Gökadalar – VIII

C. Karanlık Madde Olasılıkları


Karanlık Madde’nin doğasının araştırılması fizik ve gökbilimde oldukça aktif bir alandır. Bilim adamları onun hangi maddeden oluştuğunu henüz bilmeseler de, çok sayıda olasılığı araştırıyorlar.

Karanlık maddenin başlıca özelliği “karanlık” olması, yani hiç ışık yaymaması. Görünür, x-ışın veya kızılötesi dalgaları yaymıyor. Genellikle radyo veya kızılötesi dalgaboylarında tespit edebildiğimiz büyük hidrojen bulutları da değiller.  Buna ilaveten, karanlık madde, görünen madde ile kütleçekimsel olarak etkileşebilmeli. Bu nedenle karanlık madde gökadalarda veya gökada kümelerinde gördüğümüz kütleçekimsel etkilere neden olabilecek kadar yeterli kütleye sahip olmalı. Büyük hidrojen bulutları karanlık maddenin yaptığını yapacak kadar çok miktarda kütleye sahip değil.

Karanlık maddeye muhtemel aday olarak gösterilen iki ana nesne kategorisinde MACHO’lar ve WIMP’ler bulunuyor. Bu kısaltmalar, bunların neyi temsil ettiğini hatırlamamıza yardım ediyor. Aşağıda bu nesnelerin karanlık maddenin bileşenleri olabileceğine dair artıları ve eksileri listelendi.

MACHO’lar (Yoğun Kütleli Halo Nesneleri – MAssive Compact Halo Objects): MACHO’lar küçük yıldızlardan karadeliklere kadar uzanan bir yelpazedeki nesnelerdir. MACHO’lar normal maddeden (protonlar, nötronlar ve elekronlar gibi) yapılmışlardır. Karadelikler, nötron yıldızları veya kahverengi cüceler olabilirler.

Nötron Yıldızları ve Karadelikler büyük kütleli bir yıldızın süpernovasının nihai sonuçlarıdır. Her ikisi de oldukça büyük kütleli yıldızların süpernova patlamaları sonucunda oluşan yoğun nesnelerdir. Nötron yıldızlarını kütlesi 1.4 ila 3 güneş kütlesi kadardır. Karadelikler ise güneşin kütlesinin 3 katından fazladır. Bir süpernova genellikle geride gaz bulutları bıraktığından, bu nesnelerin “gizli” olması için kalıntıdan oldukça uzağa gitmiş olmaları gerekir.

Artıları: Nötron yıldızları çok büyük kütlelere sahiptir, eğer yalnız kalırlarsa, karanlık ta olabilirler.
Eksileri: Süpernovaların sonucu oldukları için, yeteri kadar yaygın nesneler değillerdir. Bir süpernovanın sonunda, çok miktarda enerji ve ağır elementlerin yayılması gerekir. Bununla birlikte, bunların gökadaların halelerinde yeterli miktarda oluştuğuna dair bu tür bir kanıt yoktur.

Kahverengi Cüceler, Güneş’in kütlesinin % 8’inden daha az kütleye sahiptir, bu kütle yıldızların ışımasını sağlayan nükleer reaksiyonları üretmeye yetmeyecek kadar azdır.

Gökbilimciler MACHO’ları uzak nesnelerden gelen ışık üzerindeki kütleçekimsel etkilerini kullanarak tespit ederler. Einstein kütleçekim teorisini formülleştirirken, büyük kütleli bir nesnenin kütleçekiminin, bir ışık ışınının yolunu, bir merceğin yaptığından daha çok saptırdığını keşfetmiştir. Eğer büyük kütleli bir nesne, uzaktaki bir nesnenin (yıldız veya başka bir gökada) önünden geçerse, uzaktaki nesneden gelen ışık “odaklanır”, ve bu nesneler kısa süreliğine daha parlak görünürler. Gökbilimciler gökadamızın (onu çevreleyen) halesinde bulunan MACHO’ları (genellikle kahverengi cüceleri), gökadanın merkezinde ve Büyük Macellan Bulutu’nda (LMC) bulunan yıldızların parlaklıklarını görüntüleyerek aramaktadırlar.

Bu “kütleçekim mercekleri” tekniğini kullanan gruplardan biri olan MACHO Projesi, 6 yıllık gözlemleri boyunca LMC doğrultusunda yaklaşık 15 merceklenme olayı gözlemiştir.

Araştırmayı gökadamızdaki karanlık maddeye % 20 oranında katkı sağlayan güneşin yarı kütlesine sahip nesnelerle sınırlandırmışlardır.

