Karanlık Maddenin Sırları 1 >> Uluslararası Uzay İstasyonu nihayet karanlık maddenin izlerini buldu

Fizikçiler karanlık maddeyle ilgili olarak şimdiye kadar elde edilen en güçlü kanıtları buldular. Karanlık madde, evrenin yüzde 25’ini oluşturuyor ve galaksiler ile yıldızları bir arada tutarak uzaya dağılmalarını önlüyor.

Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki AMS detektörü, fizikte yıllardır çözülmez bir bilmece oluşturan karanlık maddeyle ilgili önemli ipuçları sağladı. NASA, AMS detektörünün bulgularını 3 Nisan 2013 Çarşamba günü internetten dünyaya duyurdu.

 

NASA’nın Washington’daki merkezinde ve İsviçre’de bulunan dünyanın en büyük “parçacık hızlandırıcısı” CERN’de bir araya gelen bilim adamları, Uluslararası Uzay İstasyonu’nun sırtına monte edilen 2 milyar dolarlık parçacık detektörünün bulgularını internette açıkladılar. Alfa Manyetik Tayfölçer (AMS) olarak adlandırılan yedi ton ağırlığındaki detektör, Mayıs 2011’de, uzay mekikleri emekli olmadan önce yapılan son yörünge uçuşlarından birinde istasyona yerleştirilmişti.

Fizikçiler evrenin nasıl meydana geldiğini ve evreni milyarlarca yıl sonra nasıl bir gelecek beklediğini anlamak için karanlık maddeyi yaklaşık 100 yıldır araştırıyor. Karanlık madde evreni bir arada tutan kütlenin büyük kısmını oluşturmakla birlikte ışığa tepki göstermiyor. Bu nedenle karanlık maddeyi uzayda bulmak için dolaylı gözlemler yapmak gerekiyor.

 

Görünmez karanlık madde

Alfa Manyetik Tayfölçer (AMS), karanlık maddenin kendisini değil ama deyim yerindeyse “gölgesini görmek” için uzaya fırlatıldı. Bilim adamları uzayda karanlık maddenin yol açtığı kozmik ışınları görmek istiyorlardı.

AMS detektörü, karanlık maddeyi oluşturan görünmez parçacıkları elbette doğrudan tespit edemezdi. Bu yüzden bilim adamları evrende gerçekleşen yüksek enerjili çarpışmaları ve bunların yol açtığı radyasyonu incelemeye karar verdiler.

Fizikçilere göre, evrenin nasıl meydana geldiğini sadece normal maddeyle açıklayamayız. Normal maddeye VE karanlık maddeye ek olarak bir de anti madde var… Ve elektronun anti madde karşıtına da pozitron diyoruz.

 

 

Pozitronlar karanlık madde çarpışmalarının izlerini taşıyor

Madde ve anti madde ateşle barut gibidir… Madde ve anti maddeyi çarpıştırırsanız bunlar birbirini tümüyle yok eder. Aynı şey karanlık madde için de geçerli. İki “karanlık madde parçacığını” alıp birbiriyle çarpıştırırsanız bunlar yok olur ama meydana gelen patlamada pozitronlar açığa çıkar. AMS detektörü bugüne kadar 400 bin pozitron tespit etti!

Ancak, AMS detektörünün saptadığı pozitronlar karanlık madde dışındaki başka sebeplerden de kaynaklanıyor olabilir. Örneğin bu pozitronlara nötron yıldızları veya süpernovalar yol açıyor olabilir.

Şansımıza, karanlık maddenin yol açtığı pozitronların enerjisi ile “atarcaların” yol açtığı pozitronların enerjisinin farklı olduğunu biliyoruz (kendi etrafında saniyede yüzlerce veya binlerce kez dönen nötron yıldızları atarca / pulsar olarak adlandırılıyor). AMS’in gözlem verilerinde diğer kaynakları görmezden gelerek, karanlık maddenin izlerini taşıyan pozitronlara odaklanıyoruz.

 

 

Karanlık maddeyi bulmamızı kolaylaştıran bir diğer özelliği ise Süpersimetri Teorisi sağlıyor: Süpersimetri Teorisine göre, evrende her madde parçacığının ve anti madde parçacığının “süper simetrik” bir kardeşi var. Süpersimetri teorisinin öngördüğü parçacıklardan biri de nötralino…

Öncelikle, bilim adamları evrendeki “soğuk karanlık maddenin” uzayda ışık hızının 1 / 1000’i hızda yol alan nötralinolardan oluştuğunu düşünüyorlar. İki nötralinonun çarpışması sırasında büyük miktarda pozitron açığa çıkıyor. AMS detektörü işte bu pozitronları tespit etmek için tasarlanmış bulunuyor.

