Karanlık madde, evrendeki maddenin çoğunluğunu oluşturan görülemeyen malzeme için kullanılan isimdir. Fakat karanlık maddenin tam olarak ne olduğu tartışma konusu.

Bilimciler henüz karanlık maddeyi doğrudan saptayabilmiş değil. Fakat yıllar boyunca, ne tür bir maddenin karanlık maddeyi oluşturabileceği (yeni parçacıklardan, ilksel kara deliklere kadar) ve normal madde üzerindeki etkilerinin ne olabileceği üzerine çok çeşitli kuramlar ortaya atıldı. Physical Review Letters dergisinde yayımlanan bir çalışmada, uluslararası bir araştırma ekibi, karanlık maddenin ne olabileceği üzerine seçenekleri daraltmak için gökadalar arası ortamı inceledi.

Ekibin bulguları görece yeni bir kuram olan “bulanık karanlık madde” üzerinde bir şüphe oluşturuyor ve bunun yerine “soğuk karanlık madde” adı verilen farklı bir modele güvenilirlik addediyor. Bu sonuçlar devam eden karanlık madde tespiti çabalarını etkileyebilir, özellikle araştırmacılar ne tür özellikler aramaları gerektiğine dair bir fikre sahip olurlarsa.

Araştırmacılar karanlık maddenin gökadalar üzerindeki ve gökadalar arası ortam üzerindeki etkilerini açıklayabilmek için hem bulanık, hem de soğuk karanlık madde teorilerini ele aldılar. Soğuk karanlık madde düşüncesi daha eski bir kuram olup, kökeni 1980’lere kadar dayanıyor ve mevcut durumda karanlık maddenin standart modeli kabul ediliyor. Bu kuram, karanlık maddenin nispeten büyük kütleli, zayıf etkileşimli özelliklere sahip yavaş hareket eden parçacıklardan oluştuğunu varsayıyor. Gökadaların neden daha büyük gruplarda kümelendiği gibi, evrenin benzersiz, büyük ölçekli yapısını açıklamaya yardımcı oluyor.

Fakat soğuk karanlık madde teorisi de bazı engeller ve tutarsızlıklar içeriyor. Örneğin, Samanyolu gökadasının yakınlarında yüzlerce uydu gökadanın bulunması gerektiğini öngörüyor. Fakat gerçekte gökadamız sadece birkaç düzine kadar küçük ve yakın komşuya sahip.



Daha yeni olan bulanık karanlık madde kuramı ise soğuk karanlık madde modelinin eksikliklerini ele alıyor. Bu teoriye göre, karanlık madde ağırdan ziyade, aşırı derecede hafif ve kuantum mekaniğiyle bağlantılı eşsiz özelliğe sahip parçacıklardan oluşuyor. Evrendeki pek çok temel parçacık için, parçacıkların büyük ölçekte hareketleri, klasik Newton fiziği ilkeleri kullanılarak açıklanabilir. Atomaltı seviye gibi küçük ölçekli hareketleri açıklamak, kuantum mekaniğinin karmaşık ve çoğu zaman çelişkili ilkelerinin kullanılmasını gerektiriyor. Fakat bulanık karanlık madde teorisinde öngörülen aşırı hafif parçacık için, büyük ölçekte hareketler de, örneğin bir gökadanın sonundan diğer gökadaya seyahat etmek gibi, kuantum mekaniği gerektiriyor.

Bu iki kuramı akılda tutarak, ekip gökadalar arası ortama (kısaca GAO) ait görece yeni gözlemlere dayanan varsayımsal karanlık madde özelliklerini modellemeye girişti. GAO hidrojen gazı ve az bir miktar helyum ile birlikte, büyük ölçüde karanlık maddeden oluşuyor. GAO içerisindeki hidrojen, uzaktaki parlak nesnelerden yayılan ışığı emiyor ve gökbilimciler uzun yıllar boyunca bu emilimi Dünya’daki cihazlar ile incelediler.

Ekip, GAO’nun uzak, ağır ve yıldız benzeri nesneler olan yıldızsılardan yayımlanan ışıkla nasıl etkileştiğini incelediler. Bu amaçla kullanılan bir veri seti, Şili’deki Avrupa Güney Gözlemevi’nde 100 yıldızsı (kuasar) üzerine yapılan incelemeden elde edildi. Ekip ayrıca Şili’deki Las Campanas Gözlemevi ve Hawaii’deki W. M. Keck Gözlemevi’nden 25 yıldızsı üzerinde elde edilmiş verileri de kullandı.

Cambridge Üniversitesi’ndeki süper-bilgisayarı kullanarak, ekip GAO üzerine simülasyon gerçekleştirdi ve ne tür bir karanlık madde parçacığının mevcut yıldızsı verileriyle uyum sağlaması gerektiğini hesapladı. Hesaplamalar sonucu; bulanık karanlık madde kuramı tarafından öngörülen parçacığın, GAO içerisindeki hidrojen emilim desenlerini hesaba katmak için çok hafif kaldığı bulundu. Daha ağır bir parçacık (geleneksel soğuk karanlık madde teorisinin öngörülerine benzer), simülasyonlarla daha yüksek bir uyum gösterdi.

Gökadamızı ve diğer gökadaları çevreleyen sorunlar için bulanık karanlık madde çözümlerine dayanarak, parçacığın kütlesinin, insanların beklediğinden daha büyük olması gerektiği ortaya çıktı. Aşırı hafif “bulanık” parçacık yine de var olabilir. Fakat gökada kümelerinin neden oluştuğunu veya Samanyolu gökadası çevresindeki uydu eksikliği gibi diğer sorunları açıklayamaz. Daha ağır “soğuk” parçacık gökbilimsel gözlemler ve GAO simülasyonlarıyla uyumlu kalmaktadır.

Ekibin bulguları, soğuk karanlık madde modeli içerisinde uzun zamandır varolan engellerin tamamını incelemiyor. Fakat ekip, GAO’ya ait daha fazla veri incelemesinin, karanlık maddeyi oluşturan parçacık türünün (veya türlerinin) çözümlenmesine yardımcı olacağına inanıyor. Ek olarak, bazı bilimciler soğuk karanlık madde kuramı ile ilgili herhangi bir sorun olmadığına inanıyor. Bunun yerine, bilimciler GAO içerisinde etkin olan karmaşık kuvvetleri anlamıyor olabilirler. Her iki durumda da, GAO karanlık maddenin anlaşılması için bir altın madeni görevi görüyor.

---

Kaynak ve İleri Okuma:
-Dark matter is likely 'cold,' not 'fuzzy,' scientists report after new simulations.https://phys.org/news/2017-07-dark-cold-fuzzy-scientists-simulations.html. (accessed August 27, 2017)
-Warm dark matter as a solution to the small scale crisis: New constraints from high redshift Lyman-α forest data. https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.88.043502

---