Evrendeki Kara Madde


Gorunmeyen bir evrende yaşadığımızı biliyor muydunuz?

Goremediğimiz evrende Kara Madde var, astronomlar Kara Madde´nin ne olduğunun anlaşılmasıyla, evrenin kaderinin ne olduğunu anlayacaklarını duşunuyorlar,

Vera Rubin
Washington Carnagie Enstitusu
Dunyasal Manyetizm Bolumu
Scientific American
"Magnificient Cosmos"
Bir an icin hayal edin, gecenin birinde ruyanızın ortasında aniden uyanıyorsunuz. Gozleriniz acık, karanlığa goz kırpıyorsunuz. Sanki bilinmeyen, kapkaranlık ve sonsuz bir mağaranın icindesiniz. Bu kotu bir duygu, ben neredeyim. Bu boşluk nedir? Boşluğun boyutları nedir. El yordamıyla karanlıkta aranırken eliniz bir kibrit kutusuna raslıyor. Bir kibrit cakıyorsunuz, hemen parlıyor ve sonuyor. Sonra bir tane daha, ardından tekrar bir tane daha. Parlıyorlar ve cabucak sonuyorlar. Ama o kısacık parlama anlarında cevrenize bir an icin goz atabiliyorsunuz. Sonraki kibritin parlamasında, uzaktaki duvarları gorebiliyorsunuz. Bir diğer aydınlanma, bilinmeyen buyuk bir cismin golgesini gosteriyor. Henuz hareket edebilecek durumda değilsiniz ama goreceli olarak odanın hareket ettiğini duşunuyorsunuz. Her kibrit ışığında birşey daha oğreniyor, cevreyi algılıyorsunuz. Dunyamızın durumu da buna benzer bir duyguyu uyandırır. Bugun, 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 gorunen golgeler bize oralarda daha bircok cismin bulunduğunu ama onları goremediğimizi belirliyorlar.

Işığı gormek icin Kara Madde´nin gereği

Evrenin en uzak yerlerinden gelen her foton bizi yeni bir bilgi elde etme cabasına goturur. Astronomik anlamda ışık evrenden gelerek, dunyaya ulaşır. ‹şimiz yer ve uydu teleskoplarıyla sadece daha fazla ışığı gormek değildir; evreni daha iyi anlamak, orada olup da goremediklerimizi doğru olarak tahmin etmektir. Elli yıllık bir gecmişe sahip olan galaktik hareketlerin gozlemi ve evrenin genişlemesi araştırmaları sonucunda bazı astronomlar evrenin % 90´ının objeler ve gorunmeyen partikullerle (atom altı parcacıklar) dolu olduğuna inanıyorlar. Ote yandan evrensel maddenin coğunluğunun parlamadığı yani ışık yansıtmadığı da goruluyor. 60 yıl once astronom Fritz Zwicky, bu kayıp maddenin galaksilerin arasındaki toz bulutlarının arasında olduğuna inanıyordu. Bugun ise bizler kayıp madde tanımı yerine "Kara Madde" diyerek hem ışığı vurguluyor, hem de nerede bulunduğunu bilmediğimizi anlıyoruz.

Yaşamsal bir yolun başındayız

Astronomlar ve fizikciler Kara Madde hakkında ceşitli varsayımlarda bulunuyorlar. Bir taraftan Kara Madde´nin sıradan bir materyal olduğu duşunuluyor; uzak soluk yıldızlar, buyuk ve kucuk kara delikler, soğuk gazlar veya evrendeki dağınık tozlar gibi. Hepsi kucuk radyasyonlar yayıyorlar veya araştırma araclarına yonelik yansımalar oluşturuyorlar. Bu kategoriye giren karanlık objelere MACHO´lar (Massive Compact Halo Objects-Kutlesel kesif haleli objeler) deniyor. Bunlar kendi ışık alanları icinde cevrelerindeki galaksilerin ve galaktik bulutsuları icinde saklanıyorlar ve gorunmuyorlar. Bir başka yaklaşımla, Kara Madde´nin ekzotik, alışılmadık partikuller icerdiğini ve bu nedenle gozlenemediğini duşunuyoruz. Fiziksel kuramlar bu partikullerin varlığı hakkında kuşkulular, araştırmalar suruyor ama henuz onaylanmış değiller. Ucuncu bir olasılık ise, cekim yasaları hakkındaki anlayışımızı duzeltmemizin şart olduğu ama buna karşı cıkan fizikciler de yok değil. Cekim, bildiğimiz cekimdir diyorlar... Acaba oyle mi? Aynı doğrultuda Kara Madde´nin ozelliklerini kozmolojinin diğer bilinmeyen, cozulemeyen karmaşık konularını hatırlayarak araştırmamız gerekiyor yani bu konudaki cehaletimizi akıldan cıkarmamalıyız. Evrenin kutlesinin ne kadar olduğu, galaksilerin nasıl oluştuğu ya da evrenin ebediyen genişleyeceği konularında olduğu gibi. Daha onemlisi Kara Madde´yi anlayabilmemiz, buyukluğu, şekli ve evrenin nihai kaderini idrak edebilmemizin kapasitesiyle de sınırlıdır dememiz gerekiyor, bu yondeki astronomik araştırmaların gelecek ceyrek yuzyıl icindeki sonuclarının bize daha verimli sonuclar getirebileceğini duşunuyor ve umuyoruz.