 

Uzayda karanlık madde avı

Nötralinolar normal maddeden daha kütleli olduğu için bunlar çarpıştığında büyük enerji açığa çıkıyor ve bu yüzden nötralino çarpışmaları çok sayıda pozitron üretiyor. AMS gerçekten de bu tür yüksek enerjili pozitronlar gözlemledi. Ancak, bunların gerçekten karanlık maddeden mi, yoksa atarcalar veya süpernovalardan mı kaynaklandığını anlamamız gerekiyor.

Bu noktada küçük bir sorun var: Nötralinoların kütlesini bilmiyoruz… Büyük kütleli olduklarını biliyoruz ama ne kadar büyük kütleli olduklarını bilmiyoruz. Nötralinoların kütlesi çok büyükse, uzaydaki karanlık madde çarpışmaları beklediğimizden daha enerjik pozitronlar üretebilir. Bu yüzden, AMS detektörünün pozitronlarda saptadığı 350 GeV enerji değerinden sonra neler olduğuna bakmamız lazım.

 

Pozitronlar nötron yıldızlarından veya süpernovalardan kaynaklanıyorsa, 350 GeV düzeyinden daha enerjik pozitronların uzayın yalnızca belirli bölgelerinde görünmesi gerekir. Çünkü AMS’in menzilindeki nötron yıldızları ve süpernovalar uzaya eşit olarak dağılmamıştır, bunlar sadece galaksinin belirli bölgelerinde görülmektedir. Ayrıca bu pozitronları karanlık madde yerine nötron yıldızları ile diğer kaynaklar üretiyorsa, süpersimetri teorisine göre, evrende gözlemlenen 350 GeV’den daha yüksek enerjili pozitronların sayısının yavaş yavaş azalması gerekiyor.

 

Oysa pozitronlar karanlık maddeden kaynaklanıyorsa, 350 GeV’den daha yüksek enerjili pozitronların sayısının “aniden azalması” gerekecektir. Artık bu azalma 450 GeV’de mi olur, 1000 GeV’de mi bilemiyoruz. Dediğim gibi nötralinoların kütlesini bilmiyoruz… Pozitronlar kendilerini üreten nötralinonun kütlesinden daha yüksek enerjiye sahip olamayacağı için, AMS bir kez maksimum enerji düzeyini tespit ettikten sonra, pozitron enerji düzeyleri aniden azalacaktır. Pozitronların karanlık maddeden kaynaklandığından emin olmanın yolu bu ani azalmayı tespit etmektir.

 

 

Karanlık maddeyi bulma yarışı devam ediyor

AMS verileri iki noktada umut verdi: Birincisi karanlık maddenin uzayın her yanına eşit biçimde dağıldığı düşünülüyor. AMS’in gözlemlediği pozitronlar da uzaya eşit biçimde dağılmış durumda. Bu, karanlık madde için atılan bir gol demek :). İkinci gol, pozitronların enerji değeri… AMS’in gözlemlediği pozitronların sayısı ve enerjisi fizik teorilerinin karanlık madde için öngördüğü şekilde arttı.

Ancak, AMS detektörü henüz yeterli sayıda yüksek enerjili pozitron göremedi. Bu nedenle 350 GeV düzeyinden sonra evrendeki pozitron sayısının aniden azalıp azalmadığını bilmiyoruz. AMS, Endeavour uzay mekiği tarafından dünya yörüngesine taşındığı günden bu yana hiç ara vermeden gözlem yapıyor. Ancak 18 aylık gözlem süresi yeterli değil ve AMS uzayda daha uzun yıllar boyunca araştırma yapmak zorunda. Neyse ki AMS’in zamanı bol ve Uluslararası Uzay İstasyonu hurdaya çıkana kadar işini tamamlamış olur.

Zaten AMS olmazsa rekabet var! Amerikalılar karanlık maddenin varlığını kanıtlayamazsa bu görev CERN’e düşecektir. 2015 yılında tekrar çalışmaya başlayacak olan parçacık hızlandırıcısı CERN, parçacıkları bu kez daha hızlı çarpıştırarak karanlık maddeyi AMS’ten önce bulacaktır. Bakalım nötralinoları önce uzayda mı, yoksa laboratuarda mı göreceğiz?

 

AMS detektörü ve uzayda karanlık madde avıyla ilgili belgesel: