Karanlık Madde Teorileri Modifiye Yerçekimine Karşı

Karanlık madde nedir ve evrende neden karanlık maddeye gerek var? Peki karanlık maddeye alternatif olan modifiye yerçekimi teorisi nedir? Modifiye yerçekimi karanlık maddenin açıklayamadığı olayları açıklayabilir mi? Karanlık madde teorileri mi, yoksa modifiye yerçekimi mi? İkisi birden mi yoksa hiçbiri mi? Galaksilerle galaksi kümelerinin oluşumu karanlık madde ve modifiye yerçekimiyle nasıl açıklayabiliriz? Bu ikisini birleştirmek için nasıl bir yaklaşım benimsemek gerekiyor?

Karanlık madde ve modifiye yerçekimi

Karanlık madde kavramı 1930’larda galaksiler ve galaksi kümelerinin oluşumunu açıklamak için ortaya atıldı. Oysa aradan geçen 90 yılda, özellikle de modern karanlık madde teorilerinin geliştirdiği son 20 yılda fikirler değişti. Karanlık maddenin karanlık parçacıklardan oluştuğunu söyleyen teorilere karşı görelilik teorisini değiştiren modifiye yerçekimi teorileri ortaya atıldı. Evrende sadece karanlık madde parçacıkları veya modifiye yerçekiminin açıklayabildiği olaylar var. Buna karşın hiçbiri galaksilerle ilgili her şeyi açıklayamıyor. Öyleyse karanlık madde nedir, neden gerekli ve nasıl çalışıyor?

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

 

Karanlık madde teorileri nedir?

Bu madde türü evrenin madde–enerji içeriğinin yüzde 24’ünü ve maddenin yüzde 80’ini oluşturan, bildiğimiz ışık saçan maddeden yaklaşık 4 kat fazla olan varsayımsal madde türüdür. Karanlık maddenin ne olduğunu bilmiyoruz ama elektromanyetik radyasyondan, yani ısı ve ışıktan etkilenmediğini biliyoruz. Kısacası bu madde görünmezdir ve ben de başlıca karanlık madde teorilerini yazdım. Buna karşın karanlık maddeyi karanlık enerjiyle karıştırmamak gerekiyor. Karanlık madde parçacıkları varsa tabii kütle–enerji eşdeğerleri olacaktır ama bu bağlamdaki enerji karanlık enerji değildir.

Bu enerji evrenin daha hızlı genişlemesini sağlıyor. Karanlık parçacıklar ise galaksilerin daha hızlı dönmesine yol açıyor ama birazdan göreceğimiz gibi marifetleri bununla sınırlı değil. Peki karanlık madde nedir? Gerçekten parçacık mı, yoksa modifiye yerçekiminde olduğu gibi bir enerji alanı mıdır? Fizikçilerin büyük kısmı karanlık maddenin parçacıklardan oluştuğunu düşünüyor. Bu işle en çok parçacık fizikçileri ilgilendiği ve parçacıklar hem parçacık hem de dalga (yani alan) gibi davrandığı için böyle düşünmeleri de normal.

Sonuçta bugüne dek yerçekimi hariç bütün fizik kuvvetlerini parçacıklarla açıkladık. Galaksilerin karanlık maddeye ilişkin sağladığı verileri açıklamak için süpersimetrik parçacıklar ya da axionlar gibi öneriler getirdik. Er ya da geç fizikçilerin karanlık madde parçacık ya da parçacıklarını bulup Nobel fizik ödülü kazanacağına inandık. Oysa öyle olmadı. Fizikçiler 1980’lerin ortalarından beri karanlık madde parçacıklarını ölçmeye çalışıyor ama sıfıra sıfır, elde var sıfır. Verilerde karanlık maddeye işaret edecek anormalliklerin yeni parçacıklarla hiçbir ilgisi olmadığı ortaya çıktı. Öte yandan galaksilerle ilgili gözlemleri parçacıklarla açıklamak da gittikçe zorlaşmaya başladı. 😮 Bunu nasıl çözerdik?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Karanlık madde teorileri neyi açıklıyor?

