Karanlık Enerji, Karanlık Madde

1990’lı yılların başlarında, evrenin genişlemesiyle ilgili kesin olarak bilinen bir şey vardı. Genişlemesini durdurup tekrar küçülmesine yetecek kadar yoğun enerjisi olabilirdi. Ya da belki o kadar az enerji yoğunluğu vardı ki genişlemesi hiç sona ermeyecekti. Ama kütleçekiminin zaman geçtikçe genişlemeyi yavaşlatacağı kesindi.

Böyle kabul edilmesine rağmen, yavaşlama gözlemlenememişti ama teorik olarak evrenin yavaşlaması gerekiyordu. Evren madde ile doludur ve kütleçekim kuvveti tüm maddeleri birbirlerine doğru çekmektedir. 1998’e gelindiğinde ise, Hubble Uzay Teleskobu’nun çok uzaklardaki süpernovalarla ilgili gözlemleri, evrenin, çok uzun zaman önce aslında bugün olduğundan çok daha yavaş genişlediğini gösterdi.

Sonuç olarak, evrenin genişlemesi herkesin düşündüğü şekilde kütleçekiminin etkisiyle yavaşlamıyor; aksine daha da hızla genişliyor. Bunu kimse beklemiyordu; kimse bunu nasıl açıklayacağını bilmiyordu. Ancak buna sebep olan bir şey vardı.

Neticede teorisyenler konuya üç çeşit açıklama getirdiler. Bu, Einstein’ın kütleçekimi teorisinin, “kozmolojik sabit”i içeren ve uzun süre önemsenmemiş versiyonu olabilirdi. Belki uzayı dolduran garip bir enerji alanı mevcuttu. Belki de Einstein’ın kütleçekimi teorisinde bir hata vardı ve yeni bir teori bu kozmik genişlemeyi yaratan bir alanı içerebilirdi. Teorisyenler doğru yanıtın ne olduğunu hala bilmiyor, ama çözüme bir isim vermiş durumdalar: Karanlık Enerji.

Karanlık Enerji Nedir?

Bu konuda bilmediklerimiz bilebildiklerimizden çok daha fazla. Varolan karanlık enerjinin miktarını biliyoruz çünkü evrenin genişlemesine olan etkisini biliyoruz. Bunun ötesi ise tamamen bir gizem. Ancak bu oldukça önemli bir gizem. Kabaca evrenin %70’i karanlık enerjidir. Karanlık madde ise %25’ini oluşturmaktadır. Geri kalanı (dünya üzerindeki her şey, bugüne kadar aletlerimizle gözlemleyebildiğimiz her şey, tüm normal madde) evrenin %5’inden daha azını oluşturmaktadır.

Gelin bir düşünün, aslında buna normal madde demek pek de doğru değil, çünkü evrenin yalnızca çok küçük bir kısmını oluşturuyor.

Karanlık enerjinin ne olduğuna ilişkin açıklamalardan ilkine göre karanlık enerji uzayın yapısal bir özelliğidir. Uzay boşluğunun aslında bir boşluk olmadığını ilk fark eden Albert Einstein’dı. Uzayın, çoğu yeni yeni anlaşılmaya başlayan bir çok şaşırtıcı özelliği var. Einstein’ın keşfettiği ilk özellik uzayın daha fazlasının var olabileceği idi. Ardından Einstein’ın kütleçekimine ilişkin teorisinin kozmolojik bir sabiti içeren ve rsiyonu ikinci bir öngörüde bulundu. Bu öngörüye göre “uzay boşluğu”nun kendine ait bir enerjisi vardır. Bu enerji uzaya ait bir özellik olduğu için de uzayın genişlemesine rağmen enerjide azalma olmayacaktır. Sonuç olarak bu enerji evrenin sürekli daha da hızlı genişlemesine sebep olur. Ne yazık ki, neden bir kozmolojik sabite gerek duyulduğunu ve neden tam olarak bu sabit değerin evrenin gözlemlenen genişleme hızına sebep olduğunu kimse anlayabilmiş değil.

Uzayın enerjisini nereden aldığına ilişkin bir başka açıklama da maddenin kuantum teorisinden geldi. Bu teoriye göre, “uzay boşluğu” aslında sürekli var olup yok olan geçici (sanal) parçacıklar ile dopdolu bulunuyor. Ancak fizikçiler bunun uzay boşluğuna ne kadar enerji verdiğini hesaplamayı denediklerinde, buldukları yanıt oldukça hatalıydı. Gerekenin 10120 katı bir sonuç bulundu. Bu arkasından 120 tane sıfır gelen 1 rakamını anlatan bir ifadedir. Cevabı bu kadar kötü ıskalamak gerçekten zor bir iş. Yani gizem hala sürmektedir.

