Karanlık madde için yürütülen araştırmalar ve şimdiye dek bulduklarımız

Evrendeki kütlenin aşağı yukarı %85'i ''karanlık madde''. Direkt olarak gözlenemeyen ama kainata çok büyük etki eden gizemli bir materyal. Bu tuhaf şey tam olarak ne ve bizim varlığımızla ne alakası var? Astrofizikçi Risa Wechsler, karanlık maddenin evrenin nasıl oluştuğunu anlamada neden anahtar olabileceğini açıklıyor ve dünyanın her köşesindeki laboratuvarlarda fizikçilerin bu maddeyi araştırmak için bulduğu yaratıcı yöntemleri paylaşıyor.

Dünya biraz daha farklı olsa
neler olacağını hiç düşündünüz mü?

Bugün değil de 5,000 yıl sonra
doğmuş olsanız

hayatınız ne kadar farklı olurdu?

Kıtalar farklı paralellerde olsa
tarih ne kadar farklı olurdu,

veya Güneş %10 daha büyük olsa

Güneş Sistemi'ndeki hayat
ne kadar farklı biçimlenirdi?

Benim işim
bu tarz olasılıklarla oynamak

ama ben tüm evrenle oynuyorum.

Bilgisayarda varsayımsal
evrenler tasarlıyorum.

Farklı başlangıç noktaları olan,

farklı miktarlarda
değişik maddelerden oluşan,

dijital evrenler.

Sonra, nelerden oluştuğunu
ve nasıl evrildiğini görmek için

bu evrenleri bizimkiyle kıyaslıyorum.

Modelleri gökyüzü ölçütlerine göre
kıyaslama süreci

bize evrenimizle ilgili
şimdiden bir ton şey öğretti.

Öğrendiğimiz en tuhaf şeylerden biri ise

evrendeki çoğu materyalin

siz ve benden tamamen farklı bir şeyden
yapılmış olduğuydu.

Ama o olmaksızın,

bildiğimiz haliyle evren var olamazdı.

Teleskopla görebildiğimiz her şey

evrendeki toplam kütlenin
hemen hemen %15'ine tekabül ediyor.

Geri kalan her şey, %85'lik kısım

ışık yaymıyor veya soğurmuyor.

Bu şeyi gözle göremiyoruz,

radyo dalgaları, mikrodalgalar
veya herhangi bir çeşit ışıkla

tespit edemiyoruz.

Ama, gördüklerimiz üzerindeki
etkisi sayesinde

orada olduğunu biliyoruz.

Mesela, Dünya'nın gece uzaydan
çekilmiş fotoğrafını kullanarak

gezegenimizin ve üzerindeki her şeyin
yüzeyini hesaplamak isteseydiniz

ışık alan bölgelerle ilgili
biraz fikir edinirdiniz

ama insanlardan tutun
sıradağlara kadar

göremediğiniz çok şey olurdu

ve elinizdeki bu sınırlı bilgiyle

orada ne olduğuna dair
çıkarım yapmanız gerekirdi.

Bu görünmeyen şeye
''karanlık madde'' diyoruz.

Bir sürü insan
karanlık maddeyi duymuştur

ama duyduysanız bile

muhtemelen size hayal ürünü,

uzak ve hatta ilgisiz geliyordur.

Ama ilginçtir ki

karanlık madde her yerde

muhtemelen burada bile var.

Hatta şu anda

siz bu odada otururken

karanlık madde partikülleri
vücudunuzun içinden geçiyor olabilir.

Çünkü biz Dünya'dayız

ve Dünya Güneş'in etrafında dönüyor,

güneş ise saatte yaklaşık
800 bin kilometre hızla

galaksimizde hareket ediyor.

Ama karanlık madde bize çarpmıyor,

sadece içimizden geçip gidiyor.

Peki onun hakkında
nasıl daha fazla şey öğrenebiliriz?

Karanlık madde nedir?

Veya bizim varoluşumuzla ne ilgisi var?

İşlerin bu noktaya
nasıl ulaştığını çözmek için

öncelikle galaksimizin bu hale
nasıl geldiğini anlamalıyız.

Bu bizim galaksimiz, Samanyolu'nun
bugünkü halinin bir fotoğrafı.

10 milyar yıl önce neye benziyordu,

10 milyar yıl sonra nasıl görünecek?

