Karanlık Madde Nedir? - Bilgili.CO
Anasayfa / Bilim & Teknoloji / Karanlık Madde Nedir?
Evrende, görebildiğimiz üzerindeki kütleçekimsel etkisi haricinde belirlenemeyen, görünmez bir madde mevcuttur. Buna karanlık madde denir. Görülemeyen bir şeyin nasıl bu kadar etkili olduğunu anlamak için öncelikle bildiğimiz maddeden bahsedelim.
Evrendeki bütün cisimler atom adı verilen küçük madde parçacıklarından oluşur. Bu atomlar hidrojen, helyum, karbon, nitrojen, oksijen, silikon ve bunlar gibi kimyasal elementlerdir. Enerjiyle birlikte bir araya gelerek gözlemlediğimiz evreni oluştururlar.
Evreni Bir Arada Tutmak
Atomları bir arada tutan şey nedir? “Kuvvet’tir. Atom ve atom altı düzleminde atomlar güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet adı verilen iki etkileşim tarafından yönetilirler.
Güçlü nükleer kuvvet, atomun çekirdeğini oluşturan parçalar yani kendileri de kuark adında daha küçük parçacıklardan oluşmuş proton ve nötronlar üzerinde etkilidir. Güçlü nükleer kuvvet, kuarkların birbirini iterek çekirdeği yok etmesine engel olur.
Zayıf nükleer kuvvet, bir kuark türünü diğeriyle değiştirir; bu da Uranyum gibi radyoaktif elementlerin bozunmasına sebep olur. Radyoaktif bozunma gezegenlerin ve uyduların güç kaynağıdır; buna dahil olan elementler de yıldızlar öldüğünde yaratılmıştır.
Zayıf nükleer kuvvet aynı zamanda Güneş‘in ve diğer yıldızların merkezinde meydana gelen nükleer füzyon adındaki süreci de etkinleştirir. Burada, bir elementin atomları kaynaşarak ikinci, daha ağır bir elementi meydana getirirler. Bu süreçte ısı ve ışık yayılır.
Kütleçekim kuvveti, daha uzun mesafelerde ve daha büyük, daha iri cisimler üzerinde etkilidir. Bu evrensel bir kuvvettir ve her yerde aynı şekilde işler. Kozmik tozun en küçük zerreciğinden en geniş galaksi kümesine dek her cismin bir kütlesi vardır. Bir cismin kütlesi diğer cisimleri çeker; bu çekimin gücü, aralarındaki mesafeye bağlıdır. Kütleçekimsel etkileşimler Dünya ile Ay‘ı, Güneş ile gezegenleri, Samanyolu‘ndaki yıldızları ve kümelerle süper kümelerdeki galaksileri birbirine bağlar.
Sözü edilen bütün bu cisimler baryonik madde proton ve nötronlardan oluşmuş madde denen bir kategori altında toplanmışlardır. Bu madde ışınımı ya yansıtır ya da yayar. Buna yıldızlar, gezegenler, galaksiler ve galaksilerin içindeki ve etrafındaki sıcak gaz bulutları; hepimiz dahiliz. Baryonik maddenin tuhaf yanı, görebildiğimiz her şeyi oluşturmasına rağmen evrende var olan tüm maddenin sadece yüzde 16’sını oluşturur. Geri kalan yüzde 84’lük kısım karanlık maddedir.
Peki, nedir bu karanlık madde? Bunu kimse tam olarak bilmiyor. Hatta baryonik maddeyle aynı biçimde hareket edip etmediği bile netlik kazanmış değil.
Muhtemel Karanlık Madde Adayları
Soğuk karanlık madde: oldukça ağır hareket eden, bilinmeyen madde
WIMP: zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacıklar (soğuk karanlık maddeyi açıklayabilir)
Baryonik karanlık madde: kara delikler, nötron yıldızları, kahverengi cüceler
Sıcak karanlık madde: ışık hızına yakın bir süratte hareket eden oldukça hareketli madde
O halde eğer karanlık madde karanlıksa, astronomlar onun varlığını nasıl fark ettiler? Örneğin galaksideki bütün yıldızları, gazı ve tozu alsanız ve galaksinin kütlesini hesaplamak için bu gördüğünüz cisimleri toplasanız galaksi olması gerekenden çok daha büyük çıkar. Bu hesapta akla yatmayan bir şeyler vardır. Bu da, orada göremediğiniz ve kütlesi olan bir şeyler olduğu anlamına gelir.
