İlkin Karanlık Madde Evrenden Eski Olabilir mi?

Amerikalı fizikçiler yaptıkları yeni simülasyonda, evrendeki maddenin yüzde 80’ini oluşturan karanlık maddenin büyük patlamadan önce oluşmuş olabileceğini gösterdiler. Peki galaksileri içindeki yıldızlarla birlikte bir arada tutan görünmez madde gerçekten evrenden eski mi? Yoksa evreni karanlık madde mi oluşturdu? John Hopkins Üniversitesi fizikçileri ilkin karanlık madde teorisini araştırdı.

İlkin karanlık madde nereden çıktı?

Önceki karanlık madde nedir yazısında anlattığım gibi, evrendeki normal madde miktarı uzayda bulunan irili ufaklı yaklaşık 10 trilyon galaksiyi oluşturmaya yeterli değil. Galaksilerin içindeki normal madde ve yıldızların toplam kütlesi, Samanyolu ile diğer gökadaları bir arada tutmak için gereken yerçekimini sağlamıyor.

Öte yandan, galaksi diskindeki yıldızların dönme hızına baktığımız zaman, galaksi kütlesinin de olması gerekenin yaklaşık 5 katı olduğunu görüyoruz. Aradaki ek maddeyi, kütleyi ve dolayısıyla yerçekimini karanlık madde sağlıyor. Ayrıca, birleşen galaksilerdeki gaz ve toz bulutlarının görünmez madde duvarlarına çarparak geri sektiğini görüyoruz. Bu da karanlık madde olduğunu gösteriyor.

Ancak, görünmez madde süper sıvı mı, elektrikli karanlık madde ile steril nötrino var mı, hayalet parçacık nötrinoyla kuasar keşfettik, ilk kara delikleri karanlık madde mi oluşturdu ve mikro kara delikler karanlık madde değil yazılarında belirttiğim gibi, bunun ne olduğunu henüz bulamadık.

Ne yazık ki karanlık enerji karşısında evreni bir süre daha bir arada tutacak olan bu gizemli madde türünü bulmak için yaptığımız deneyler ve kurduğumuz bütün detektörler başarısız oldu. Öyle olunca da bilim insanları fizikteki klasik sıcak ve soğuk karanlık madde modeli yerine, ilkin karanlık madde teorisini geliştirdiler. Peki ilkin karanlık madde nedir ve neden evrenin doğumundan eski olabilir?

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

 

İlkin karanlık madde gerekçeleri

Fizikçiler evrenin doğumundan önce oluşmuş olabilecek kara delikleri ilkin kara delik olarak adlandırıyorlar. Bu nedenle evreni doğuran büyük patlamadan kısa bir süre önce ortaya çıkmış olabilecek karanlık maddeyi de ilkin karanlık madde olarak isimlendiriyorlar.

Ancak, ilkin karanlık madde teorisini anlamak için iki noktaya değinmek lazım: 1) Karanlık maddenin evrenden önce oluşmuş olması, karanlık maddenin bugünkü galaksileri oluşturma şeklini pek değiştirmeyecek. Kısacası ilkin karanlık madde teorisi, diğer karanlık madde teorilerinin tersine, yeni bir fizik gerektirmekle birlikte galaksilerin oluşumunu başka bir şekilde açıklamayı gerektirmiyor.

2) Bugün fizikte yaygın kabul edilen görüşe göre, evren büyük patlamadan sonra çok ama çok kısa bir süre için ışıktan hızlı genişledi. Buna kozmik enflasyon diyoruz ve bu teori bizi evrenin oluşumuyla ilgili üç ayrı dertten kurtarıyor:

• Evrenin çapı neden yaşından büyük?
• Evrende madde neden büyük ölçeklerde eşit ölçüde dağılıyor, ama küçük ölçeklerde son derece dağınık oluyor?
• Ve evren boşluktan nasıl oluştu (kuantum salınımlara bağlı sonsuzluk probleminin çözülmesi).

