Kara Enerji ve Kara Madde Nedir?

science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-is-dark-energy/ adresinden çeviren F.B

Kara Enerji, Kara Madde

90’lı yılların başında, Evren'in genişlemesi ile ilgili kesin olan bir şey vardı. Yeterli enerji yoğunluğuna bağlı olarak evrenin genişlemesi durabilecek ve devamında evren daralabilecekti. Ya da çok düşük yoğunluklu bir enerji söz konusu olduğu için, genişleme asla sonlanmayacak, ancak zaman geçtikçe yerçekiminin etkisi ile bu genişleme yavaşlayacaktı. Kesin gözüyle bakılan genişlemenin yavaşlaması durumu gözlemlenmiş değildi. Buna karşın, teorik olarak genişleme yavaşlamak zorundaydı. Evren madde ile ağzına kadar doluydu ve yerçekiminin etkisi ile bu madde bir araya çekilecekti. 1998 yılına gelindiğinde, Hubble Uzay Teleskopu vasıtası ile elde edilen, çok uzak süpernovalara ait gözlemler gösterdi ki uzun zaman önce, Evren çok daha yavaş genişlemekteydi. Haliyle herkesin düşündüğünün aksine, Evren’in genişlemesi yavaşlamıyor, hızlanıyordu. Bu durum kimse tarafından beklenmediğinden, açıklanamıyordu da. Ama, bir şeyin bu hızlanmaya sebep olduğu açıktı.

Teorisyenler, bu duruma üç farklı açıklama getirdiler. Belki de bu durum, Einstein’ın çekim teorisinin, “kozmik sabit” kavramını da kapsayan versiyonunun bir sonucuydu. Belki de uzayı dolduran garip bir enerji-akışkan söz konusuydu. Belki Einstein’ın çekim teorisinde bir yanlışlık vardı ve bu hızlanmayı etkileyen bir enerji alanını hesaba alan yeni bir teori gerekmekteydi. Teorisyenler doğru açıklamanın hangisi olduğunu henüz bilmiyorlar; ancak çözüme bir isim vermiş bulunmaktalar, Kara enerji

Kara Enerji Nedir?

Hakkında bilinenden çok, bilinmeyen mevcuttur. Ne kadar kara enerji olduğunu biliyoruz, çünkü bu enerjinin Evren’in genişlemesine ne şekilde etki ettiğini biliyoruz. Bunun ötesi ise tam bir muamma. Ama oldukça önemli bir muamma. Görünen o ki kara enerji, Evren’in kabaca %70’ini oluşturmakta. Kara madde ise yaklaşık %25’lik bir orana sahip. Bunların dışında kalan şeyler –Dünya üzerindeki her şey, sahip olduğumuz araçlarla bugüne kadar gözlemlediğimiz diğer her şey, normal maddedir—Evren’in %5’inden daha azını oluşturmaktalar. Bir de şöyle düşünmek lazım, belki de “normal” madde dememeliyiz, çünkü bu madde, Evren’in ancak çok küçük bir kısmını oluşturmaktadır.

Kara enerjiye ilişkin bir açıklamaya göre, bu enerji uzayın bir özelliğidir. Uzay boşluğunun hiçbir şey ile aynı olmadığını kavrayan ilk kişi Albert Einstein’dır. Uzay, sıra dışı özelliklere sahip olmakla beraber, bunlardan bazıları henüz yeni yeni anlaşılmaya başlanmıştır. Einstein’ın keşfettiği ilk özellik, daha çok uzayın varlık kazanabileceği öngörüsüdür. Çekim teorisinin kozmolojik sabiti de içeren bu versiyonuna göre, ikinci bir tahmin de “boş uzayın” kendi enerjisine sahip olmasıdır. Bu enerji, uzayın kendisine ait bir özellik olduğundan, uzayın genişlemesine paralel olarak azalma göstermeyecektir. Ne kadar çok uzay varlık kazanırsa, buna bağlı olarak uzayın bu enerjisi de açığa çıkacaktır. Bunun bir sonucu olarak, söz konusu enerji formu, Evrenin’ çok daha hızlı genişlemesine neden olacaktır. Ne yazık ki kimse, kozmolojik sabit diye bir şeyin neden var olması gerektiğini; devamında da bu sabitin Evren’in hızlanan genişlemesine uygun değeri neden almış olduğu konularını anlamış değildir.

Uzayın bu enerjiyi nasıl kazandığına yönelik diğer bir açıklama ise, kuantumun madde teorisine dayanmaktadır. Bu teoriye göre “boş uzay” sürekli olarak form kazanan ve ardından kaybolan geçici (“gerçek”) parçacıklarla doludur. Ancak fizikçiler, bu durumun boş uzaya ne kadar enerji vereceğini hesapladıklarında, buldukları sonucun bir hayli yanlış olduğunu gördüler. Sonuç olması gerekenden 10 üzeri 120 kadar daha büyüktü. Bu sayı, 1 rakamının ardına 120 sıfır yazılmasını ifade eder. Böyle bir cevapla yüzleşmek kolay olmasa gerek. Sonuçta muamma devam ediyor.