Bu teorinin açıklayamadıklarına geçmeden önce neyi açıklayabildiğine bakalım. Karanlık maddenin varlığını gösteren ilk ipucu 1930’larda galaksi kümeleriyle ortaya çıktı. Birkaç yüz ila birkaç bin galaksi içeren galaksi kümelerindeki galaksiler yıldızlar gibi ışık saçan normal maddeyle açıklanamayacak kadar hızlı dönüyordu. Bunun için galaksi kümelerinin kütlesinin görülenden 4 kat fazla olması gerekiyordu. Görünmez karanlık madde buna izin veren ek yerçekimini sağlayacaktı.

Böylece Fritz Zwicky 1930’larda karanlık madde kavramını ortaya attı. İkinci kanıt ise galaksilerin içinden geldi. Galaksi diskindeki yıldızlar galaktik merkeze ne kadar yakınsa o kadar hızlı ve ne kadar uzaksa o kadar yavaş döner. Oysa galaksi diskinin kenarlarındaki yıldızlar neredeyse galaktik merkezdeki yıldızlar kadar hızlı dönüyordu. Astrofizikçiler buna düz rotasyon eğrisi sorunu dediler; çünkü söz konusu anormallik yıldız hızını gösteren grafiklerde düz eğriler olarak kendini gösteriyordu. Karanlık madde galaksilerdeki yıldızları bir arada tutan ek yerçekimini sağlıyordu.

Üçüncü kanıt yerçekimi merceğinden geliyordu. Buna göre kütle uzayı ve dolayısıyla ışık ışınlarının aldığı yolu büker. Galaksiler büyük kütleye sahiptir ve arkadaki yıldızlardan gelen ışığı bükerek odaklar. Böylece Dünya’dan göremeyeceğimiz kadar uzak olan cisimlerin ışığını odaklayarak bunları görmemizi sağlar. Biz de yerçekimi merceğinin ışığı bükme oranına bakarak galaksi kümelerinin kütlesini hesaplarız. Oysa galaksi kümelerinin toplam kütlesi ışığı gördüğümüz kadar bükmeye yetmiyordu. Peki ya karanlık maddenin varlığını gösteren diğer kanıtlar?

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

Kozmik artalan ışınımı

Bir de evrenin oluşumundan kalan ilk ışığın oluşturduğu kozmik mikrodalga artalan ışıması (CMB) var. Mikrodalga boyundaki CMB sıcaklığı bugün -270 dereceden düşük ve mutlak sıfırdan sadece 2,7 kelvin derece yüksektir. CMB haritası üzerindeki kırmızı benekler biraz sıcak, mavi benekler de biraz soğuktur. Astrofizikçiler bundan yola çıkarak CMB’nin güç tayfını incelediler. Kısacası x, y düzlemindeki dikey eksende beneklerin sayısını ve yatay eksende büyüklüğünü ölçtüler. Öyle ki soldaki beneklerin daha büyük ve sağdaki beneklerin daha küçük olduğu ortaya çıktı. Karanlık madde bunu açıklıyor.

Son olarak madde ve enerjinin evrendeki büyük ölçekli dağılımı var. Bu da pratikle galaksi kümelerinin evrene dağılımından oluşur. Derin uzay gözlemleri ve bunlardan türetilen bilgisayar simülasyonlarında galaksilerin evrene örümcek ağı gibi dağıldığını görürsünüz. Oysa yalnızca normal maddeyle bunu gerçekleştirmek imkansızdır. Galaksilerin kütlesi örümcek ağının ipliklerini oluşturma yeterli değildir. Buna karşın karanlık madde evreni görünmez örümcek ağı gibi sarıyorsa galaksiler bu ağın ipliklerine gerdanlıktaki inci taneleri gibi dizilecektir. Peki ya karanlık maddenin açıklayamadıkları?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Karanlık madde teorileri eksik kalıyor

Çok sayıda karanlık madde teorisi var ve bunlar aşağıda sayacaklarımı açıklamak için geliştirildi. Buna rağmen hiçbiri aşağıdaki olayların tamamını açıklayamıyor. Örneğin karanlık madde varsa küçük galaksilerin merkezlerindeki madde yoğunluğu çok yüksek olmalı. Oysa gözlemler galaksi disklerinin merkezdeki küçük bombe dışında düz olduğunu gösteriyor.

