Göremeyip, Hissedemememize Rağmen Evrenin %90'ını Oluşturan Olay: Karanlık Madde

karanlık madde, adı itibarıyla karanlık bir şey. aslında pek karanlık değil de, biraz amerikan kültürü gereği bu isimle anılıyor. gökbilimciler çoğunlukla tanımlayamadıkları bir şeyle karşılaştıklarında; hemen ona "dark" ismini koymayı pek seviyorlar. ondan öyle, yoksa karanlık mı aydınlık mı bilmiyoruz. sadece, henüz göremedik kendilerini...

peki, karanlık madde fikri nereden çıktı?

birkaç yüz yıldır, kepler ve newton sayesinde gökcisimlerinin yörüngelerini ve yörünge hareketlerini ölçümleyip tahmin edebiliyoruz. bunun bir yığın rakamsal yazılımı, formülü vs mevcut. sözlükte bunlara girecek halimiz yok. dolayısıyla, herhangi bir gökcisminin, herhangi başka bir gökcismi ile etkileşimi sonucu yörüngesini ve yörünge hızını rahatlıkla belirleyebildiğimiz bilmek yeterli. yine de, bir özet geçeyim:

kütlesini bildiğimiz büyük bir cismin çevresinde dönen başka gökcisimleri düşünün. bu gökcisimlerinin daha yakın yörüngeye sahip olanları hızlı, daha uzakta olanları ise yavaş bir yörünge hızına sahiptir. örneğin, merkür gezegeni güneşin çevresinde fenafillah bir hızla dönerken, bizim pluton veya neptün hiç acelesi yokmuş gibi ağır ağır dönerler. bunun da tüm sebebi, uzak cisimlerin kütleçekimsel nedenlerle daha yavaş dönmeleri gerektiği. işte, "dolanma süresinin karesinin, çevresinde döndüğü cisme uzaklığının üçüncü kuvvetine oranı" gibi acayip de bir formülasyonu var.

şimdiye kadar çevremizdeki gökcisimleri üzerine yaptığımız tüm gözlemler ve hesaplamalar, bu formülasyonun, yani newton kanunlarının kesinlikle doğru olduğunu gösteriyor. bu sayede uzaya uydular gönderebiliyor ve diğer gezegenleri ziyaret edebiliyoruz. göktaşlarının ve kuyruklu yıldızların yörüngelerini hesaplayabiliyor, zamanı doğru olarak ölçebiliyoruz. şimdiye kadar bunun aksi bir durumla karşılaşmadık.

şimdi boyutları büyütelim:

galaksimiz samanyolu'nun kütlesi de, merkez bölgesinde en yoğun haldedir ve galaksideki güneş de dahil, yaklaşık 400 milyar yıldız, bu kütle merkezi çevresinde dönerler. o halde şunu rahatlıkla söyleyebiliriz:

"samanyolu'nun merkezine yakın yıldızlar hızlı, uzak olanlar ise daha yavaş hızlarda dönüyorlar"

değil işte...

gözlemler gösteriyor ki, samanyolu'nun merkezindeki yıldızların dönüş hızı, daha uzaktakilerden yavaş. yani bu durum, bildiğimiz newton yasalarına aykırı. lan bi sorun mu var hesaplarımızda veya "göreli" durumlar mı söz konusu diye hemen einstein'ın formüllerine başvuruyoruz ama ı ıh! einstein denklemlerine göre hesapladığımızda bile, ortada bir sorun var. uzak yıldızların daha yavaş dönmesi lazım. ama bunlar maşallah, fişek gibi hızlara sahip yörüngelerde dolanıyorlar.

samanyolu'nun "görünen" kütlesini göremediklerimizi de hesaba katarak hesapladığımızda yıldızların dönüş hızında bir sorun var. sanki, bu hızı etkileyen bir şey söz konusu. öyle ki, bazı yıldızların dönüş hızlarına baktığımızda, samanyolu'nu terkedip gitmeleri gerekiyor. çünkü o kadar hızlılar ki, samanyolu'nun hesapladığımız kütlesi, bu yıldızları yörüngelerinde tutmaya yeterli değil.

o halde elimizde iki seçenek var: ya biz samanyolunun kütlesini ve kütle dağılımını yanlış ölçüyoruz, yahut einstein ve newton'un kütleçekim kuramları yanlış. fakat daha önce söylediğim gibi, biz bu kuramların doğru olduğun güneş sistemi ve yakın çevresineki yıldızların hareketlerini ölçümleyerek doğruladık, bunlar hakkında en ufak bir şüphemiz dahi yok. yani bu formüller yanlış olamaz. o halde geriye tek seçenek kalıyor; samanyolu'nun kütlesini doğru ölçemiyoruz!

