Karanlık Madde ve Karanlık Enerji Nedir?

Karanlık madde nedir? Ya karanlık enerji?

Onlar gerçekten karanlık mı?

Aslında onlara görünmez desek daha doğru olabilir.

M.Ö. 5. Yüzyılda Miletli Leukippos sanırım gelmiş geçmiş en kalıcı bilimsel fikirlerden birini ortaya atmış. Demiş ki; gördüğümüz her şey atom denilen küçük, bölünemez parçalardan oluşur.

Düşünsenize o zaman için, yani bundan 2500 yıl öncesi için çok iyi bir teori. En azından her şeyin hava, su, toprak ve ateş bileşenlerinden oluştuğunu söyleyen düşünceye göre çok daha iyi. Fakat Leukippos’un yanıldığı bir nokta vardı. O da atomun gerçekte bölünebilir olduğu.

Nereden nereye?

Şimdi Leukippos’tan binlerce yıl sonra anlıyoruz ki onun atom fikri evrenin neyden meydana geldiği konusunun sadece küçük bir kısmını oluşturuyor. Geriye kalan büyük kısımda ise başka bir şey var.

Evren nelerden oluşur?

Size evren nelerden oluşur diye bir soru sorsam ne cevap verirdiniz?

Uzaydan ve maddeden değil mi?

Yani gezegenler, yıldızlar, kara delikler, asteroidler, kuyruklu yıldızlar. Bunlardan. Bunları normal madde ve enerji olarak isimlendiririz. Bir de karanlık madde ile karanlık enerji var. Fakat bu saydığımız gök cisimlerinin, gaz ve toz bulutlarının evrenin sadece yüzde 5’ini oluşturduğunu biliyor muydunuz?

Galiba asıl anormal olanlar bizim normal dediklerimiz. Normal olanlar ise karanlık dediklerimiz. Çünkü onlar kalan yüzde 95’i oluşturuyorlar. Kısacası evren aslında iki büyük kuvvetten ibaret; biri galaksileri bir arada tutan karanlık madde, diğeri evreni sürekli genişleten karanlık enerji. Bir de görebildiklerimiz var.

Bilim, evrenin sırlarına erişmek istedikçe, ortaya çıkardığı her bir gerçek işleri daha karmaşık daha işin içinden çıkılmaz bir hale sokuyor. İşte bu videoda işleri daha karmaşık hale getiren bir gerçekten bahsedeceğiz.

Karanlık madde ve karanlık enerji.

İkisi de henüz yolun çok başında olan kavramlar. Hele ki karanlık enerji konusunda hiçbir şey bilmiyoruz diyebiliriz. Fakat onların var olduklarından oldukça eminiz.

Madem göremiyoruz, gözlemleyemiyoruz o zaman var olduklarını nereden biliyoruz? Bu kavramlar nerden çıktı? Neden karanlık madde ve karanlık enerji kavramlarına ihtiyaç duyuyoruz?

Gelin birlikte bakalım.

Karanlık Madde

Önce karanlık madde ile başlayalım.

Evrende bulunan ve bizim yaşamımız için doğrudan önem teşkil eden ağır elementlerin oranı ne kadar biliyor musunuz? Sadece % 0.03. Geri kalanı ise şunlardan oluşuyor:

• % 0.3 Nötrinolar.
• % 0.5 yıldızlar
• % 4 ise galaksiler arasında serbest halde bulunan hidrojen ve helyumdan oluşuyor.

Kalan %25’lik kısım karanlık madde

%70’lik kısım ise karanlık enerji.

İnanılmaz değil mi?

Karanlık madde kavramına neden ihtiyaç duyuyoruz?

İhtiyaç duyuyoruz, hatta olduğundan eminiz çünkü matematiksel denklemler ve dolaylı yollardan gözlemlediğimiz bazı etkiler onun varlığını açıkça ortaya koyuyor.

Karanlık madde astrofizikte, elektromanyetik dalgalarla yani radyo dalgaları, gözle görülebilen ışık, x ışınları gibi şeylerle etkileşime girmiyor. Varlığını yalnız diğer maddeler üzerindeki kütle çekimsel etkisi ile belirleyebildiğimiz bir şey. Mesela yüksek miktarda karanlık maddeye sahip alanlar, yanlarından geçen ışığı büküyorlar. Bu sayede kütle çekimiyle etkileşen bir şeyin, yani karanlık bir maddenin var olduğunu anlıyoruz.