Astronomlar, pek çok galaksi ve yıldız kümesindeki bu çelişkiyi fark ettiler ve ayrıca bir galaksinin içinde dönen yıldızların süratlerindeki farklılıkları keşfettiler. Bir galakside, yıldızların belli hızlarda dönmeye devam etmesini sağlamaya ve en dıştaki yıldızların da uzaya uçup gitmelerine engel olmaya yetecek miktarda büyük bir kütleçekimi ve dolayısıyla büyük bir kütle olması gerekir. Fakat galaksinin civarındaki yıldızların tahmin edilen süratleri astronomların tahmin ettikleri gibi değildir. Bunlar, galaksinin merkezine daha yakın olan yıldızlardan çok farklı bir hızda hareket ediyor olmalıydılar. Bu da, tespit edilmemiş daha çok kütle (ve bunun sonucunda oluşan kütleçekimi) olduğu ve bu kütlenin yıldızları etkilediği anlamına geliyordu.
Karanlık Madde Nerededir?
2012 yılının başında karanlık madde sorununu araştıran fizikçiler, karanlık madde evreninin bilgisayar modellerini çıkarmak için galaksi dağılım verilerini ve kütleçekimsel ölçümleri kullandı. Bu modeller, bu görünmez maddenin galaksilerden uzayın derinliklerine dek uzandığını ve hatta komşu galaksilerin karanlık maddelerine sürtünme ihtimali olduğunu gösterdi. Bu da her bir galaksinin gerçekten de hem aydınlık (baryonik) maddenin hem de karanlık maddenin bir toplamı olduğu anlamma gelir. Dahası, karanlık maddenin bütün evrene nüfuz eden bir ağ oluşturduğunu gösterir.
Karanlık Madde ve Evren
Karanlık madde, evren boyunca galaksileri ve galaksi kümelerini etkiler. Onun varlığı sayesinde astronomlar, evren genişlemeye devam mı edecek, hareketsiz mi kalacak yoksa belki de küçülecek mi gibi sorulara yanıt bulabilir. Kozmologlar (kozmosun kaynağını ve evrimini araştıran kişiler) eskiden açık evren, kapalı evren ve düz evren modelleri bağlamında düşünürlerdi. Açık evren, genişlemeye devam eden, kapalı evren daralabilen ya da büzüşebilen, düz evren de hareketsiz evren modelidir. Ne çeşit bir evrene sahip olduğumuzu belirlemek için kütle önemli bir rol oynadığından, ne kadar maddeye sahip olduğumuzu bilmek de önemlidir.
Bugün bu tablo daha da karmaşıktır: Evren madde bağlamında düz kabul edilir ancak kozmosun akıbetini anlamada en baskın özellik olan karanlık madde sebebiyle de genişlemeye devam etmektedir. Bu denkleme bir de karanlık enerjiyi eklediğimizde karşımıza şöyle bir sonuç çıkar: Evrenin yüzde 751 karanlık enerji, yüzde 24’ü karanlık madde, yüzde 5’e yakın kısmı da baryonik maddeden oluşmaktadır. Karanlık enerji evrenin genişleme hızını artırmaktadır; bu sebeple bu senaryoda evren sonsuza dek genişlemeye devam etmektedir. Fakat yeni keşfedilen Higgs Bozonu adındaki atom altı parçacığı üzerinde yapılan son çalışmalar, evrenimizin, günümüzden onlarca milyar yıl sonra sonu gelecek sınırlı bir ömrü olabileceğini ileri sürmektedir.
İnsanlar genellikle uzayın boş olduğunu düşünürler. Astronomideki en büyük yanlış anlamalardan biridir bu. Aslında uzayda çok fazla şey vardır. Gaz atomları ve küçük toz zerrecikleri “boşluk” denen yerde süzülürler. Şimdi burada bir de karanlık enerji olduğu ortaya çıkmıştır. Bunu, uzayın malı olan somut bir madde olarak değil de, uzayın kendi enerji kaynağı olarak düşünün. Uzay genişledikçe daha fazla enerji ortaya çıkar. Evrenin genişlemesini tetikle yen şey bu enerjidir. Bu durum, neden astronomların evrenin (içerdiği bütün kütlenin ve içindeki bütün maddelerin kütleçekiminin hesaplanmasına dayanarak) olması gerekenden daha hızlı genişlediği sonucuna ulaştıklarını açıklayabilir.
Satürn’un Ayı Pan’ın Yakın Çekim Fotoğrafları
Yıldız nedir? Yıldız bir gruplama yapılacaksa nasıl gruplanır? Bu devasa cisimler nasıl evrim geçirir gibi …