bunu da yaptık. samanyolu'nun kütlesini tekrar tekrar, defalarca ölçümledik. sonuç aynı çıktı; görebildiğimiz samanyolu kütlesi, yıldızların bu anlamsız hareketlerini açıklamaya izin vermiyor. geriye kalan tek seçenek, samanyolu dahilinde bizim göremediğimiz (daha doğrusu elimizdeki gözlem araçlarının belirleyemediği) bir "kütle" daha mevcut. tüm samanyolu'nu kaplayan bu madde, yıldızların yörünge hareketlerini etkiliyor. üstelik, bu etkiyi yaratabilmesi için bilmediğimiz bu maddenin miktarının, samanyolu'ndaki "toplam" maddenin %90'ı kadar olması gerekiyor.

oldu mu şimdi, samanyolu'nun %90'ının bilinmeyen, "karanlık" bir maddeden oluşması? olmadı tabi, çünkü bu maddeyi hiçbir şekilde göremiyoruz. göremiyoruz ama, kütleçekim ölçümleri karanlık maddenin samanyolu'nun %90'ını oluşturması gerektiği fikrini bize dikte ediyor. o halde, samanyolu'nda göremediğimiz çok büyük miktarda maddenin homojen olmayan bir biçimde varlığını kabul etmek zorundayız.

dahası var, uzak galaksileri gözlemlediğimizde, bu galaksilerin hareketlerinin ve oluşan kütleçekimsel mercek etkilerinin de karanlık maddeyi hesaba katmadan açıklanamadığını farkediyoruz. demek ki, görebildiğimiz evrenin büyük çoğunluğu; göremediğimiz bu karanlık maddeden oluşuyor.

artık buna eminiz. eğer, "hayır" dersek, newton ve einstein fiziğini bir kenara atmak zorundayız.

peki bu karanlık, göremediğimiz madde "ne"den müteşekkil?

işte bunu bilmiyoruz. aslında elimizde birkaç "fail" var. nötrino'lar mesela. bunlar hemen hemen maddeyle hiçbir şekilde etkileşmeyen parçacıklar. fakat nötrinoları ölçümlemek o kadar zor ki, karanlık maddenin faili olup olmadıklarını anlamamız çok zor. üstelik, "olması gereken" nötrino miktarı da "şu anki bilgimizle" karanlık madde için çok ama çok yetersiz kalıyor.

yine, gözlemlenmesi "biraz zor" olan kırmızı cüce yıldızlar veya kahverengi cüce'ler de karanlık madde için aday. ayrıca, kahverengi cüce dahi olamamış jüpiter büyüklüğünde gökcisimleri de adaylar arasında. buna, göremediğimiz gaz ve toz miktarının da ekleyebiliriz. tüm bunlara rağmen olmuyor işte, hiçbiri bu devasa karanlık madde miktarını açıklamaya yetmiyor.

göremediğimiz bir şeyler var: hayatında "cam" görmemiş birinin, tıpkı bir pencere camının aslında olmadığını sanması gibi bir şey aslında bu. belki de evrende, "bildiğimiz" tüm ışınımı geçiren "cam" gibi bir madde mevcut. o halde, onu görememiz, sadece kütleçekim etkisini farkedebilmemiz normal.

yine de, bazı açıklamalar da yok değil. örneğin, geçtiğimiz aylarda küreresel yıldız kümeleri üzerine yapılan bazı araştırmalar; bu kümelerde göremeyeceğimiz kadar soluk yıldızların varlığını ortaya çıkardı. öyle ki, bu yıldızların miktarı, küresel kümelerdeki yıldızların ancak karanlık madde ile açıklanabilen hareketlerini açıklama imkanına kavuşmamıza neden oldu. yani, bazı küçük ölçeklerde, bazı şeyleri karanlık madde olmadan artık izah edebiliyoruz. bunu, büyük samanyolu gibi ölçeklerde yapıp yapamayacağımızı henüz bilmiyoruz. eğer samanyolu ölçeğinde bu açıklamayı tıpkı küresel kümelerde olduğu gibi yapabilirsek, karanlık madde varsayımına gerek kalmayacak. çünkü onların ne olduğunu biliyor olacağız.

fakat bunu yapamazsak, karanlık maddeyi oluşturan yapıyı aramayı biraz daha sürdüreceğimiz açık...