Peki ya gökyüzünde yapılan
geniş çaplı araştırmalarla

çoktan haritasını çıkarttığımız
galaksilerin serüvenlerine ne dersiniz?

Evren başka bir şeyden yapılmış olsa

veya daha az ya da çok madde içerse

onların geçmişleri nasıl değişirdi?

Bu evren modelleriyle ilgili
ilginç şey şu ki

bu olasılıkları test etmemize
olanak sağlıyorlar

Evrenin oluştuğu ilk ana dönelim

büyük patlamadan hemen sonrası.

O ilk anda

hiç madde yoktu.

Evren çok hızlı genişliyordu.

Kuantum mekaniğine göre

madde sürekli olarak
ve her an oluşturulup yok ediliyor.

O esnada evren
o kadar hızlı genişliyordu ki

ortaya çıkan madde yok edilemedi.

Ve bu sebeple maddenin hepsinin
o sırada oluştuğunu düşünüyoruz.

Hem karanlık maddenin hem de sizi
ve beni oluşturan maddenin

o zaman oluştuğunu düşünüyoruz.

Birazcık daha ilerleyip
maddenin ortaya çıkmış olduğu,

protonlar, nötronlar
ve hidrojen oluştuktan sonrasına

büyük patlamadan
yaklaşık 400 bin yıl sonrasına gidelim.

Evren sıcak, yoğun
ve hatırı sayılır derecede pürüzsüzdü

ama tamamen pürüzsüz değildi.

Planck uydusu tarafından
çekilen bu fotoğraf

bize her doğrultuda
evrenin sıcaklığını gösteriyor.

Ve görüyoruz ki

diğerlerine nazaran

daha sıcak ve yoğun bölgeler varmış.

Görüntüdeki noktalar
evrenin erken döneminde

daha az veya daha çok
kütle olan yerleri gösteriyor.

Bu noktaların büyüme sebebiyse
yer çekimi kuvveti.

Evren genişliyordu
ve son 13,8 milyar yıldır

yoğunluğu her tarafta azalıyordu.

Ama yer çekimi, kütlenin biraz daha
fazla olduğu bölgelerde

epey sıkı çalıştı ve o bölgelere
daha da fazla madde çekti.

Bunların hepsini hayal etmek zor,

bu yüzden size
neden bahsettiğimi göstereyim.

Bahsettiğim bilgisayar yapımı modeller,

bu görüşleri test etmemize
olanak sağlıyor,

içlerinden birine göz atalım.

Araştırma ekibim tarafından
hazırlanan bu görüntü

bize ilk anlarından sonra
evrene ne olduğunu gösteriyor.

Gördüğünüz üzere,
başlangıçta evren oldukça düzgündü

ama biraz daha fazla madde
içeren bölgeler vardı.

Yer çekimi devreye girdi
ve fazladan maddeyle başlamış bölgelere

gittikçe daha fazla kütle getirdi.

Başlangıçta bir yerde karanlık maddeyle

iç içe olan hidrojenin
ondan ayrılıp soğuyarak

yıldızları oluşturmasına
yetecek kadar madde birikirse

zamanla küçük bir galaksi elde edersiniz.

Zamanla, milyarlarca
ve milyarlarca yıl içinde,

bu küçük galaksiler birbirleriyle çarpışır

kaynaşıp büyür
ve daha büyük galaksiler oluştururlar,

tıpkı bizim galaksimiz Samanyolu gibi.

Peki karanlık maddeniz yoksa ne olur?

Karanlık maddeniz yoksa

bu noktalarda asla
yeteri kadar yığılma olmaz.

Görünen o ki yoğun bir bölgede

Güneş'in kütlesinin
en az bir milyon katına

ihtiyacınız var ki
yıldız oluşturmaya başlayabilesiniz.

Karanlık madde olmadan

bir noktada asla yeteri kadar
madde biriktiremezsiniz.

Burada, yan yana duran
iki evrene bakıyoruz.

Birinde çok çabuk yığılmanın
başladığını görebilirsiniz.

Bu evrende,

galaksi oluşturmak oldukça kolaydır.

Diğer evrende ise

kümecikler halinde başlıyor

ve öylece kalıyorlar.

Çok bir şey olmuyor.

Bu evrende galaksimizi

veya başka bir galaksiyi yaratamazsınız.

Samanyolu galaksiniz olmaz,

Güneş olmaz.

Bizi var edemezsiniz.

Bu evrende var olamazdık.

Yani bu müthiş şey, karanlık madde,

evrenin kütlesinin çoğunu oluşturuyor.

Şu anda içimizde dolaşıyor.
O olmadan burada olamazdık.

Peki nedir bu?

Doğrusu hiçbir fikrimiz yok.

(Kahkahalar)

Ama bir sürü destekli tahminimiz var.

Ve daha fazlasını keşfetmek için
bir sürü fikrimiz.

Çoğu fizikçi karanlık maddenin
atom altı parçacıklara çok benzeyen

bir parçacık olduğunu düşünüyor,

proton, nötron ve elektronlar gibi.

Bu şey her ne ise

yer çekimine benzer
davranışlar sergiliyor.

Ama ışık yaymıyor ya da soğurmuyor

ve sanki yokmuşçasına

normal maddenin
doğrudan içinden geçiyor.

Bunun ne tür bir parçacık olduğunu
bilmek istiyoruz.

Örneğin ağırlığı ne?

Veya normal maddeyle etkileşime geçtiğinde

herhangi bir şey oluyor mu?

Fizikçilerin bunun ne olabileceğine dair
bir sürü sağlam fikri var,

epey de yaratıcılar.

Ama işimiz çok zor

çünkü bu fikirler
çok geniş bir aralığı kapsıyor.

En küçük atomaltı parçacığı
kadar ufak olabilir

veya Güneş'in kütlesinin
100 katı büyüklüğünde olabilir.

Peki, ne olduğunu nasıl öğreneceğiz?

Fizikçilerin ve astronomların

karanlık maddeyi aramak için
birçok yöntemleri var.

Yaptığımız şeylerden biri,

derin yeraltı tünellerine
hassas dedektörler yerleştirip

bizim ve dünyanın içinden geçip gidebilen
bir karanlık madde parçacığının

daha yoğun bir maddeye denk gelip

arkasında geçişinden bir iz bırakması

ihtimalini beklemek.

Karanlık madde parçacıklarının çarpışıp

özel gama ışını teleskoplarıyla
görebileceğimiz

yüksek enerjili bir ışık yaratması
ihtimaline karşın,

karanlık maddeyi göklerde arıyoruz.

İsviçre'deki Büyük Hadron
Çarpıştırıcısı'nı kullanıp

parçacıkları çarpıştırarak
ve sonuçları gözleyerek

burada, Dünya'da
karanlık madde üretmeyi bile deniyoruz.

Şu ana kadar

tüm bu deneyler, bize karanlık maddenin

ne olmadığına dair çok şey öğretti

(Kahkahalar)

ama henüz ne olduğunu öğretemedi.

Karanlık maddenin ne olabileceğine dair

bu deneylerin kanıtlamış olacağı
bir sürü iyi fikir vardı.

Ama henüz kanıtlanmadılar,

bu yüzden araştırmaya devam etmemiz
ve daha fazla düşünmemiz gerekiyor.

Karanlık maddenin ne olduğu hakkında
ipucu edinmenin bir başka yolu ise

galaksileri araştırmaktan geçer.

Karanlık madde olmadan

galaksimiz ve diğer birçok galaksinin
asla var olmamış olacağından

zaten bahsettik.

Bu modeller, aynı zamanda
galaksiler hakkında daha birçok konuda

tahminde bulunmamızı sağlıyor:

Evrene nasıl dağıldılar,

nasıl hareket ediyorlar,

zamanla nasıl evrim geçiriyorlar?

Bu tahminleri gökyüzü gözlemleriyle
test edebiliyoruz.

Sizlere galaksileri kullanarak
yapabileceğimiz ölçümlerden

iki örnek vereyim.

İlk olarak

galaksilerle evrenin haritasını
çıkartabiliyoruz.

Karanlık Enerji Ölçümü adı verilen

evrenin şimdiye kadarki
en büyük haritasını çıkartmış

bir araştırmada yer alıyorum.

Gökyüzünün sekizde birinden yola çıkarak

100 milyon galaksinin konumunu
ve şeklini hesapladık.

Bu harita bize,
gökyüzünün bu bölgesinde

o 100 milyon galaksinin yarattığı
ışık kırılması sayesinde tespit edilmiş

mevcut tüm maddeyi gösteriyor.