Jan Oort’un çalışmaları

1932 yılında Hollandalı bir astronom olan Jan Oort, Samanyolu’nun dış bölgelerindeki yıldızların hareketlerini inceledi ve şunu fark etti.

Şimdi bizim galaksimiz bir diske benziyor. Jan, bu diskin üstündeki ve altındaki yıldızların uzaklıklarını ölçtü.  Onların bu yükseklik ve derinlikte durabilmeleri için Samanyolu’nun kütlesinin ne kadar olması gerektiğini hesapladı. Fakat çok ilginç bir şey gördü. Hesaplarına göre görünen maddenin toplamından üç kat daha fazla kütle olması gerekiyordu.*

Fritz Zwicky’nin çalışmaları

Sonra İsviçre kökenli Amerikalı astronom Fritz Zwicky, 1933’te 1000’in üzerinde galaksi barındıran Coma Galaksi Kümesi’ni analiz etti ve bu galaksileri bir arada tutabilecek çekim kuvvetini hesaplayınca o da çok şaşırdı. Çünkü hesapları çok daha fazla kütleyi gerektiriyordu. Bu mevcut kütle ile galaksiler ancak birbirlerinden hızla uzaklaşmalıydı. Ama Zwicky’nin iddiası 40 yıl boyunca ciddiye alınmadı.*

Zwicky’nin bu hesaplamaları nasıl yaptığını şöyle açıklayayım:

Bildiğiniz gibi Ay, Dünya çevresinde belirli bir hızda döner. Daha hızlı dönseydi yörüngeden dışarı çıkardı; daha düşük hızla dönseydi, Dünya üzerine düşerdi. Aynı şekilde Dünya’nın kütlesi daha büyük olsaydı, Ay’ın dönme hızı daha yüksek olurdu. Kısacası Ay’ın denge hızından yola çıkarak Dünya’nın kütlesini, Dünya’nın yörünge hareketinden yola çıkarak da Güneş’in kütlesini ölçebiliriz.

İşte bu prensibi galaksilerin çevresindeki yıldızların yörüngelerine uygularsak ortada ne kadar kütle çekimi olması gerektiğini, dolayısıyla da galaksimizde ne kadar madde olması gerektiğini hesaplayabiliriz. Eğer yeteri kadar madde yoksa da demek ki bizim göremediğimiz, ölçemediğimiz ama dolaylı yollarla varlığını anlayabildiğimiz bir madde olması gerekli. Karanlık madde.

Vera Rubin’in çalışmaları

Bu iki bilim insanının çalışması da çok değerliydi fakat çok ciddiye alınmadılar. Karanlık maddenin varlığının kanıtlanması 1970’li yıllarda Washington Carnegie Enstitüsü’nden Vera Rubin ve arkadaşları tarafından gerçekleştirilecekti.

Bu ekip şunu keşfetti:

Cisimlerin, galaksi merkezinden uzaklaştıkça (yandaki grafikte A eğrisi) hızlarının azalmasını bekliyorlardı. Aynı Güneş Sistemimiz’de olduğu gibi. Daha uzaktaki gezegenler daha yavaş bir hızla dönerler. Ama bunun yerine galaksideki cisimlerin hızlarının birbirine yakın olduğunu gördüler. (B eğrisi) Merkezden uzaklaştıkça dönme hızları azalmıyordu. Sonra diğer galaksilere baktılar ve sonuç aynıydı.

Bu gözleme göre eğer gördükleri tüm madde bu kadarsa galaksilerdeki bu yıldızların düzenli olarak galaksinin dışına fırlaması gerekiyordu. Ama fırlamıyorlardı. Bunun tek bir açıklaması vardı o da galakside bulunan tüm bu cisimleri içeride tutacak bir karanlık maddenin olmasıydı.

Karanlık maddenin yapısı hakkında ne biliyoruz?

Karanlık madde aslında maddenin özel bir biçimi. Ona karanlık dememizin sebebi ışık yaymaması ya da ışığı yansıtmaması. Bu nedenle karanlık madde saydam ve bizim için tamamıyla görünmez.

Bilim insanları karanlık maddenin görünen madde gibi Büyük Patlama ile oluştuğunu ve evrenin başlangıcında büyük bir etki sahibi olduğunu düşünüyorlar. Karmaşık ölçümlerle karanlık maddenin evrende ne kadar yer kapladığını ve nasıl dağıldığını hesaplayabiliyorlar. Fakat karanlık maddenin bildiğimiz parçacık türlerinden mi (yani kuark, lepton, boson gibi) yoksa farklı bilmediğimiz bir tür maddeden mi oluştuğunu söyleyemiyorlar. Düşünsenize evrendeki maddenin yüzde 80’inden fazlası karanlık madde, onu kanıtlamak için birçok proje yürütülüyor, fakat bugüne kadar tek bir parçacığını bile gözlemleyemedik.

Karanlık madde ne değildir?

Onun ne olmadığına ilişkin kesin bilgimiz, ne olduğuna dair bilgimizden daha fazla. Karanlık madde anti madde değil çünkü; anti madde normal madde ile etkileşime girerek enerji yayar. Fakat karanlık madde enerji yaymıyor.

Peki karanlık madde bir karadelik olabilir mi? Bu da olamaz çünkü; karadeliklerin olay ufkunda toplanan madde sayesinde kendilerini gözlemleyemesek bile bu toplanma diskinde oluşan ışınımı gözlemleyebiliriz. Zaten 2019 yılında bir fotoğrafı bile çekildi biliyorsunuz.

Peki karanlık madde nötrinolar olabilir mi? Nötrinolar çok küçük temel parçacıklar ve neredeyse ışık hızında hareket ediyorlar. Bildiğimiz maddenin içinden hızla geçebiliyorlar. Bir ihtimal… Fakat son keşifler gösteriyor ki karanlık madde nötrinolar da olamaz çünkü; nötrinoların toplam kütlesi karanlık maddenin etkisini açıklamaya yetmiyor.

Karanlık madde ne işe yarıyor?

Peki karanlık madde o değil, bu değil, şu değil. O zaman ne işe yarıyor bu karanlık madde?

Bilim insanlarına göre karanlık madde evreni meydana getiren 2 trilyon galaksiyi birbirine bağlayan bir çeşit ağ. Yani karanlık maddeden meydana gelen ağ, galaksiler için gerekli olan materyalleri taşıyor. Adeta bir şehirdeki evleri ve işyerlerini birbirlerine bağlayan yollar gibi. Eğer bu yollar olmasa evleri inşa edemezdik. Karanlık madde olmasaydı da galaksiler oluşamazdı.

Karanlık madde sadece bu da değil. Binaların inşasında kullanılan bir çeşit harç belki de. Çünkü evrenin erken dönemlerinde, evreni dolduran gaz ve toz bulutlarının çökerek yıldızları meydana getirmesi için gereken kütleyi o sağladı. Ayrıca yine yapılan hesaplamalara göre evrenin başlangıcından bu yana normal maddenin çökerek galaksileri, yıldızları ve gezegenleri meydana getirmesi için gereken süre henüz geçmedi. İşte bu süreyi hızlandıran şey bu görünmez karanlık maddenin kütle çekimi.

Karanlık madde ile ilgili belirsizlikler çok fazla olsa da ortada kesin olan bir şey var. O da şu:

Eğer karanlık madde olmasaydı bugün burada olamazdık. O, yaşamın temel bileşenlerinden biri. Evrendeki galaksiler, yıldızlar, gezegenler, karanlık madde olduğu için varlar.

Karanlık Enerji

Karanlık maddenin ne olduğunu az çok anladık şimdi gelelim karanlık enerjiye. Fakat sizi önceden uyarıyorum. Evrende en çok bulunduğunu düşündüğümüz şey hakkında en az şeyi biliyoruz. Hatta hiçbir şey bilmiyoruz. Sadece var olduğunu düşünüyoruz.

Evren sürekli genişliyor. Bundan daha önce bahsettim. Fakat sıra “Neden genişliyor?” sorusuna cevap bulmaya gelince bu arayış bizi karanlık enerjiye götürüyor. Götürüyor götürmesine ama karanlık enerjinin ne olduğu sorusunu sorduğumuzda sorumuza bir cevap alamıyoruz. Evreni genişleten bu gizemli enerjinin evrende ne kadar yer kapladığını söyleyebilmekten başka bir şey yapamıyor bilim insanları.

Bugüne kadar bildiğimiz her şey (bizler, gezegenler, yıldızlar, galaksiler, kuasarlar) gözlemlenebilir evrenin içinde. Fakat videonun başında da söylediğim gibi bu bildiklerimiz tüm evrenin sadece %5’ini oluşturuyor. Karanlık enerji ise %70’ini. Peki böyle bir enerjinin var olduğunu nereden biliyoruz?

