Bizi, vücudumuzu, gezegenimizi, güneşi ve parlak galaksileri meydana getiren bildiğimiz normal maddenin aslında evrenin sadece yüzde 5'ini oluşturduğunu söylesek inanır mısınız?

“Nasıl yani?!..  O zaman yıldızlar, galaksiler nasıl bir arada kalabiliyor?”

Eğer bu soruyu soruyorsanız doğru yoldasınız!..

Benzer soruyu ilk kez Fritz Zwicky sordu ve yanıtını da daha sonra yine kendisi verdi, 1933 yılında.

Ancak kanıtlanması 1970’lerde Amerikalı astronomlar Vera Robin ve W. Kent Ford tarafından yapılacaktır.

Fritz Zwicky, İsviçre kökenli Amerikalı bir astronom. O sıralarda COMA galaksi kümesini incelemektedir.

Galaksi ya da başka bir deyişle gökada kümeleri, çok sayıda galaksiyi bir arada bulunduran bir tür dev gökyüzü metropolleri. Her galaksi, bu metropoller içinde bir mahalle; yıldızlar da birer sokak lambası.

COMA, dev bir küme, 1000 dolayında galaksi ve milyarlarca yıldızdan oluşuyor.  Dünya'dan yaklaşık 300 milyon ışık yılı uzaklıkta. Bu arada bir ışık yılının 9,5 trilyon km olduğunu da hatırlatalım.

Zwicky, bu dev galaksi kümesindeki tüm galaksilerin kütlelerini hesaplıyor, ama bir problem var: Hesapladığı kütle, yani görünür kütle, bu kümedeki galaksileri bir arada tutması gereken kütle çekim alanı için yeterli değil. Hatta çok çok daha az.

Her bir galaksi içindeki tüm gök cisimlerini bir arada tutan şey kütlesel çekimdir. Aynı şekilde galaksi kümeleri de yerçekimi tarafından kontrol edilir.

Mevcut görünür kütle miktarı, gerekli çekim gücünü sağlamada yetersiz ama COMA galaksi kümesi bir arada duruyor. Hatta uzayın genişlemesine paralel olarak birlikte hareket halinde. Eldeki verilere göre uzayın derinliklerinde çoktan dağılmış olmalıydılar.

Bir açıklaması olmalı.

Evreni bir arada tutan madde

Daha sonra görülüyor ki bu sadece COMA'ya özgü bir şey değil; evrendeki tüm görünür madde toplamı da evrenin bugünkü yapısı için yetersiz. Yani evrenin bugünkü yapısı için çok daha fazla kütle olması gerekmekte.

Özetle evrenin bugünkü yapısı görünür maddeyle açıklanamıyor. O zaman görülemeyen ve bilinen yöntemlerle varlığını anlayamadığımız, ama kütle çekimi sağlayan başka bir şey var.

Başlangıçta bu gizemli şey "kayıp kütle" olarak tanımlandı, daha sonraları ise "karanlık madde".  

Aslında o kayıp değil, var olan bir şey… Işığa tepki vermeyen bu maddeye "karanlık madde" denilmesi bu anlamda daha uygun.

Üstelik yapılan hesaplara göre galaksilerin dağılmasını önleyen ve görünür olmayan bu madde, görünür maddenin 5 katı daha fazla olmak durumunda.

Yani evrenin yüzde 5'ini görünür bildiğimiz madde oluştururken, yüzde 25’ini, bu karanlık madde oluşturmaktadır.

Ya yoksa?

O zaman tüm evren kurgumuz çöker.

Karanlık madde yoksa, mevcut görünür madde galaksiler içindeki gök cisimlerini bir arada tutan kütlesel çekim için yeterli olmaz, galaksiler parçalanır ve uzayın derinliklerine dağılırlar.

Aynen, buz pisti üzerinde paten yapanların birlikte kayarken birbirlerini tutmaları gibi. Ve bıraktıklarında her birinin farklı yönlere dağılıp kayması gibi.