Bir başka açıklamaya göre kara enerji, yeni bir dinamik enerji alanıdır ve bu enerji tüm uzayı doldurmaktadır. Söz konusu enerjinin, Evren’in genişlemesi üzerine maddenin ve normal enerjinin aksi bir etkide bulunduğu ifade edilmektedir. Bazı teorisyenler bu enerjiye Yunan filozoflarının beşinci elementini takiben “özün özü” (“quintessence”) adını vermişlerdir. Ancak bu özün özü varsa bile neye benzediğini, ne ile etkileşime geçtiğini ya da neden var olduğunu bilmiyoruz. Yani muamma devam ediyor.

Son ihtimal ise Einstein’ın çekim teorisinin hatalı olduğu. Bu iddia yalnızca Evren’in genişlemesini etkilemekle kalmayacak, aynı zamanda galaksilerde bulunan normal maddenin ve galaksi kümelerinin davranışı şekillerini de etkileyecektir. Bu yaklaşım, zorunlu olarak kara enerji sorununun, yeni bir çekim teorisi gerektirip gerektirmediğine karar verilmesini zorunlu kılacaktır. Peki, bu nasıl bir teori olacak? Güneş sistemindeki cisimlerin hareketlerini Einstein’ın teorisinde olduğu gibi doğru bir şekilde nasıl açıklayabilecek ve aynı şekilde Evren’le ilgili ihtiyacımız olan öngörüleri yapmamızı sağlayabilecek mi? Aday teoriler mevcut, ancak bunlardan hiçbiri saygınlık kazanmış değil. Kısacası muamma devam ediyor.

Kara enerji konusunda seçeneklerimiz -- uzayın bir özelliği olduğu, yeni bir dinamik enerji alanı olduğu ya da yeni bir çekim teorisinin gerekliliği--arasında karar vermek için daha çok bilgiye ihtiyacımız var.

Kara Madde Nedir?

Evrenin teorik yapısının gözlemlerle desteklenmesi neticesinde bilim insanları, yukarıda belirttiğimiz gibi Evren’in yaklaşık olarak %70 kara enerji, %25 kara madde, % 5 normal maddeden oluştuğunu belirtiyorlar. Peki, kara madde nedir?

Kara maddenin ne olduğuna nazaran, ne olmadığı hakkında daha çok fikir sahibiyiz. Birincisi, karanlık oluşudur. Bunun anlamı, gözlemleyebildiğimiz nesneler olan yıldızlar ve gezegenlerden farklı bir yapıya sahip olmasıdır. %25’lik bir oranı doldurmaya nazaran oldukça az görünür madde tespit edilmiştir. İkincisi, kara madde, normal maddenin kara bulutları gibi bir yapıya sahip değildir. Normal madde, baryon denilen parçacıklardan oluşmaktadır. Bunu biliyoruz çünkü radyasyon emilimi sırasında ortaya çıkan baryonik bulutları, maddenin içerisinden geçerken tespit edebiliyoruz. Üçüncüsü, kara madde antimadde değildir, çünkü madde ve anti madde etkileşimi sonucunda ortaya çıkan gama ışınımını, kara madde ve madde arasında görüşmemektedir. Son olarak, çekim neticesinde oluşan mercek etkisi sayesinde, galaksi büyüklüğündeki kara delikler ihtimalini ortadan kaldırabiliyoruz. Madde, yüksek yoğunluğa sahip olduğunda, kendisine yakın geçen ışığı kırar ve ışığın, kaynağı olan objeden sapmasına neden olur. Buna karşın, %25’lik karanlık madde katkısını ortaya koyacak derecede yeterli bir mercek etkisini destekleyecek nesneler görmemekteyiz.

Her halükarda, , karanlık maddenin var olma ihtimalini geçerli kılan birkaç durum söz konusudur. Karanlık madde, baryonik maddeden ibaret olabilir, ancak bunlar kahverengi cücelerin içinde ya da ağır elementlerin küçük, yoğun yığınları içerisinde hapsolmuş olabilir. Bu olasılıklar, büyük yoğun haleli objeler ya da macholar olarak bilinir. Ancak yaygın görüş, kara maddenin baryonik olmadığı, buna karşın axionlar ya da kısaca Wimps (weakly interacting massive particles/ zayıf etkileşimli büyük parçacıklar) gibi diğer garip parçacıklardan oluştuğu yönündedir.



Kaynak: science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-is-dark-energy/