Karanlık maddenin etrafındaki çember daralıyor
Karanlık maddenin ne olduğunu bilmiyor olabiliriz ama bilim insanlarının artık ne arayacaklarına ilişkin daha iyi bir fikirleri var.
Michelle Starr
DUVAR - Fizikçiler, kuantum kütle çekimine dayanarak, karanlık madde parçacıklarının yeni, çok daha katı üst ve alt kütle sınırları üzerinde çalıştılar. Neticede, kütle aralığının daha önce düşünülenden çok daha dar olduğunu keşfettiler.
Bu keşif, evrenle ilgili mevcut anlayışımıza dayanarak, son derece hafif ya da ağır olan karanlık madde adaylarının bu arayışa bir cevap olma ihtimallerinin düşük olduğu anlamına geliyor.
BU YAKLAŞIM İLK KEZ UYGULANDI
İngiltere’deki Sussex Üniversitesi’nden fizikçi ve astronom Xavier Calmet “İlk kez birisi kuantum kütle çekimi hakkında bildiğimiz şeyleri karanlık maddenin kütle aralığını hesaplamak amacıyla kullanmayı düşündü. Tıpkı makalemizi inceleyen bilim insanları gibi, biz de daha önce hiç kimsenin bunu yapmadığını fark ettiğimizde şaşırdık” diyor.
“Yaptığımız çalışma, bazı teorilere göre henüz bilinmeyen bir ek kuvvet olmadığı sürece karanlık maddenin ‘aşırı hafif’ ya da ‘aşırı ağır’ olamayacağını ortaya koyuyor. Bu araştırma, fizikçilere iki şekilde yardım ediyor: Karanlık madde için aranacak alana odaklanıyor ve potansiyel olarak evrende gizemli bir tanımlanmamış ek kuvvet olup olmadığını açığa çıkarmaya yardım edecek.”
Karanlık madde, inkâr edilemez biçimde bildiğimiz evrenin en büyük gizemlerinden biri. Bu, yıldızlar, tozlar ve galaksiler gibi normal maddeyi tespit ettiğimiz farklı yollarla açıklanamayan ve kütle çekimsel etkilerden sorumlu olan gizemli bir kütleye verdiğimiz isim.
Örnek olarak, galaksiler, kütle çekimsel olarak eğer yalnızca kendilerini oluşturan normal maddeden etkileniyorlarsa, olması gerekenden çok daha hızlı dönüyorlar demektir ve kütle çekimsel mercekleme -büyük cisimlerin etrafındaki uzay-zamanın bükülmesi durumu- olması gerekenden çok daha güçlüdür. Bu ek kütle çekimini yaratan her neyse, doğrudan tespit etme yeteneğimizin ötesinde bulunuyor.
YALNIZCA ÇEKİM ETKİSİYLE TESPİT EDİLEBİLİYOR
Onu sadece diğer nesneler üzerindeki çekimsel etkisi aracılığıyla tanıyoruz. Bu etkiden yola çıkarak, orada bir kütle olduğunu biliyoruz. Evrendeki tüm maddelerin kabaca yüzde 80’i karanlık maddeden oluşur. Buna ‘karanlık madde’ denir; çünkü karanlıktır. Ve aynı zamanda gizemlidir de.
Bununla birlikte, karanlık maddenin kütle çekimiyle etkileşime girdiğini biliyoruz ve bu nedenle Calmet ve meslektaşı, fizikçi ve Sussex Üniversitesi’nde astronom olan Folkert Kuipers, varsayımsal bir karanlık madde parçacığının (her ne olursa olsun) kütle aralığını tahmin etmek amacıyla kuantum kütle çekiminin özelliklerini araştırmaya yöneldiler.
Araştırmacılar, kuantum kütle çekiminin, çeşitli kütlelere sahip karanlık madde parçacıklarının var olup olamayacağına dair birtakım sınırlar çizdiğini ifade ediyorlar. Henüz Genel Görelilik Teorisi’nin uzayı büken kütle çekimi tanımını kuantum fiziğinin ayrık parçalarıyla birleştiren sıkı bir kuramsal çalışmamız olmasa da, bu ikisinin birleşiminin her ikisinde de bazı temel özellikleri yansıtacağını biliyoruz. Hâl böyleyken, karanlık madde parçacıkları, parçacıklarının nasıl parçalandığı ya da etkileşime girdiğine ilişkin olarak kuantum kütle çekimi kurallarına uymak zorunda kalacaktır.
BİR ELEME SİSTEMİ GELİŞTİRDİLER
Araştırmacılar, tüm bu sınırları dikkatli biçimde hesaplayarak, şu anki fizik anlayışımıza göre var olması mümkün olmayan kütle aralıklarını elemeyi başardılar.
Sadece kütle çekiminin karanlık maddeyle etkileşebileceği varsayımına dayanarak, parçacıkların dönüşlerine (ing. spin) ve karanlık madde etkileşimlerinin doğasına bağlı olarak, bir parçacığın kütlesinin 10-3 elektron volt ile 107 elektron volt arasında olması gerektiğini belirlediler.
Araştırmacılar, bunun, geleneksel olarak varsayılan 10-24 elektronvolt ilâ 1019 gigaelectronvolt aralığından inanılmaz biçimde daha küçük olduğunu ifade ediyorlar. Ve bu çok önemli; zira WIMP’ler (zayıf etkileşimli büyük parçacıklar) gibi bazı adayları büyük oranda eliyor.
YENİ FİZİK ALANINA KATKI SUNUYOR
Calmet ve Kuipers’a göre, böylesi adaylar daha sonraları karanlık madde gizeminin arkasındaki fail olarak ortaya çıkarsa, bu durum, onların henüz bilmediğimiz bir güçten etkilendikleri anlamına gelecektir.
Bu gerçekten de harika olurdu; çünkü, evrenimizi incelemek ve anlamak için yeni bir olanak sunan ‘yeni fiziği’ işaret ederdi.
Her şeyin ötesinde, araştırma grubunun sınırlamaları, karanlık madde arayışında hesaba katılması gereken yeni bir çerçeve sunuyor; ayrıca nereye ve nasıl bakacağımızı daraltmamıza yardımcı oluyor.
Kuipers, “Bir doktora öğrencisi olarak, bu kadar heyecan verici ve etkili bir araştırma üzerinde çalışabilmek harika bir şey” diyor. “Bulgularımız, deneyciler için çok iyi bir haber; çünkü karanlık maddenin gerçek doğasını keşfetmeye daha da yaklaşmalarına yardım edecek.”
Araştırmanın ayrıntıları Physics Letters B dergisinde yayınlandı.
Makalenin orijinali Science Alert sitesinde yayımlanmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)