Yukarıdaki linklerde görebileceğiniz gibi kozmik enflasyonun çözdüğü bütün sorunları tek tek anlattım. Sonsuzluk konusunu Zaman Büyük Patlamayla mı Akmaya Başladı? yazısında ele aldım ve evrenin kuantum salınımlarından türemiş olabileceği varsayımını da Kozmik Darwinizm başlığıyla inceledim. Peki karanlık madde evrenden önce ortaya çıktıysa ne olacak? Şimdi bunu görelim.

İlgili yazı: Kayıp Kuzenlerimiz Denisova İnsanlarını Tanıyalım

 

İlkin karanlık madde kökeni

Yeni teoriye göre, karanlık madde büyük patlamadan sadece 10^-32 saniye önce ortaya çıkmış olabilir. Bu varsayımın nedeni sıcak ve soğuk karanlık madde teorilerinin başarısız olmasıdır (Açıkçası karanlık maddenin varlığını kanıtladık, ama sıcak ve soğuk karanlık madde parçacıklarını bir türlü bulamadık).

İkincisi karanlık maddenin sadece yerçekimi ve belki de zayıf nükleer kuvvetle etkileşim kurduğunu biliyoruz; çünkü karanlık maddeyi göremiyoruz ki görünmez olması için de ışığı oluşturan fotonlarla hiçbir etkileşim kurmaması gerekiyor. Fotonlar elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı olduğu için karanlık maddenin de elektrik alanları ve manyetik alanlardan etkilenmemesi gerekiyor.

Öte yandan, birçok kozmoloji teorisi en azından kütleçekim kuvvetinin, büyük patlamadan sonra ilk ortaya çıkan kuvvet olduğunu gösteriyor. Daha ileri giderek büyük patlama anındaki yüksek sıcaklık ve basınçta bütün diğer fizik kuvvetlerinin kütleçekim altında birleştiğini söyleyen bilim insanları da var.

İşte ilkin karanlık madde büyük patlamadan önce ortaya çıktı diyen fizikçiler de yerçekimiyle ilgili bu varsayımdan esinlendiler.

Galaksilerin oluşumuna etkisi

Her ne kadar karanlık maddenin evrenden eski olması onun galaksilerin oluşumuna etkisini pek değiştirmeyecek olsa da galaksi oluşum modellerinde bazı değişiklikler yapmamız gerekecek. Galaksiler yine karanlık madde topaklarının yerçekimiyle toplanan dev gaz ve toz bulutlarından doğmuş olacaklar; ama süper galaksi kümelerinin evrene dağılımı değişebilecek.

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Peki bu ne anlama geliyor?

Bu kozmik enflasyon teorisinin tersine, karanlık maddenin evrenden eski olup olmadığını bugünkü galaksilere bakarak kanıtlayabileceğimiz anlamına geliyor! Biz de önümüzdeki 10 yılda daha gelişmiş teleskoplar kullanarak evreni gözlemleyip yeni karanlık madde teorisini test edebileceğiz.

Bu deneyler neden 10 yıl sürecek derseniz: Evrenden eski ilkin karanlık madde varsa galaksilerin uzaydaki dağılımını etkileyecektir. Dolayısıyla bizim de yeni modeli test etmek için evrendeki galaksilerin büyük kısmını taramamız gerekiyor. 10 yılda bütün evreni tarayamayız; ama 10 yıl içinde yeterince büyük bir galaksi popülasyonunu numune olarak kullanabiliriz.

Johns Hopkins Üniversitesi’nden Tommi Tenkanen’e göre işin en heyecan verici yanı ise “İlkin karanlık maddenin, evrenin nasıl oluştuğuna dair yeni bir şey söyleyebilecek olmasıdır.” Belki de karanlık maddeyi kullanarak kozmik enflasyon modelini de test edebileceğiz. 😮

İlgili yazı: Kuantum Darwinizm: Evren Doğal Seçilimle mi Oluştu?

 

Gelişi muhteşem olacak

Gerçekten de ilkin karanlık maddenin gelişi muhteşem olabilir: Sonuçta kozmik enflasyon teorisine göre, evren öncesi sanal uzayda geçen ilk 5,39106(32) × 10⁻⁴⁴ saniyede, yaklaşık 10^-28 cm genişliğinde bir yama kendiliğinden (?) ortaya çıktı. Bu küçük uzay parçası da 10^-36 ile 10^-32 saniye arasında ışıktan trilyonlarca kat hızlı genişledi. Öyle ki her 10^-28 saniyede yamanın büyüklüğü iki kat arttı.