Keza karanlık maddeye göre Samanyolu gibi büyük galaksilerin yüzlerce uydu galaksisi olmalı fakat durum tam tersi… Büyük galaksiler çevresinde en çok birkaç düzine uydu galaksi var. Dahası bu galaksilerin hiçbiri ana galaksinin diskine (ekvatoruna) paralel dönmüyor. Karanlık maddeye göre dönmesi gerekirdi. Bunun dışında galaksilerin kütlesi en dış yıldızların dönme hızının dördüncü üssüyle bağıntılıdır. Buna baryonik Tully-Fisher ilişkisi deriz ve gözlemlerde bunu görüyoruz. Karanlık madde bu ilişkiyi açıklamıyor. Ona bakarsanız Renzo kuralını da ihlal ediyor.

Nitekim galaksilerin rotasyon (kendi çevresinde dönüş) eğrisine bakarsanız yıldız ışığı yoğunluğunu gösteren grafik eğrisindeki dalgalanmaların yıldızların galaktik merkez çevresindeki dönüş hızı eğrisindeki dalgalanmalarla eşleştiğini görürsünüz. Oysa karanlık maddenin normal maddeye baskın çıkan yerçekiminin yıldız ışığıyla rotasyon hızı arasındaki bütün bağıntıları silmesi gerekir.

Mermi galaksi kümesi

Mermi kümesi genellikle karanlık madde parçacıklarına kanıt olarak gösterilir. Buna göre galaksiler çarpışırken normal madde görünmez karanlık madde duvarlarına çarparak geride kalır. Böylece galaksiler çarpışır ama serbest gaz ve toz bulutları galaksilerden kopar. Böylece galaksilerin yeni yıldız oluşturacak ham maddesi kalmaz. Karanlık madde yerçekimi ve belki de zayıf kuvvetle etkileştiği için aşırı seyrek görünmez bulutlar oluşturur. Öyle ki her galaksiyi görünmez bir karanlık madde kozası sarar. İşte gaz ve toz bulutları bu kozaya çarparak geride kalır. Oysa gaz ve toz bulutları galaksiden karanlık maddenin izin vermeyeceği kadar yüksek hızlarda kopar. Kısacası mermi galaksi kümesi karanlık maddenin varlığına değil yokluğuna kanıttır. Bu sorunu nasıl çözeriz?

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

 

Karanlık madde teorileri ve simülasyonlar

Mermi kümesi galaksilerinin çarpışma simülasyonlarına ait parametreleri değiştirerek bu senaryoyu karanlık madde teorilerine uydurabilirsiniz. Oysa bu artık basit bir açıklama değil, gözlemleri teoriye uydurmak olur. Kısacası bilimsel açıklama olmaz. Dahası karanlık maddeye bağlı galaksi hareketleri için öngörülerde de bulunmaz. Tek bir durumu açıklamak için karanlık maddeye uyan uymayan diğer tüm gözlemleri dışlamış olursunuz. Peki ya karanlık madde parçacıkları yoksa?

O zaman modifiye yerçekimi var

Modifiye yerçekimi teorisi yerçekimi şiddetinin iki galaksi arasındaki uzaklığa göre değiştiğini söyler. Yerçekiminin şiddeti gezegenler ve yıldızlar arası uzayda değişmez ama galaksiler arası uzayda değişir. Özetle modifiye yerçekimine göre galaksileri açıklamak için ek yerçekimi kaynaklarına gerek yoktur. Bunun yerine yerçekimi yasası yanlıştır ve bunu değiştirmek gerekir. Modifiye yerçekimi karanlık maddenin açıklayamadığı sorunları çözer.

Örneğin çarpışan galaksilerin iç içe geçen karanlık madde kozalarındaki sürtünme problemini çözer. Sonuçta karanlık madde ve dolayısıyla sürtünme yoktur. Galaksilerin gaz ve toz bulutları modifiye yerçekiminin etkisiyle kopar. Tully-Fisher ilişkileri, Renzo kuralı, uydu galaksilerin yörünge açıları, uydu galaksilerin az sayıda olması ve galaksi çekirdeklerindeki düşük madde yoğunluğu sorunlarını da çözer.