Evrenin ışıkları neyin icinde duruyor?

Birşeyi gorememeyi anlamak zordur ama imkansız değildir. Astronomlar son donemlerde Kara Madde uzerinde calışırlarken, parlak madde uzerindeki etkilerini gozlemleyebildiler. Orneğin, yakındaki titreşen bir yıldızı gozlerken, belli hesapları yapıp, yorungesinde bir Kara Gezegen´in bulunduğunu soyleyebiliyoruz. Gorunurdeki benzer prensipler ozellikle spiral galaksilerde de goruluyor. Yani yıldızların nedeni bilinmeyen garip ve anlamsız hareketleri bizlere oralarda normaldışı birşeylerin bulunduğunu gosteriyor. Yıldızların ve gaz bulutsularının yorungesini gozlemlediğimiz zaman, spiral galaksilerin merkezindeki dairesel harekette olduğu gibi ileriye doğru cok hızlı bir hareketin olduğunu goruruz. Hızın ayrıntılarını olcumlediğimizde gorunmeyen maddenin buyuk miktarlarda olduğu sonucuna varırız ve kullanılan Kara Madde´den oluşan yercekimi gucunun yıldızları ve gaz bulutlarını yuksek hızdaki yorungelerde tuttuğunu goruruz. Sonucta Kara Madde galaksinin dışına ve cevresine yayılarak gorunen galaksinin sınırına ve otesine ulaşır, sonra aşağıya ve yukarıya bukulerek bildiğimiz, tanıdığımız spiral şeklindeki parlak galaktik diski oluşturur. Bizler o zaman, tipik şekliyle kuresel bir ışığa gomulu parlayan bir disk goruruz ve bu parlak disk gozlemlenmemeye calışan ve cok geniş bir alana yayılı gorunmeyen maddenin icindedir.

Işığın olduğu her yeri gorebiliriz; yeter ki...

Kara Madde´nin galaktik bulutsularda yayılım değerini keşfe calışırken, x ışını astronomları galaktik bulutsularda yuzen cok geniş bir dağılıma sahip bulutsular buldular. Bu bulutsuların yaklaşık 100 milyon derecelik bir ısıya sahip zengin gaz-enerji ile dolu olduğu belirlendi ama henuz soz konusu enerjiyi olcmek cok zor. Gorunmeyen maddeyi gozlemleyebilmenin ceşitli metodları var. Bir tanesi galaktik bulutsuların cevresindeki spot halkaları yakalamak. Bunlara "Einstein Halkaları" deniyor. Halkalar cekim odaklarından aldıkları etkiyle oluşuyorlar, cok buyuk bir kutleden yayılan cekim ışığı bukerek halka haline getiriyor. Bir bulutsu, bir diğerinin onune gecip goruşumuzu etkilediğinde bulutsunun cekim alanı, daha uzaktakinin ışığını etkileyerek, halkalar, yaylar oluşturuyor. Geometrik oluşumlar ortaya cıkıyor ve bizler de evrendeki matematiği gozlemliyoruz. ‹lginc olan yakın bulutsuların hareketlerini teleskoplarla gozlemleyebiliyor, ışığın bukulmesini dedektorlerle farkedebiliyoruz. Işık evrende her yere gider. Birgun teleskoplarımızı cok geliştirdiğimizde, evrendeki en uzak cisimleri gorebileceğiz.

Evrenin ilk anları nasıldı?

Kara Madde´nin evreni buyuk oranda doldurduğunu biliyoruz. Belirlediğimiz parlayan materyalin her gramı icin orada onlarca gram Kara Madde olabilir. Gecerli astronomik goruş, gore, Kara Madde´nin ne olduğunu, neyi icerdiğini kesinlikle bilmiyor. Gercekten de, astronomik keşiflerin henuz ilk donemindeyiz. Gorunmeyen kutleleri algılıyoruz, bazıları goreceli, bazıları sıradan, bazıları ise ekzotik. Yapmamız gereken cok iş var daha. Nukleosentez adlı bilim dalı elementlerin Big-Bang´den sonraki kokenlerini araştırıyor. Oluşturulan modellerle evrenin ilk donemleri gozleniyor. Kozmik mikro dalgaların ısısını olcmek icin fotonların sayısını oğreniyoruz. Tam o noktada normal partikuller olan baryonların sayısının olcumu gozlemlediğimiz yıldızların ve galaksilerin ışık zenginliğini bize gosteriyor. Kısacası Nukleosentez yoluyla, evrenin ilk anlarında oluşan elementleri tanıyor ve oğreniyoruz. Bu da bizi acık ve kapalı evren tanımlarına goturebilir ve boylece de evrenin bilinmeyen yapısı hakkında birkac şey daha oğrenebiliriz.

İnsan tanrı rolu oynuyor

Galaksilerin evrimiyle ilgili ayrıntılar ve bulutsuların ozellikleri Kara Madde´de saklı. Bu ozellikleri bilmeden galaksilerin bugun gozlemleyebildiğimiz yapılarını ve evrimlerini anlamak zor. Evrenin ilk donemlerine caresizce kuşkuyla baktığımız gibi, ancak iyimser olabilir ve umutla daha cok bilgi elde etmeye calışabiliriz. Gozlerimizle goremediğimizi, ozel aygıtlarla goruyor, duşuncelerimizde tartıyor, bilgisayar grafikleriyle deniyoruz. Bilgisayarlar Kara Madde araştırmalarında anahtar rol oynayabilirler. Tarih boyunca astronomi gozlemlere odaklanmıştı ama bugun deneysel bilime oncelik veriyor, bilgiyi evrimleştiriyoruz. Gunumuzun astronomik deneycileri, laboratuar tezgahlarında ya da teleskopların başında oturmuyorlar, bilgisayar terminallerinin başındalar. Kozmik simulasyonlar yaparak yuzlerce evren yaratıyorlar, deniyorlar, siliyorlar, yine yapıyorlar. Yarattıkları evrenlerde sayısız faktoru deniyor, akıllarına gelen, zekalarının urettiği tum bilgiyi evrensel bir sınavda kullanıyorlar. Bir kozmolog Kara Madde değerinin cok yuksek olduğu bir model-evren yaratıyor ve ortaya daha realist ve cok daha kalabalık bir evren cıkıyor.

Kara Madde´nin olduğu yerde ışık var

Bilgasayar modelleri galaktik davranışları ongorebilirler. Orneğin, iki galaksi birbirlerine yaklaştıklarında oluşan korkunc birleşmeyi gecenin bir anında gorup gecebiliriz. Bazen de ekranda bukulmuş kuyrukları olan uzun bir gelgiti izleyebiliriz. Bu araştırma noktalarında, her galaktik ışık kuresinin bulunduğu yerde Kara Madde´nin ışıklı maddeden uc ile on kez daha fazla olduğunu oğreniyoruz. Işık halkaları daha uzuyor. Bu gercek, modeller aracılığı ile astronomlar tarafından gozleniyor, yorumlanıyor ve gorulemeyen Kara Madde hakkında bilgi edinilmeye calışılıyor. Kozmoloji tarihinde ilk kez, bilgisayar modelleri guncel gozlemlere rehberlik yapıyorlar.

Geleceğin guclu beyni

Yeni araclar ve onlardan aşağı kalmayan yeni duşunce bicimleri bize evrensel yapının sırrına doğru goturebilirler. 400 yıl oncesinde Galileo, kucuk mercekleri dar bir karton borunun icine yerleştirdiğinde, borunun ucunda cok guclu bir beyin vardı. Gokteki soluk ışıklı zayıf cizgileri gorerek, onlara "Samanyolu" adını verdi. Gercekte orada milyarlarca yıldız ve yıldızlararası bulutsular vardı. Sonra birdenbire bir insan galaksinin ne olduğunu anlayıverdi, Belki de gelecek olan yuzyılda şu anda honuz doğmamış olan bir başka guclu beyin, bilmediğimiz yeni bir aygıtla bakacak ve sorunun cevabını verecek. Kara Madde nedir?