Kara Madde

Görünmeyen bir evrende yaşadığımızı biliyor muydunuz?

Göremediğimiz evrende Kara Madde var, astronomlar Kara Madde´nin ne olduğunun anlaşılmasıyla, evrenin kaderinin ne olduğunu anlayacaklarını düşünüyorlar,

Vera Rubin

Washington Carnagie Enstitüsü

Dünyasal Manyetizm Bölümü

Scientific American

"Magnificient Cosmos"

Bir an için hayal edin, gecenin birinde rüyanızın ortasında aniden uyanıyorsunuz. Gözleriniz açık, karanlığa göz kırpıyorsunuz. Sanki bilinmeyen, kapkaranlık ve sonsuz bir mağaranın içindesiniz. Bu kötü bir duygu, ben neredeyim. Bu boşluk nedir? Boşluğun boyutları nedir. El yordamıyla karanlıkta aranırken eliniz bir kibrit kutusuna raslıyor. Bir kibrit çakıyorsunuz, hemen parlıyor ve sönüyor. Sonra bir tane daha, ardından tekrar bir tane daha. Parlıyorlar ve çabucak sönüyorlar. Ama o kısacık parlama anlarında çevrenize bir an için göz atabiliyorsunuz. Sonraki kibritin parlamasında, uzaktaki duvarları görebiliyorsunuz. Bir diğer aydınlanma, bilinmeyen büyük bir cismin gölgesini gösteriyor. Henuz hareket edebilecek durumda değilsiniz ama göreceli olarak odanın hareket ettiğini düşünüyorsunuz. Her kibrit ışığında birşey daha öğreniyor, çevreyi algılıyorsunuz. Dünyamızın durumu da buna benzer bir duyguyu uyandırır. Bugün, asırlardır yaptığımız gibi gezegenimiz olan platformda durarak dik dik yukarı bakıyor ve mağaramsı kozmosun neresinde olduğumuzu merak ediyoruz. Zaman zaman parlayan ışıklar bize uzayda dev cisimlerin bulunduğunu ima ediyor. Bazen onların hareketlerini ayırt edebiliyor ve görünen gölgeler bize oralarda daha birçok cismin bulunduğunu ama onları göremediğimizi belirliyorlar.

Işığı görmek için Kara Madde´nin gereği

Evrenin en uzak yerlerinden gelen her foton bizi yeni bir bilgi elde etme çabasına götürür. Astronomik anlamda ışık evrenden gelerek, dünyaya ulaşır. ‹şimiz yer ve uydu teleskoplarıyla sadece daha fazla ışığı görmek değildir; evreni daha iyi anlamak, orada olup da göremediklerimizi doğru olarak tahmin etmektir. Elli yıllık bir geçmişe sahip olan galaktik hareketlerin gözlemi ve evrenin genişlemesi araştırmaları sonucunda bazı astronomlar evrenin % 90´ının objeler ve görünmeyen partiküllerle (atom altı parçacıklar) dolu olduğuna inanıyorlar. Öte yandan evrensel maddenin çoğunluğunun parlamadığı yani ışık yansıtmadığı da görülüyor. 60 yıl önce astronom Fritz Zwicky, bu kayıp maddenin galaksilerin arasındaki toz bulutlarının arasında olduğuna inanıyordu. Bugün ise bizler kayıp madde tanımı yerine "Kara Madde" diyerek hem ışığı vurguluyor, hem de nerede bulunduğunu bilmediğimizi anlıyoruz.

Yaşamsal bir yolun başındayız

Astronomlar ve fizikçiler Kara Madde hakkında çeşitli varsayımlarda bulunuyorlar. Bir taraftan Kara Madde´nin sıradan bir materyal olduğu düşünülüyor; uzak soluk yıldızlar, büyük ve küçük kara delikler, soğuk gazlar veya evrendeki dağınık tozlar gibi. Hepsi küçük radyasyonlar yayıyorlar veya araştırma araçlarına yönelik yansımalar oluşturuyorlar. Bu kategoriye giren karanlık objelere MACHO´lar (Massive Compact Halo Objects-Kütlesel kesif haleli objeler) deniyor. Bunlar kendi ışık alanları içinde çevrelerindeki galaksilerin ve galaktik bulutsuları içinde saklanıyorlar ve görünmüyorlar. Bir başka yaklaşımla, Kara Madde´nin ekzotik, alışılmadık partiküller içerdiğini ve bu nedenle gözlenemediğini düşünüyoruz. Fiziksel kuramlar bu partiküllerin varlığı hakkında kuşkulular, araştırmalar sürüyor ama henüz onaylanmış değiller. Üçüncü bir olasılık ise, çekim yasaları hakkındaki anlayışımızı düzeltmemizin şart olduğu ama buna karşı çıkan fizikçiler de yok değil. Çekim, bildiğimiz çekimdir diyorlar... Acaba öyle mi? Aynı doğrultuda Kara Madde´nin özelliklerini kozmolojinin diğer bilinmeyen, çözülemeyen karmaşık konularını hatırlayarak araştırmamız gerekiyor yani bu konudaki cehaletimizi akıldan çıkarmamalıyız. Evrenin kütlesinin ne kadar olduğu, galaksilerin nasıl oluştuğu ya da evrenin ebediyen genişleyeceği konularında olduğu gibi. Daha önemlisi Kara Madde´yi anlayabilmemiz, büyüklüğü, şekli ve evrenin nihai kaderini idrak edebilmemizin kapasitesiyle de sınırlıdır dememiz gerekiyor, bu yöndeki astronomik araştırmaların gelecek çeyrek yüzyıl içindeki sonuçlarının bize daha verimli sonuçlar getirebileceğini düşünüyor ve umuyoruz.