Evrenin genişlediğinin kanıtları

1900’lü yıllarda Edwin Hubble, galaksiler tarafından yayılan ışığın kırmızıya kaydığını gözlemledi. Daha uzaktaki sönük galaksilerin daha fazla, yakındaki galaksilerin ise daha az kırmızıya kaydığını keşfetti. Bu da evrendeki cisimlerin sürekli olarak birbirlerinden uzaklaşması demekti. Yani evren sürekli genişliyordu.

Evrenin genişlemesine dair ikinci bir kanıt ise Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması. Bu konuların detaylarını “Büyük Patlama” isimli videomdan öğrenebilirsiniz.

Şimdi.

Evrenin genişlediğini keşfettik, bu yetmedi üstüne bir de bu genişlemenin gittikçe ivme kazandığını yani hızlandığını keşfettik. Peki bu genişleyen evrenin meydana getirdiği yeni uzay boşluklarını dolduran şey neydi?

Karanlık enerji.

Evreni genişleten güç: Karanlık enerji

Sıradan madde ile birlikte karanlık madde, evrenin genişlemesini durdurma ya da yavaşlatma eğilimi taşır. Çünkü bir kütle çekimi söz konusu. Karanlık enerji ise uzayın kendisini genişletmesine neden olur. Bilim insanlarına göre zaman geçtikçe normal maddenin ve karanlık maddenin çekimi zayıflarken, karanlık enerjinin itimi sabit kalıyor. Sonuç olarak da genişleme hızlanıyor. Karanlık enerji galaksiler üzerinde itici bir kuvvet olarak etki gösteriyor. Var olduğu konusu da böyle saptandı.

Şimdi gerçek şu:

Evrenimiz gittikçe daha hızlı genişliyor. Bu beklenmedik bir şey. Çünkü başlangıcı olan bir evrende maddenin sahip olduğu kütle çekimi onun genişlemesini durdurmalı ve hatta belki de tersine çevirip kendi üzerine çökmesine sebep olmalıydı. Fakat evren bir kere daha bilim insanlarını şaşırttı. Bilim insanları bu hızlı genişlemeyi, bir enerjiye bağlamak durumunda kaldılar ve buna karanlık enerji dediler. Aynı bir aracı hızlandırmak için daha fazla gaz vermemizin gerekmesi gibi evrenin genişlemesi için de ona enerji veren bir karanlık enerji var.

Karanlık enerji hakkında ne biliyoruz?

Karanlık enerji ile ilgili bildiğimiz ilk şey herhangi bir ışıma yaymadığı için onu gözlemleyemiyoruz. İkincisi, adından anlaşıldığı üzere bu bir enerji türü. Onun varlığını yine etkisi aracılığıyla bilebiliyoruz. Fakat karanlık madde ile karanlık enerji arasında büyük bir fark var. Karanlık madde, belli bölgelerde kümelenmiş cisim kırıntıları, bildiklerimize benzer basit parçacıklar falan olabilir. Bunun aksine karanlık enerji her yere homojen bir şekilde dağılmış. Hatta onun uzayın bir özelliği olduğu düşünülüyor.

Sonuç:

Sanırım evren hakkındaki gizemlerin en büyüğü karanlık madde ve karanlık enerji. Bilmediğimiz bir yerlerde bilemediğimiz bir gerçeklik var. Hatta öyle bir gerçeklik ki bu şu anda hepimizin içinden geçip gidiyor. Görünmez bir şey. Ama var.

Bakalım bir gün sırlarını çözebilecek miyiz?

Şimdilik hoşça kalın. Yeni videoda görüşmek üzere…

Kaynaklar:

*Nasıl Başladı – RAMAZAN KARAKALE

https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-is-dark-energy

https://bilimvegelecek.com.tr/index.php/2019/09/21/karanlik-madde-ve-karanlik-enerji-gizemi-evrenin-yuzde-95i-karanlikta-2/

https://youtu.be/2cTPe0G_nGI

https://ed.ted.com/lessons/dark-matter-the-matter-we-can-t-see-james-gillies#digdeeper

https://tr.wikipedia.org/wiki/Karanl%C4%B1k_madde

https://www.livescience.com/what-is-dark-energy.html