Sonuçta kozmik enflasyon sona erdiğinde, uzayın büyüklüğü 1 cm çapındaki bir küreye eşit olmuştu ve şişmenin sona ermesiyle ortaya çıkan enerji de büyük patlamayı yarattı (evrendeki temel parçacıklar ve ilk atomlar büyük patlamanın enerjisiyle oluştu).

Ancak, karanlık madde büyük patlamadan önce oluştuysa büyük patlamanın nasıl meydana geldiğini de açıklayabilir. Büyük patlamayı tetikleyen faktörlerden biri de karanlık madde olabilir! 😮 Gerçi ben entropi zehirlenmesi nedeniyle karanlık maddenin evrenden eski olabileceğini sanmıyorum (aynı sebeple büyük sekme modeline de katılmıyorum) ama son kararı bilimsel kanıtlar verecektir.

Sonuçta ilkin karanlık madde teorisinin bir sebebi de CERN parçacık hızlandırıcısında yapılan deneyler. Bunlarda karanlık madde bulunamamış olması, karanlık maddenin evrenden eski olabileceği varsayımını güçlendiriyor.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Karanlık maddesiz olmaz

Özetle karanlık madde, evren 1 milyar yaşına ulaştığı zaman gözle görülür bir etki yaratmaya başladı. Öyle ki büyük patlamadan sonra evrenini içine örümcek ağı gibi kılcal damarlar halinde yayılan görünmez karanlık madde, galaksilerin oluşması için gereken yerçekimi alanlarını oluşturdu.

Galaksilerin nüvesi olan gaz ve toz bulutları, görünmez karanlık madde bulutlarının içinde toplanarak kendi üzerine çökünce ilk yıldızlar ile mini galaksiler ortaya çıktı. Ardından bu galaksiler içinde bulundukları karanlık maddenin etkisiyle diğer mini galaksileri üzerine çekip onları yutarak birleştiler. Böylece cüce galaksiler ve nihayet Samanyolu gibi tam boy çubuklu sarmal galaksiler ortaya çıktı.

Biz de 2022 yılında uzaya fırlatılacak olan Öklit teleskopuyla gökyüzünü tarayacak ve evrenin doğumundan kalan ilk ışığın izi olan kozmik mikrodalga artalan ışımasındaki (CMB) süper küçük sıcaklık farklarına bakacağız. Kısacası 2013 tarihli Planck uzay teleskopundan bu yana, bebek evrenin en detaylı haritasını çıkaracağız.

İlgili yazı: Yaşadığımız Evren Nasıl Yok Olacak?

 

İlkin karanlık madde ve kainat

İşte o zaman bugünkü galaksilerin çekirdeği olan o küçük ısı farklılığı beneklerini çok kesin olarak ölçeceğiz. Böylelikle galaksilerin de büyük patlamadan önce oluşmuş olan ilkin karanlık madde sayesinde meydana gelip gelmediğini anlayacağız.

Sonuçta CMB haritasındaki termal benekler (resimdeki küçük kırmızı, sarı, mavi ve yeşil noktalar) uzaya rastlantısal olarak değil de seçmesi zor olsa bile, süper ince detaylar halinde yayılıyorsa işte bu ince düzenin ana sebebi, büyük patlamadan önce ortaya çıkan ilkin karanlık madde olacak.

Ben de Öklit uydusu ile yeni geliştirilen diğer karanlık madde teorilerini önümüzdeki günlerde yazacağım. Peki Vücudunuzun Yarısının Başka Galaksiden Geldiğini ve Başka Galaksilerde Binlerce Öte Gezegen Keşfettiğimizi biliyor musunuz? Bu konudaki merakınızı hemen giderebilir ve Samanyolu ile Andromeda’nın nasıl çarpışacağına şimdi bakabilirsiniz. İyi bayramlar ve mutlu tatiller.

Karanlık maddeyi nasıl arıyoruz?

¹Dark Matter from Scalar Field Fluctuations