Artıları: Gökbilimciler kütleçekimsel merceklerin özelliklerini kullanarak hem kahverengi cüceleri hem de diğer yıldızların etrafındaki  büyük gezegenleri gözlemiştir.
Eksileri: Gökbilimciler gökadamızdaki karanlık maddenin hepsinden sorumlu olacak miktarda kahverengi cüce varlığına dair kanıtlar bulamamışlardır.

WIMP’ler (Zayıfça Etkileşen Kütleli Parçacıklar – Weakly Interacting Massive Particles): WIMP’ler normal maddeden yapılmayan atomaltı parçacıklardır.  “Zayıfça etkileşirler” çünkü normal maddenin içinden hiç etkilenmeden geçerler. “Kütleye” sahip olmasına sahipler (parçacıklara bağlı olarak hafif veya ağır olabilirler).  Ana adaylar, nötrinolar, aksiyonlar ve nötralinolardır.

Nötrinolar ilk kez 20. y.y.’ın başlarında fizikçikler tarafından parçacık fiziği etkileşimlerinin doğru çalışmasına yardımcı olması için “icat edilmişlerdir”. Daha sonra keşfedilmişlerdir, ve fizikçi ve gökbilimcilerin evrende ne kadar nötrino bulunduğuna dair bir hesap için iyi bir fikri vardı. Fakat kütlesiz oldukları düşünülüyordu. Bununla birlikte, 1998’de her ne kazar az olsa da kütleye sahip bir nötrino türü keşfedilmiştir. Bu kütle nötrinoların karanlık maddeye önemli ölçüde katkı yapmaları için çok küçüktür.

Aksiyonlar, nötronların elektrik dipol momentlerinin olmayışını açıklamak için önerilen parçacıklardır. Böylece parçacık fiziği ve gökbilimin amacına hizmet etmektedir. Aksiyonlar fazla bir kütleye sahip olmasalar da, Büyük Patlama da oldukça yoğun olarak üretilmiş olabilirler. Güncel aksiyon araştırmaları, gökadamızın halesindeki, güneşteki araştırmaları ve laboratuvar deneylerini de içermektedir.

Nötralinolar süpersimetri olarak bilinen bir fizik teorisinin parçası olarak önerilen başka bir parçacıklar setinin üyesidir. Bu teori ile fizikte bilinen tüm kuvvetler birleştirilmeye çalışılmaktadır. Nötralinolar büyük kütleli parçacıklardır (protonun kütlesinin 30 ila 5000 katı), fakat elektrik yükü olmayan en hafif süpersimetrik parçacıklardır. Gökbilimciler ve fizikçiler, yeraltında gerçekleştirilen deneylerle ya da uzay araştırmaları ile nötralinoların işaretlerine ilişkin izler tespit edebilmek amacıyla yeni yöntemler geliştiriyorlar.

Artıları: Teorik olarak, Büyük Patlama’dan sonraki ilk anlarda, doğru miktarda ve doğru özelliklere sahip çok büyük kütleli atomaltı parçacıklar oluşturulmuş olabilir, bunlar, evrenin karanlık maddesi olabilirler. Bu parçacıklar ayrıca atom-altı fiziğinin doğasını anlamaya çalışan fizikçiler için de önemlidir.
Eksileri: Nötrino, Karanlık Madde’nin ana bileşeni olacak kadar yeterli kütleye sahip değildir. Şimdiye kadar yapılan gözlemlerde aksiyon veya nötralino izine rastlanmamıştır.

Bilim adamlarına karanlık madde bileşenleri olarak MACHO’lar ve WIMP’ler arasındaki karışımları belirlemede yardım eden başka faktörler de mevcuttur. WMAP uydusu ile elde edilen yeni sonuçlara göre, evrenimizi oluşturan maddenin %4’ü normal maddedir. MACHO’ların büyük bir kısmının dışarıda tutulduğu görülmektedir. Evrenimiz’in yaklaşık % 23’ü karanlık maddedir. Buna göre karanlık maddenin büyük çoğunluğu WIMP türündeki maddelerden olmalıdır. Bununla birlikte, evrendeki yapıların evrimi, hızlı hareket eden parçacıkların evrende kümelenmelere yol açması nedeniyle, karanlık maddenin çok hızlı hareket etmediğine işaret etmektedir. Bu nedenle nötrinolar karanlık maddenin bir parçası olsalar da, ana bileşenleri değiller. Aksiyon ve nötralinolar karanlık madde olabilmek için yeterli özelliklere sahipler gibi görünüyorsa da, henüz tespit edilmemişlerdir.

D. Gökadaların Oluşumu

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s