Işığa tepkisi yok

Bu kez karanlık maddenin nasıl bir şey olduğu ve normal maddeden farkı nedir sorusuna odaklanıyor bilim insanları.

Normal madde genelde ışığa bir biçimde tepki verir ve biz onu görüntüleyebiliriz. Ancak karanlık maddenin ışığa tepkisi yok, hiçbir şekilde görüntülenemiyor ve normal madde ile kütlesel çekim dışında etkileşim içine de girmiyor. 

Bu nedenle karanlık maddenin yapı taşının görünür maddeninkinden farklı olduğunu söylemek çok yanlış değil. Bu maddeyi oluşturan parçacıkların normal maddeyi oluşturan atom-altı parçacıklardan, protonlar ve nötronlardan farklı olduğu ve bilinen tüm parçacıklardan daha büyük olduğu varsayılıyor. Bu parçacıkların elektrik yükü görünür maddeyle aynı, ancak dönme spinlerinin farklı olduğu düşünülüyor.

Işığa tepki vermemeleri bu parçacıkların elektromanyetik kuvvet ve güçlü çekirdek kuvveti karşısında etkileşimsiz olduğunu gösteriyor. Bu nedenle "Zayıf Etkileşimli Büyük Kütleli Parçacıklar" olarak adlandırılıyorlar (WIMPs/Weakly Interacting Massive Particles).

Peki, karanlık maddenin varlığı kanıtlandı mı?

Henüz çok güçlü veriler olduğu söylenemez.

En önemli kanıt, kütle çekim etkisi. Son dönemde bilim insanları iki büyük galaksi kümesi arasında çok güçlü bir kütlesel çekimin varlığını keşfettiler.  Bu gökada kümeleri Abell 222 ve Abell 223. Birbirlerinden tam 2,7 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunuyorlar. Birbirinden çok uzakta bulunan bu iki küme arasında çok güçlü bir kütlesel çekim olması, onların dev boyutta görünmez bağlarla birbirine bağlanmış olduğu izlenimi vermekte.

Nasıl mı bu sonuca vardılar?

Bilim insanları bu galaksi kümeleri arasında ışığın eğrildiğini gördüler. Buna lens etkisi deniyor. Bu çok güçlü bir kütlesel çekimi işaret eder. Bu etkiyi yaratan madde ise ortalıkta görünmüyor. Aynı lens etkisi uzayın başka yerlerinde de izlenmekte.

Galaksiler karanlık maddenin lifleri

Tüm bunlar karanlık maddenin ardında bıraktığı ip uçları, ama kuvvetli göstergeler.

Bu hayalet maddenin tüm uzaya dağılmış olduğunu söylemek de mümkün.

Karanlık maddenin de aynı normal madde gibi büyük patlama ile var olduğu, ilk şişme evresinde uzayın genişlemesiyle uzayan elastik lifler halinde ipliksi bir yapıya dönüşerek yayıldığı ve aynı beyin dokumuzdaki sinir ağları gibi tüm evreni kaplamış olabileceği öngörülüyor.

Galaksi kümeleri, karanlık madde liflerinin birbirine bağlandığı bir tür kavşaklar gibi.  Büyük bir hızla genişleyen evrende, bir galaksi kümesindeki tüm gök cisimlerinin birlikte hareket etmesi ve dolayısıyla evrenin genel yapısını koruması karanlık madde tarafından kontrol altında tutulması nedeniyle olamaz mı?    

Belki de bu nedenle evrenin bebeklik resminde, günümüz evreninin karakteristik hatlarını görebiliyoruz.

Higgs parçacığının keşfedilmesiyle karanlık maddenin karanlık yüzünün çok daha iyi anlaşılacağı umuluyor.

Bugünkü bilgimiz bu bildiklerimizle sınırlı.

Önümüzdeki yıllarda karanlık madde hakkında çok daha fazlasını biliyor olacağız.

Elbette bunu söylerken dayandığımız güç, insan aklı ve merak duygusu.