Buna karşın kozmik mikrodalga artalan ışımasındaki kaymayı, evrenin gençliğinde yeni oluşan gezegenlerin dağılımını, bu galaksilerin nasıl oluştuğunu açıklamaz. Aynı zamanda galaksilerin içindeki yıldızların dönme hızındaki garipliği de tatmin edici şekilde açıklamaz. Dolayısıyla fizikçiler karanlık madde teorileri ile modifiye yerçekimi arasında bir çekişme olduğunu düşünüyorlar. Olayı bu şekilde görüp anlatıyorlar. Oysa veriler öyle söylemiyor:

Olaya tümüyle deneysel, yani gözlemlere dayalı bilimsel veriler açısından bakarsak en basit açıklama şudur… Karanlık madde evrendeki bazı olayları daha iyi açıklıyor. Diğer gözlemleri de modifiye yerçekimi daha iyi açıklıyor. Bu yüzden tüm bunları salt karanlık madde ya da modifiye yerçekimiyle açıklamak şart değildir. Bu ya biri ya diğeri ya da ikisi birden durumu değildir. Peki ikisini nasıl birleştiririz? Modifiye yerçekimini karanlık madde ve karanlık maddeyi modifiye yerçekimiyle açıklayamayacağımız kesindir. Bir teoriyi diğerinin içinden açıklamak imkansızdır. Öyleyse ne yaparız?

İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?

 

Karanlık madde teorileri için yeni başlangıç

Bilimsel olarak a, b, c olaylarını karanlık maddeyle ve x, y, z olaylarını modifiye yerçekimiyle açıklamamızı engelleyen bir durum yoktur. Oysa karanlık madde artık galaksilerin oluşumu ve hareketini gösteren en basit açıklama değildir. Öte yandan iki teorinin teorik açıdan büyük benzerlikleri var. Biri evrene yeni bir parçacık ekliyor ve diğeri (yerçekimi) yeni alanlar ekliyor.

Kuantum fiziğinde ise parçacıklar kuantum alanlarındaki titreşimlerdir ve her parçacığa kendi dalgası eşlik eder. Sadece bu iki teoride ilgili parçacık ve alanlar farklı şekilde davranır. Öyleyse birbirinden hem radikal şekilde farklı hem de oldukça benzer olan bu iki teoriyi nasıl birleştiririz? Karanlık toz teorisinde olduğu gibi bir faz geçişi tasarlayabiliriz. Buna göre karanlık madde yıldızlar arası göreli kısa mesafelerde faz geçişi yaparak parçacık gibi davranır. Galaksiler arası uzayda ise farklı fazda alan olarak davranır.

Sonuçta maddenin farklı halleri vardır ve bunlara faz geçişi denir. Suyun buz ve buhar hali gibi. Bu durumda karanlık madde sorununu neden karanlık parçacıklar ve modifiye yerçekimiyle çözemediğimiz bellidir. Bunu parçacık fiziği veya alan denklemleriyle değil büyük olasılıkla akışkanlar mekaniğiyle çözebiliriz. Karanlık maddeyi bir tür süper sıvı olarak düşünebiliriz. Siz de karanlık madde parçacıkları nedir diye sorabilir ve yeni karanlık güç ve öz etkileşimli karanlık madde teorisini hemen inceleyebilirsiniz. Karanlık madde yoksunu galaksilerin nasıl parçalandığını araştırıp kara deliklerin karanlık madde olma ihtimalini değerlendirebilirsiniz. Ters psikoloji yapıp yoksa karanlık maddeyle karanlık enerji aynı şey mi diye de sorabilirsiniz. Hızınızı alamayıp gravitonların karanlık madde olma ihtimaline de bakabilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊

Karanlık maddeye karşı kanıtlar

¹Modified gravity or imperfect dark matter: a model-independent discrimination
²Dark Matter = Modified Gravity? Scrutinising the spacetime-matter distinction through the modified gravity/ dark matter lens
³Modified Gravity Explains Dark Matter?
⁴Modified gravity and dark matter