Evrenin ışıkları neyin içinde duruyor?

Birşeyi görememeyi anlamak zordur ama imkansız değildir. Astronomlar son dönemlerde Kara Madde üzerinde çalışırlarken, parlak madde üzerindeki etkilerini gözlemleyebildiler. Örneğin, yakındaki titreşen bir yıldızı gözlerken, belli hesapları yapıp, yörüngesinde bir Kara Gezegen´in bulunduğunu söyleyebiliyoruz. Görünürdeki benzer prensipler özellikle spiral galaksilerde de görülüyor. Yani yıldızların nedeni bilinmeyen garip ve anlamsız hareketleri bizlere oralarda normaldışı birşeylerin bulunduğunu gösteriyor. Yıldızların ve gaz bulutsularının yörüngesini gözlemlediğimiz zaman, spiral galaksilerin merkezindeki dairesel harekette olduğu gibi ileriye doğru çok hızlı bir hareketin olduğunu görürüz. Hızın ayrıntılarını ölçümlediğimizde görünmeyen maddenin büyük miktarlarda olduğu sonucuna varırız ve kullanılan Kara Madde´den oluşan yerçekimi gücünün yıldızları ve gaz bulutlarını yüksek hızdaki yörüngelerde tuttuğunu görürüz. Sonuçta Kara Madde galaksinin dışına ve çevresine yayılarak görünen galaksinin sınırına ve ötesine ulaşır, sonra aşağıya ve yukarıya bükülerek bildiğimiz, tanıdığımız spiral şeklindeki parlak galaktik diski oluşturur. Bizler o zaman, tipik şekliyle küresel bir ışığa gömülü parlayan bir disk görürüz ve bu parlak disk gözlemlenmemeye çalışan ve çok geniş bir alana yayılı görünmeyen maddenin içindedir.

Işığın olduğu her yeri görebiliriz; yeter ki...

Kara Madde´nin galaktik bulutsularda yayılım değerini keşfe çalışırken, x ışını astronomları galaktik bulutsularda yüzen çok geniş bir dağılıma sahip bulutsular buldular. Bu bulutsuların yaklaşık 100 milyon derecelik bir ısıya sahip zengin gaz-enerji ile dolu olduğu belirlendi ama henüz söz konusu enerjiyi ölçmek çok zor. Görünmeyen maddeyi gözlemleyebilmenin çeşitli metodları var. Bir tanesi galaktik bulutsuların çevresindeki spot halkaları yakalamak. Bunlara "Einstein Halkaları" deniyor. Halkalar çekim odaklarından aldıkları etkiyle oluşuyorlar, çok büyük bir kütleden yayılan çekim ışığı bükerek halka haline getiriyor. Bir bulutsu, bir diğerinin önüne geçip görüşümüzü etkilediğinde bulutsunun çekim alanı, daha uzaktakinin ışığını etkileyerek, halkalar, yaylar oluşturuyor. Geometrik oluşumlar ortaya çıkıyor ve bizler de evrendeki matematiği gözlemliyoruz. ‹lginç olan yakın bulutsuların hareketlerini teleskoplarla gözlemleyebiliyor, ışığın bükülmesini dedektörlerle farkedebiliyoruz. Işık evrende her yere gider. Birgün teleskoplarımızı çok geliştirdiğimizde, evrendeki en uzak cisimleri görebileceğiz.

Evrenin ilk anları nasıldı?

