Karanlık Madde’nin olmadığı bir evren simüle edildi

Matt Williams

1960’lardan beridir, astronomlar ve kozmologlar arasında evrenin çok büyük bir kısmının görünmeyen, gizemli bir kütleden (‘Karanlık Madde’ olarak bilinir) oluştuğuna ilişkin genel bir fikir birliği mevcut. Bilim insanları hâlâ bu kütleyi oluşturmaya aday olan parçacığı tanımlayamamış olsalar bile, dolaylı testler ve simülasyonlar (bilgisayar canlandırmaları/ç.n.) evrenin şu anki haliyle var olabilmesi için Karanlık Madde’nin var olması gerektiğini gösteriyor.

Şaşırtıcı bir çabanın neticesinde, Avrupalı araştırmacılardan oluşan bir ekip, Karanlık Madde’in olmadığı bir evrenin nasıl görüneceğine dair bir simülasyon gerçekleştirdi. Ekip, ‘Modified Newtonian Dynamics’ (MOND/Uyarlanmış Newton Dinamikleri) adıyla bilinen alternatif bir teoriyi kullanarak, galaksilerin şu anda evrende gördüğümüze çok benzediği bir bilgisayar simülasyonu oluşturdu. Bu bulgular, modern kozmolojinin en kalıcı gizemlerinden birini çözmemize yardımcı olabilir.

Bonn Üniversitesi’nde Helmholtz Radyasyon ve Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Prof. Pavel Kroupa tarafından yönetilen çalışmada elde edilen bulgular yakın zamanda Astrophysical Journal dergisinde yayınlandı ve Yıldız Popülasyonları ve Dinamikleri Araştırma Grubu (SPODYR) tarafından gerçekleştirildi. Kroupa’ya SPODYR doktora üyesi Nils Wittenburg ve Strazburg Üniversitesi Araştırma Direktörü Benoit Famaey de eşlik etti.

NEWTON YASALARIYLA ÇELİŞEN BİR TEORİ UYGULANDI

Kütle çekiminin (ölçeğe bağlı olarak) daha önce düşünülenden farklı şekilde davrandığını varsayan bu teori, ilk olarak İsrailli fizikçi Prof. Dr. Mordehai Milgrom tarafından önerildi; bu nedenle ‘Milgrom kütle çekimi’ adıyla da anılıyor. Bu teori uyarınca, iki kütle arasındaki çekim, Newton’un ‘Hareket Yasaları’na’ (yani Evrensel Kütle çekimi yasalarına) sadece belirli bir noktaya kadar uyuyor.

Galaksilerde olduğu haliyle daha düşük ivmelerde, kütle çekiminin etkisi çok daha güçlü bir hale gelir. Kısacası, bir cismin çekim gücü yalnızca kendi kütlesine değil, aynı zamanda diğer nesnelerin yakınlarda olup olmadığına da bağlıdır. Bu teori, galaksilerin dönme hızlarının bir sonucu olarak neden parçalanmadığına ilişkin olası bir açıklama sunuyor.

Bu bağlamda MOND cazip bir teori; zira (henüz doğrulanmamış haldeki) Karanlık Madde’nin varlığını tam anlamıyla gereksiz kılıyor. Bununla birlikte MOND, Wittenberg ve meslektaşlarının ele almaya çalıştıkları büyük oranda kanıtlanmamış ve denenmemiş bir teori olarak kalmaya devam ediyor. Araştırma ekibi Famaey’in yardımıyla, MOND’un mümkün olduğu bir kozmosu simüle etmek için kütle çekimsel hesaplamaları yapan (ve kendilerinin tasarladığı) bir bilgisayar yazılımı kullandı.

Bu çalışma, Büyük Patlama’dan 100 bin ilâ 300 bin yıl sonra oluştuğu düşünülen ilk yıldızların ve galaksilerin ortaya çıkışını ve o zamandan beridir nasıl geliştiğini simüle etmekten oluşuyordu. İlgi çekici bir şekilde buldukları şey, bilgisayar tarafından üretilen galaksilerdeki yıldızların dağılımının ve hızının şu anda evrende görülenlerle aynı modeli izlediği oldu.

Çalışmanın başyazarı Wittenburg şunları aktarıyor: “Çoğu açıdan, elimizdeki sonuçlar aslında teleskoplarla gözlemlediğimize çok yakın bir görüntü sunuyor. Üstelik, simülasyonumuz büyük oranda Samanyolu ve bildiğimiz neredeyse tüm diğer büyük galaksiler gibi dönen disk galaksilerinin oluşumuyla neticelendi. Öte yandan, Karanlık Madde simülasyonları, ağırlıklı biçimde farklı madde diskleri olmadan da galaksiler yaratıyor; bu, açıklanması zor olan gözlemlere dair bir tutarsızlık.”

Bunlara ek olarak, MOND simülasyonu, süpernovaların sıklığı ve bunların galaksilerdeki maddelerin dağılımı üzerindeki etkileri gibi parametrelerdeki değişikliklere karşı neredeyse bağışıklık kazanmıştı. Bununla birlikte, Karanlık Madde’nin var olduğu kabul edilen simülasyonlarda, bu parametrelerdeki değişiklikler önemli bir etkiye neden oldu. Bu, MOND simülasyonlarının tüm bağlamlarda doğru olduğu anlamına gelmiyor.

Örneğin, simülasyonlar maddenin dağılımı ve evrenin ilk dönemlerindeki mevcut koşullar hakkında gayet basit öngörülere dayanıyordu. Prof. Kroupa, “Simülasyonumuz yalnızca bir ilk adım” diyor. “Şimdi hesaplamaları tekrar yapmak ve daha karmaşık etkilerde bulunan faktörleri de dahil etmek zorundayız. Bunları yapınca MOND teorisinin tam olarak gerçeği açıklayıp açıklamadığını göreceğiz.”

GENEL GÖRELİLİK İLE UYUMLU

Her zamanki gibi, evrenin en büyük ölçeklerde ve en uzun zaman dilimlerindeki dinamikleri ve davranışları söz konusu olduğunda, henüz bir karara ulaşılamadı. Karanlık Madde’nin mevcudiyeti henüz kanıtlanmamış olsa bile, bu, Genel Görelilik ile tutarlı olan tek kozmolojik teori; dur durak bilmeksizin kanıtlanmış bir teori ve kütle çekiminin kozmolojik ölçeklerde nasıl davrandığına ilişkin işe yarar tek hipotez.

Ayrıca MOND, Karanlık Madde’nin ortaya çıkardığı kuramsal sorunlara bir çözüm sunarken, kendi sorularını ortaya atıyor. Yakın gelecekte, bu gizemi çözmeye yardımcı olabilecek James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ve ESA’nın Öklid misyonu da dahil olmak üzere bir dizi yeni nesil gözlemevleri uzaya gönderilecek.

Bu ve diğer görevler, bizlere, evrenin geometrisine dair daha iyi bir resim ve kozmik genişlemeyle ilgili gelişmiş ölçümler sağlayacak. Bilim insanları, bunlardan yola çıkarak Karanlık Madde’nin kozmik evrimi nasıl etkileyebileceğiyle ilgili daha ileri bir anlayışa ulaşmayı umut ediyorlar; bununla birlikte, henüz tartışma konusu olan başka bir kozmolojik gizem olan Karanlık Enerji’den bahsetmiyoruz bile!

Yazının aslı Universe Today sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)