Evinizdeki eşyalar, ağaçlar, dünya, yıldızlar ve galaksiler bilinen evrenin sadece %4,9 kadarını oluşturuyor. Peki ya kalanı?
Planck uydusu ölçümlerine göre evrenin %68,3’ü karanlık enerji ve %26,8’I karanlık maddeden oluşuyor. “Karanlık” dememizin sebebi, gerçekten karanlık olduklarından değil, henüz tanımlayamıyor oluşumuzdan kaynaklanıyor. Neye benzediklerini, nasıl etkileşime girdiklerini bilmiyoruz. Karanlık madde için son yıllarda üzerinde ciddi çalışmalar yapılsa da karanlık enerji hâlâ gizemini koruyor. O halde var olduğunu nereden biliyoruz?
Karanlık Madde Nedir?
Karanlık madde, gözlemlenebilir maddelerle etkileşmeyen ve sadece kütleçekim etkileriyle tespit edilebilen bir madde türüdür. Elektromanyetik kuvvetle etkileşmediğinden, onu tespit etmek oldukça zordur. Işığı yaymaz, emmez veya yansıtmaz. Karanlık maddenin yapısı hakkında birçok teori vardır. Çoğu fizikçi karanlık maddenin “zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacık” (kısaca WIMP) olduğunu ve sıradan maddelerle etkileşimde zayıf olduğunu düşünüyor. Bu doğru olabilir çünkü yapılan çalışmalarda henüz doğrudan sıradan maddeyle etkileşime geçtiği gözlemlenmemiştir. Yine de biraz kütlesi olması gerekiyor, çünkü varlığı yerçekimi kuvvetiyle belli oluyor.
Karanlık Maddenin Keşfi
İlk kez 1930’larda İsviçreli astronom Fritz Zwicky tarafından gözlemlenmiştir. Zwicky, galaksilerin küme hareketlerini incelediğinde, galaksi kümelerinin görünenden çok daha hızlı hareket ettiğini fark etti. Bildiğimiz üzere, eğer çok hızlı bir şekilde dolanma hareketi yaparsanız, hissedeceğiniz merkezkaç etkisi de o kadar fazla olacaktır. Öyle ki, bu etki sebebiyle dışarıya doğru savrularak sistemi terk edebilirsiniz. Zwicky daha sonra, Virial Kuramı’nı kullanarak kümenin toplam kütlesini hesapladı. Çünkü sistem ne çökmeyip ne de dağılmıyorsa, merkezkaç ile kütleçekim dengede olmalıdır.
Zwicky, yaptığı hesap sonucunda galaksi kümesinin kütlesini beklenen değerden 400 kat fazla ölçtü. Aslında günümüzdeki daha iyi ölçümler sayesinde biliyoruz ki, Zwicky’nin bulduğu 400 kat değeri gerçekte olandan biraz fazlaydı. Ancak günümüzdeki değeri, yine de orada 50 kat fazla materyal olduğuna işaret etmektedir. Böyle bir sonuçta ilk akla gelen, orada gözlemlenemeyen bir madde olduğudur.
Zwicky’nin yaptığı küme elemanlarının hareket gözlemlerinden sonra, Horace Babcock 1939 yılında Andromeda Galaksisi’nin dönme eğrisi üzerinde ilginç bir durum fark etti. Babcock, Andromeda’nın dış bölgelerinin oldukça hızlı döndüğünü gördü. Andromeda, dağılıp parçalanmadığına göre, dış bölgelerin bu kadar hızlı dönerek galaksinin tek bir parça olarak kalması durumu, ancak orada onu tutan fazladan kütleçekim kuvveti varsa mümkündür. Bu da, orada görülemeyen karanlık bir maddenin olabileceği fikrini desteklemektedir.
Yıllar sonra Vera Rubin ve Kent Ford da galaksilerin dönüş hızlarını inceledi ve merkeze yakın yıldızlara göre kenar bölgedeki yıldızların daha hızlı döndüğünü gördüler.
Karanlık Enerji Nedir?
Karanlık enerji, evreni yüksek düzeyde etkileyen, karanlık maddeden bile daha az bilgiye sahip olduğumuz, henüz doğası çözülememiş bir enerji formudur.
20. Yüzyılda evrenin genişlediği öğrenildi. Genişlemenin ya sonsuza kadar süreceği ya da evrenin yeterli kütlesi varsa en sonunda genişlemenin tersine dönüp büyük çökmeye neden olabileceği düşünüldü. Fakat 21. Yüzyılda kozmolojide önemli bir şey fark edildi. Evrenin genişlemesi günümüzde milyarlarca yıl öncesine göre daha da artmıştı. Genişleme hızına etki eden ne olabilirdi?
Karanlık Enerjinin Keşfi
Kozmologlar için şok edici keşif, 1998’de Tip 1A süpernova araştırması sırasında yapıldı. Tip 1A süpernovalar, her zaman aynı miktarda ışık verdikleri ve bu sebeple kozmostaki mesafe hesaplamalarında kullanılabildikleri için dev yıldızların devasa patlamaları oldukça faydalıdır. 1998’deki araştırmanın amacı, evrenin genişleme hızını ölçebilmek için Tip 1A süpernovanın mesafesini kullanmaktı. Araştırma sonucunda patlayan süpernovaların olması gerekenden daha uzak olduğu gözlemlendi.
Bunun anlamı, evrenin olması gerekenden daha hızlı genişlediğiydi. Bu keşif astronomi alanında şüpheyle karşılandı, ancak farklı grupların yaptığı çalışmalar yine aynı sonucu verdi. Ama işin asıl tuhaf yanı, evrenin genişlemesi en başından tam da beklendiği gibi Büyük Patlama’dan 7-8 milyar yıl sonrasına kadar yavaşlıyordu. Ancak sonrasında, bilinmeyen nedenlerle gizemli bir “anti-kütle çekim” kuvveti ortaya çıktı.
Evren genişledikçe maddenin yoğunluğu azalır. (Çünkü kitle değişmeksizin hacim artar). Hacim arttıkça radyasyonun yoğunluğu azalır. Ancak karanlık enerjinin yoğunluğu her zaman sabittir. Radyasyonun ve maddenin yoğunluğu karanlık enerjinin yoğunluğunun altına düşerek, evrende ivmeli bir genişlemeye neden olmaktadır.
Sonuç olarak karanlık enerji ve karanlık madde, evrenin büyük bir kısmını oluşturur ve bu iki bileşenin anlaşılması, evrenin dinamikleri ve geleceği hakkında temel bilgiler sağlar. Karanlık enerji, evrenin genişlemesinin hızlanmasını ve gelecekteki evrimini etkilerken; karanlık madde, galaksilerin ve galaksi kümelerinin yapısını belirler. Her iki bileşen de evrenin temel doğasını anlamak için önemli fırsatlar sunar. Karanlık enerji ve karanlık madde hala evrenin en büyük gizemlerinden olma ünvanını korumakta.
Recep GÜVERCİN
