Ana sayfa 136. Sayı Karanlık madde, “karanlık kuvvet” etkileşimine giriyor olabilir

Karanlık madde, “karanlık kuvvet” etkileşimine giriyor olabilir

143
PAYLAŞ
Hubble Uzay Teleskobu’nca yakalanan bu görüntüde, Abell 3827 galaksi kümesindeki dört galaksinin çarpışması görülüyor.

Çeviren: Hakan Sert

Onlarca yıldır süren karanlık madde araştırmaları, genellikle karanlık maddenin ne olamayacağına dair çıkarsamalar üretiyor. Ancak bu artık değişmiş olabilir: Çarpışmakta olan dört galaksi üzerinde yapılan yeni çalışma, ilk kez normal maddenin etkilenmediği; sadece karanlık maddenin katıldığı ve kütleçekimsel olmayan bir etkileşmenin varlığını savlıyor. Bulgular evrenin yüzde 24’ünü oluşturan karanlık madde için önemli nitelikte olabilir. Eğer sonuçlar doğruysa karanlık madde anlayışımız tümüyle değişecek.

Olguları açıklayan en basit mekanizma, bilimde öncelikli tercihtir. Aynı olguyu başarıyla açıklayan karmaşık tezler elenirken, basit olanlar geçerlilik kazanır. Aynı şekilde kendi içinde etkileşen karanlık madde tezi, daha önceleri ortaya atılmış olsa da, Occam’ın usturasının keskin tarafıyla karşılaşmış ve kabul görmemiştir. Nasıl ki baryonik etkileşmelerin gerçekleşebilmesi için temel kuvvetler ve kuvvet taşıyıcı bozonlar mevcut ise, karanlık maddenin kendi içerisinde etkileşime girmesi de beraberinde yeni bir “karanlık kuvvet” ve kuvvet taşıyıcı “karanlık bozon” gerektirir. Böyle bir karmaşaya girmek yerine tek parçacıktan meydana gelen, madde ve kendi arasında çok nadir etkileşen veya hiç etkileşmeyen karanlık madde modeli benimsenmiş ve ana akım açıklama biçimi olmuştur.

Şili’de bulunan Very Large Telescope’nin MUSE (çok üniteli spektroskopik gözleyici) enstrümanı ve bununla birlikte Hubble Uzay Teleskobu kullanılarak yapılan yeni çalışmada ise Abell 3827 galaksi kümesindeki dört galaksinin çarpışması gözlemlenerek, karanlık kuvvet ve karanlık bozonun var olabileceğine dair sinyaller ilk kez raporlandı.

Görünmez karanlık maddeyi tespit edebilmek için genel göreliliğin öngördüğü fiziksel fenomen olan kütleçekimsel merceklenmeden yararlanıldı. Merceklenme, kütlenin uzay-zamanı büktüğü durumlarda gerçekleşir: Kütle, adeta bir mercek gibi davranır ve büktüğü uzayın yakınından geçen ışığı odaklar. Normalde bize ulaşmaması gereken gökcisimlerinden gelen ışık, kütleçekimsel merceklenmeyle bize ulaşabilir.

Abell 3827, karanlık maddenin yoğun, dolayısıyla uzay-zaman bükülmesinin de fazla olduğu bir galaksi kümesidir. Kümenin arkasındaki uzak mesafelerden gelen ışık, küme tarafından bükülmeye uğrayarak Dünya’ya ulaşır. Işığın bükülme açılarından faydalanarak da kümenin içerdiği karanlık madde miktarı hakkında bilgi sahibi olunabilir. Bahsi geçen çalışmada, çarpışan galaksilerden en az birindeki karanlık maddenin, galaksideki yıldız ve diğer bilindik maddeden 5000 ışık yılı mesafeyle ayrıştığı gözlemlendi. Ayrışmanın açıklaması ise karanlık maddenin diğer galaksilerdeki karanlık maddeyle etkileşime girerek yavaşladığı ve bu şekilde normal maddenin arkasında kaldığı şeklinde yapıldı.
Benzer etkileşme birbiri yakınından geçen iki protonda gözlenebilir: Elektromanyetik etkileşme parçacığı olan foton aracılığı ile protonlar birbirine itici kuvvet uygular.