Bütün maddeden kırılan ışık

bu galaksiler ile bizim aramızdaydı.

Maddenin çekim gücü,
ışığın yolunu değiştirecek kadar kuvvetli.

Ve bu sayede bu görseli elde ediyoruz.

Yani bu çeşit haritalar

ne miktarda karanlık madde bulunduğunu,

nerede bulunduğunu

ve zamanla nasıl değişim gösterdiğini
bize söyleyebilir.

Yani evrenin büyük ölçüde
neyden oluştuğunu

öğrenmeye çalışıyoruz.

Görünüşe göre evrendeki en ufak galaksiler

bize en yararlı bazı bilgileri sağlıyor.

Peki neden?

İşte iki farklı karanlık madde türü içeren

iki temsili evren örneğini görüyorsunuz.

İki fotoğraf da size
Samanyolu gibi bir galaksinin

etrafında bir bölge gösteriyor.

Gördüğünüz üzere
çevrelerinde bir sürü başka madde var,

bunlar ufak kümecikler.

Sağdaki resimde

karanlık madde parçacıkları
soldaki resme göre daha yavaş ilerliyor.

Eğer bu parçacıklar hızlı ilerliyorsa

bu küçük kümelerin çekim kuvveti

onları yavaşlatacak kadar güçlü değildir.

Bu yüzden ilerlemeye devam ediyorlar.

Asla bu kümeciklerin içine girmiyorlar.

Bu yüzden, sağdaki evrene kıyasla
solda daha az küme var.

Eğer bu küçük kümeler yoksa

daha az küçük galaksi oluşur.

Gökyüzünün güneyine bakarsanız

bu küçük galaksilerden
iki tane görebilirsiniz,

Samanyolu'muzun yörüngesindeki
cüce galaksilerin en büyükleri,

Büyük Macellan Bulutu
ile Küçük Macellan Bulutu.

Son yıllarda

daha da küçük bir sürü
galaksi tespit ettik.

Bu, evreni haritalamakta kullandığımız

aynı karanlık enerji ölçümüyle

tespit ettiklerimizin bir örneği.

Bu küçük galaksilerden bazıları

cidden çok küçük.

Samanyolu'ndaki
milyarlarca yıldızın aksine

bazılarının sadece
birkaç yüz yıldızı var.

Bu yüzden onları bulmak epey zor.

Ama son on yılda

bunlardan bir sürü keşfettik.

Bugün, Samanyolu'nu çevreleyen
minik galaksilerin

60 tanesini biliyoruz.

Ve bu ufaklıklar karanlık madde
açısından önemli ipuçları.

Çünkü bu galaksilerin
sadece varlıkları bile

bize, karanlık maddenin
çok hızlı ilerliyor olamayacağını

ve normal madde ile çarpıştığında
fazla bir şey olmadığını gösteriyor.

Önümüzdeki yıllarda

gökyüzünün çok daha kusursuz
haritalarını çıkartacağız.

Ve bunlar, tüm evren ve galaksiyi gösteren

videolarımızı geliştirmemize
yardım edecek.

Fizikçiler de karanlık maddeye dair
bir belirti yakalamak için

laboratuvarlarında yeni ve daha hassas
deneyler yapıyorlar.

Karanlık madde hala büyük bir bilinmez.

Ama üzerinde çalışması
gerçekten çok heyecan verici.

Var olduğuna dair
çok açık kanıtlarımız var.

En küçük galaksilerden tutun da

evrenin kendisine kadar kanıtlar var.

Bunu gerçekten de bulup
ne olduğunu çözebilecek miyiz?

Hiçbir fikrim yok.

Ama öğrenmesi çok eğlenceli olacak.

Bir sürü keşif şansımız var,

ve ne işe yaradığına dair,
ne olmadığına dair

kesinlikle daha çok şey öğreneceğiz.

Bu parçacığı yakın zamanda
bulup bulamayacağımıza bakmaksızın

umarım bu gizemin
hassas noktamıza dokunduğuna

sizi ikna edebilmişimdir.

Karanlık madde arayışı

yepyeni bir fizik anlayışının
ve evrendeki yerimizi algılamanın

anahtarı olabilir.

Teşekkür ederim.

(Alkış)