Karanlık enerjiye ilişkin bir başka açıklama da; bunun, evrenin genişlemesinde madde ve normal enerjinin tam tersi bir etkisi olan ve tüm uzayı kaplayan yeni bir tür dinamik enerji alanı olduğudur. Bazı teorisyenler, Yunanlı felsefecilerin beşinci element ismini verdikleri gibi buna “öz cevher” adını verdiler. Ancak bu öz cevher aranan cevap olsa bile, bunun nasıl bir şey olduğunu, neyle etkileşime girdiğini veya neden var olduğunu hala bilmiyoruz. Yani gizem hala sürüyor.

Son bir olasılık ise Einstein’ın kütleçekimi teorisinin doğru olmaması. Böyle bir durum yalnızca evrenin genişlemesini etkilemekle kalmaz aynı zamanda galaksi ve yıldız kümelerindeki normal maddenin davranış biçimini de etkiler. Bu da bize, yapılacak yeni bir kütleçekimi teorisinin, karanlık enerji problemini çözüp çözemeyeceğini gösterir. Ancak yeni bir kütleçekimi teorisine gerek görülse, bu nasıl bir teori olur? Nasıl hem Güneş Sistemi’ndeki kütlelerin hareketini, bugün Einstein’ın teorisinin yapmakta olduğu gibi doğru açıklayabilecek, hem de ihtiyacımız olan farklı bir evren öngörüsünde bulunabilecek? Buna aday teoriler mevcut ancak hiç birisi yeterince ikna edici değil. Yani gizem hala sürüyor.

Karanlık enerjiyi açıklayan olasılıklar (evrene ait bir özellik oluşu, yeni bir dinamik alan oluşu, ya da yeni kütleçekimi teorisi) arasında karar verebilmemiz için daha fazla ve daha iyi verilere ihtiyacımız vardır. Birleşik Karanlık Enerji Görevi (JDEM) halihazırda üzerinde çalışılmakta olan bir NASA görevidir. Amacı; teorisyenlerin, ortaya atılan teoriler arasındaki farkları daha iyi görebilmelerine olanak veren evren gözlemlerini sağlayabilmek ve belki de nihayet gizemin çözülmesine öncülük etmektir.

Karanlık Madde Nedir?

Evrenin teorik oluşum modelini, bir dizi kozmolojik gözleme uygun halde bir araya getiren bilim adamları bu oluşumun %70’nin karanlık enerji, %25’nin karanlık madde, ve %5’nin ise normal bilinen madde olduğu sonucuna ulaştılar.

Karanlık madde nedir?

Karanlık maddenin ne olmadığına ilişkin kesin bilgimiz ne olduğuna ilişkin bilgimizden daha fazladır. İlk olarak, bu yapının “karanlık” olması onun görünen yıldız ve gezegenlerle aynı yapıda olmadığı anlamında kullanılmaktadır.

Gözlemlere göre evrenin %25’inin çok çok daha az bir kısmı görünen maddeden oluşmaktadır.

İkinci olarak, karanlık madde, baryon adlı parçacıklardan meydana gelen karanlık bulut yapısındaki normal maddeden meydana gelmemektedir..

Bunu biliyoruz çünkü baryonik bulutları, içinden geçen radyasyonu emerek tutmalarından dolayı tespit edebiliyoruz.

Üçüncü olarak, karanlık madde anti-madde değildir; çünkü anti-maddenin madde ile yok edilmesi sırasında açığa çıkan benzersiz gama ışınları görünmemektedir. Son olarak, görünen kütleçekimsel bükülme sayılarını temel alarak galaksi büyüklüklerindeki karadelikleri ayırabiliyoruz. Yüksek derecede yoğunlaşmış madde, uzak cisimlerden gelerek yanından geçen ışığı büker, ancak bu cisimlerin öngörülen % 25’lik karanlık maddeyi ortaya çıkardığını öne sürebileceğimiz kadar yeterli sayıda bükülme olayı görmüyoruz.

Ne var ki, bu noktada tutarlı birkaç karanlık madde olasılığı da yok değil.

Baryonik madde, kahverengi cücelerin veya ağır elementlerin küçük, yoğun yığınları içinde bağlı bulunduğu takdirde karanlık maddeyi oluşturabilir.

Bu olasılıklar büyük kütleli yoğun halo cisimleri (MACHOs) olarak bilinmektedir.

Ancak en yaygın görüş karanlık maddenin baryonik olmadığı, bunun yerine axion veya WIMP’ler (zayif etkileşimli büyük kütleli parçacıklar) gibi daha egzotik parçacıklardan meydana geldiği yönündedir.

Kaynak : http://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-is-dark-energy/
Çeviren : Cem Özemre