Mekanizma aynı olsa da karanlık madde herhangi bir elektromanyetik etkileşmeye girmez; bu itimi sağlayabilecek tek kuvvet, yeni bir karanlık kuvvet ve kuvvet parçacığı olmalıdır.

Çalışmanın öncüleri, sonuçlar karşısında oldukça temkinli. Takım üyesi David Harvey, “Bu oldukça heyecan verici. İlk kez kütleçekimsel olmayan bir etkileşme gözlenmiş olabilir. Ancak yine de daha fazla obje üzerinde gözlem yapılması gerek” diyor ve gözlemlerinin henüz kanıtlanmadığını yineliyor. Bulguların başka olası açıklamaları da olabilir: Teleskoplarda gözlenen desenlere Dünya’nın görüş açısında olmayan başka bir kümedeki karanlık maddenin sebep olması olasılıklar dahilinde.

Kendi içinde etkileşen karanlık madde, karanlık kuvvet ve karanlık foton modelinin, klasik tek parçacık açıklaması kadar basit değil, fakat oldukça makul olduğunu düşünen Weiner, “Karanlık maddenin kendi içinde etkileştiği fikrine bizi yönlendiren temel motivasyon noktası standart model oldu. Standart model içerisinde farklı etkileşim kuvvetleri ve farklı aracı parçacıklar var. Bu bakış açısıyla karanlık maddenin de kendi etkileşim kuvvetlerinin olması doğal gözüküyor” diyor.

Mekanizma aynı zamanda tek parçacık modelinin öngörüleri ile gözlemler arasındaki uyuşmazlığı da ortadan kaldırıyor. Örneğin tek parçacık modeli galaksi merkezlerinin daha yoğun olması gerektiğini savlamaktadır. Kendi içinde etkileşen karanlık madde ise galaktik merkezde çarpışıp merkezden uzaklaşabilir. Böylece gözlenen merkezsel seyrekliğe mantıklı bir açıklama da getirilmiş olur.

Şimdiye dek galaksi çarpışmaları gözlemlerinde kendi içinde etkileşen karanlık madde gözlemlenemedi. Karanlık maddenin varlığına dair ilk güçlü delillerden birini sunan, oldukça yoğun galaksi çarpışmalarının meydana geldiği Bullet kümesinde yapılan kütleçekimsel merceklenme gözlemleri, karanlık maddenin görünür maddeden ayrıştığını ortaya koymuştu; fakat karanlık maddenin kendi içerisinde etkileşime girdiğini savlayacak yeterli bir ayrışma gözlemlememişti. Ancak 2006’daki Bullet kümesi çalışmalarında bulunmuş Maruša Bradač, yeni sonuçların Bullet kümesi sonuçlarıyla çelişmediğini vurguluyor. Yakın zamanda yapılan bir başka çalışmada ise 72 galaksi kümesi çarpışması gözlemlenmiş ve yine kendi içerisinde etkileşen karanlık maddeye dair herhangi bir iz bulunamamıştır. Fakat dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta ise, Bullet ve diğer çalışmada Abell 3827’deki gibi galaksilerin değil galaksi kümesi çarpışmalarının gözlemlenmiş olduğu. Galaksilerin çarpışmaları, kümelerin çarpışmalarından görece daha yavaş olur. Etkileşime girebilmek için yeterli zamanı küme çarpışmalarında bulamayan karanlık madde, galaksi çarpışmalarında bulabilir. Dolayısıyla doğru sınamaların galaksi kümelerinden değil, galaksilerden gelmesi gerekir. “İncelediğimiz diğer kümelerdeki galaksilerde de çarpışmalar mevcut, fakat hiçbiri Abell 3827’deki kadar işe yarar nitelikte değil” diyen Harvey, gelecekte yapılacak gözlemlerin yeni galaksi çarpışmalarını ortaya çıkaracağından umutlu.