı göremiyorsak o halde bu farklı boyutun çok farklı olması gerekmektedir. 3. boyutta olan bizler, farklı boyutlarda olan hareketleri farkedemeyiz. Ancak farklı kütleli parçacıkları algılama şansımız olur. Bu düşünceye de "Kaluza Klein" karanlık maddesi denilmektedir.

SIMP : Bugüne kadar araştırmacılar karanlık maddeyi oluşturan parçacıkları algılayamamış olsa da, Evren'de karanlık maddeden ne kadar olduğuna dair iyi bir fikirleri bulunmaktadır. Karanlık maddenin Evren'de ne kadar bulunduğuna dair olan yüzdesel bulgulara sahip olmalarının tek nedeni ise yapmış oldukları galaksi gözlemlerine dayanmaktadır. Fakat galaksilerin merkezlerine yakın yerlerde yapılan gözlemler vazı karanlık madde simülasyonuna uymamaktadır. Bu uyumsuzluk nedeninin karanalık madde parçacıklarının birbirleriyle çoğu kez etkileşmediği varsayımından kaynaklanmaktadır. Bu uyuşmazlığı çözmek adına simülasyonlara SIMP adı verilen bir kavram eklenmektedir. SIMP denilen bu kavram simülasyona eklendiğinde tüm sorunlar çözülmektedir. SIMP kuvvetli büyük parçacıklar etkileşimi demektir. Yani etkileşime girmemiş parçacıkların, etkileşime girmesini sağlayan bir maddedir.

Composite Dark Matter (Birleşik Karanlık Madde) kuramı : Belki de biraz önce saydığım bu karanlık madde adaylarından hiçbiri karanlık madde değildir. Ya da birden fazlası karanlık maddedir. Görüntülenebilen maddenin her biri, özellikleri ve davranışları başka olan farklı parçacıklardan oluşmaktadır. Üstelik birbirleri ile sayısız ve değişik şekilde birleşebilmektedirler.

Bilim adamları karanlık madde hakkında araştırma yaptıkça ve bu araştırmalar ilerledikçe, evrensel boyutta birçok yeni gizem ve bilinmez çıkmaktadır. Bilim adamları tarafından ortaya birçok kuram ve parçacık adayı sunulmuştur. Peki ya kara madde denen bir şey yoksa ? Karanlık madde yok demek gerçekten çok zordur. Eğer gerçekten yoksa o halde galaksilerin nasıl meydana geldiğini açıklamak için fizik bilimini baştan aşağı değiştirmek veya geliştirmek gerekmektedir.


26.05.2016

Konu hakkında soru sorabilir veya yorumda bulunabilirsiniz.

İsim
Web Site
E-Posta
Mesaj

Yorumlar (7)

  1. Erkan

    O zaman bu enerji bir nevi neredeyse sonsuz evreni saran bir küre gibi.

  2. Taci Taşcıoğlu

    Çok geniş kapsamlı bir konu bence, hâlâ bilinmeyen çok şeyler var.

  3. Ercan

    Böylesi devasa bir evrende, yaşadığımız gezegen Dünya bir nokta gibi kalır herhalde. Karanlık maddeyi daha önce duymamıştım ilgimi çekti.

  4. Mümin Özata

    Karanlık madde gelecek 100 yılın enerji kaynağı olacak gibi duruyor. Teknoloji dar boğazının aşılmasını sağlıyor.

  5. İhsan Memişler

    Bu evreni anlamak cidden çok zor. Mesafeler bu kadar uzak olmasına rağmen sanki çok yakınlar.

  6. Sefacan Kızıl

    Uzay bilimleri hep ilgimi çekmiştir çok güzel bilgiler vermişsiniz sağ olun.

  7. Alper

    Karanlık madde ve karanlık enerjinin ne demek olduğunu tabii ki herkes bilmez. Bu fizik ve bilime kaçtığı için önemli konudur. Aslında insanların bilgi sahibi olması gerekir.