Kara Madde´nin evreni büyük oranda doldurduğunu biliyoruz. Belirlediğimiz parlayan materyalin her gramı için orada onlarca gram Kara Madde olabilir. Geçerli astronomik görüş, göre, Kara Madde´nin ne olduğunu, neyi içerdiğini kesinlikle bilmiyor. Gerçekten de, astronomik keşiflerin henüz ilk dönemindeyiz. Görünmeyen kütleleri algılıyoruz, bazıları göreceli, bazıları sıradan, bazıları ise ekzotik. Yapmamız gereken çok iş var daha. Nükleosentez adlı bilim dalı elementlerin Big-Bang´den sonraki kökenlerini araştırıyor. Oluşturulan modellerle evrenin ilk dönemleri gözleniyor. Kozmik mikro dalgaların ısısını ölçmek için fotonların sayısını öğreniyoruz. Tam o noktada normal partiküller olan baryonların sayısının ölçümü gözlemlediğimiz yıldızların ve galaksilerin ışık zenginliğini bize gösteriyor. Kısacası Nükleosentez yoluyla, evrenin ilk anlarında oluşan elementleri tanıyor ve öğreniyoruz. Bu da bizi açık ve kapalı evren tanımlarına götürebilir ve böylece de evrenin bilinmeyen yapısı hakkında birkaç şey daha öğrenebiliriz.

İnsan tanrı rolü oynuyor

Galaksilerin evrimiyle ilgili ayrıntılar ve bulutsuların özellikleri Kara Madde´de saklı. Bu özellikleri bilmeden galaksilerin bugün gözlemleyebildiğimiz yapılarını ve evrimlerini anlamak zor. Evrenin ilk dönemlerine çaresizce kuşkuyla baktığımız gibi, ancak iyimser olabilir ve umutla daha çok bilgi elde etmeye çalışabiliriz. Gözlerimizle göremediğimizi, özel aygıtlarla görüyor, düşüncelerimizde tartıyor, bilgisayar grafikleriyle deniyoruz. Bilgisayarlar Kara Madde araştırmalarında anahtar rol oynayabilirler. Tarih boyunca astronomi gözlemlere odaklanmıştı ama bugün deneysel bilime öncelik veriyor, bilgiyi evrimleştiriyoruz. Günümüzün astronomik deneycileri, laboratuar tezgahlarında ya da teleskopların başında oturmuyorlar, bilgisayar terminallerinin başındalar. Kozmik simulasyonlar yaparak yüzlerce evren yaratıyorlar, deniyorlar, siliyorlar, yine yapıyorlar. Yarattıkları evrenlerde sayısız faktörü deniyor, akıllarına gelen, zekalarının ürettiği tüm bilgiyi evrensel bir sınavda kullanıyorlar. Bir kozmolog Kara Madde değerinin çok yüksek olduğu bir model-evren yaratıyor ve ortaya daha realist ve çok daha kalabalık bir evren çıkıyor.

Kara Madde´nin olduğu yerde ışık var

Bilgasayar modelleri galaktik davranışları öngörebilirler. Örneğin, iki galaksi birbirlerine yaklaştıklarında oluşan korkunç birleşmeyi gecenin bir anında görüp geçebiliriz. Bazen de ekranda bükülmüş kuyrukları olan uzun bir gelgiti izleyebiliriz. Bu araştırma noktalarında, her galaktik ışık küresinin bulunduğu yerde Kara Madde´nin ışıklı maddeden üç ile on kez daha fazla olduğunu öğreniyoruz. Işık halkaları daha uzuyor. Bu gerçek, modeller aracılığı ile astronomlar tarafından gözleniyor, yorumlanıyor ve görülemeyen Kara Madde hakkında bilgi edinilmeye çalışılıyor. Kozmoloji tarihinde ilk kez, bilgisayar modelleri güncel gözlemlere rehberlik yapıyorlar.

Geleceğin güçlü beyni

Yeni araçlar ve onlardan aşağı kalmayan yeni düşünce biçimleri bize evrensel yapının sırrına doğru götürebilirler. 400 yıl öncesinde Galileo, küçük mercekleri dar bir karton borunun içine yerleştirdiğinde, borunun ucunda çok güçlü bir beyin vardı. Gökteki soluk ışıklı zayıf çizgileri görerek, onlara "Samanyolu" adını verdi. Gerçekte orada milyarlarca yıldız ve yıldızlararası bulutsular vardı. Sonra birdenbire bir insan galaksinin ne olduğunu anlayıverdi, Belki de gelecek olan yüzyılda şu anda hönüz doğmamış olan bir başka güçlü beyin, bilmediğimiz yeni bir aygıtla bakacak ve sorunun cevabını verecek. Kara Madde nedir?

ALINTIDIR...