Evrenin Karanlık Yüzü: Karanlık Madde

1:21Bırakın dünyanın evrenin merkezinde olmasını, bu gezegenin evren denen devasa okyanusta bir damla bile olmadığını anlayacaktık. Bu okyanus benzetmesini unutmayın. Zira bunun bir benzetme olmadığını çok iyi anlayacağız bugün. Bize göre uçsuz bucaksız olan bu evrende, saymaya dahi zamanımızın yetmeyeceği sayıda gezegenin, yıldızın, galaksinin ve diğer tüm cisimlerin aslında hiç de öyle boşlukta olmadığını göreceğiz birlikte.

2:03Gözümüzle gördüğümüz sayısız cismin, gözle görülmeyen ama daima orada olduğunu bize haykıran karanlık madde okyanusunda nasıl yüzdüğünü konuşacağız bu bölümde. Görünmeyeni anlamaya çalışmadan önce görüneni anlamaya çalışmamız ve bazı soruları cevaplamamız gerekiyor. Madde nasıl ortaya çıktı? Biz nereden geliyoruz? Yani sadece biz değil, gezegenler, yıldızlar, galaksiler, tüm bunları oluşturan madde, yıldız tozu nereden ortaya çıktı? İşte bu kozmik gizemle ilgili bir cevabımız var.

2:38Gördüğümüz her şeyin, görmediğimiz iki şey arasındaki müthiş savaşın sonucunda meydana geldiğini düşünüyoruz. Karanlık madde ve henüz yeni sayılacak bir zamanda keşfettiğimiz karanlık enerjinin savaşından. Aslına bakarsanız evreni bu iki şeyin yönettiği düşünülüyor. Nereden biliyoruz peki? Biraz da şans eseri öğrendik buna. Evet.

3:021960'larda fizikçi Arno Penzias ve bir radyo astronomu Robert Wilson, Bell Telefon Şirketi'nin laboratuvarlarında farklı uydulardan gelen radyo dalgalarını yakalamak üzere tasarlanmış 6 metrelik çok hassas bir antenle deneyler yapıyorlardı. Bu antenle, özellikle NASA'nın gönderdiği bazı uydulardan gelen sinyalleri yakalayarak uydu tabanlı iletişimi daha da iyileştirmek için çalışıyordu bu iki bilim insanı. Ama tabii gelen sinyaller de bol bol parazitte bulunuyordu. Zamanlarının büyük bir bölümünü de bu parazitleri ayrıştırmak ve sinyalleri olabildiğince duyulabilir hale getirmek için harcı olardı. Fakat bir noktada bir şeyi fark etmişlerdi.

3:46Güçlü parazitleri temizleseler de çok zayıf bir parazit bir türlü yok olmuyor, arkadan çok zor duyulan bir uğultu şeklinde devam ediyordu. Gizemli bir sinyal gibiydi bu. Sanki uzaylılardan gelen bir sinyal. Çünkü bu parazit bizim atmosferimizden gelmiyordu.

4:04Hatta bırakın atmosferi, bizim güneş sistemimizden bile gelmiyordu. Bu sinyaller her yerden. Evet, evrenin her yerinden geliyordu. Penzias ve Wilson'ın şans eseri keşfettiği bu parazit neydi biliyor musunuz? Evrenin ilk ışığının sinyalleriydi. Kozmik mikrodalga arkaplan ışıması olarak da biliyoruz bunu.

4:281992 yılında NASA'nın gönderdiği COBE uydusu, Penzias ve Wilson'ın tespit ettiği bu ışımının varlığını ilk kez kesin bir şekilde kanıtlamıştı. Ardından 2001 yılında gönderilen WMAP isimli başka bir uyduysa bu ışığın bir haritasını çıkaracaktı. 9 yıl sürmüştü fotoğrafın ortaya çıkması. Parlak sicimlerden oluşan ve bir beyni andıran bir fotoğraf çıkmıştı ortaya.

4:55Evrenin bebeklik fotoğrafı adı verilmişti bu görüntüye. Evrenin doğuşunun imzası. Büyük patlamanın iziydi bu. Astronomlar bu görüntüdeki renk desenlerine bakarak evrenin doğuşundan itibaren neler olduğunu net bir şekilde görebiliyor ve evrenin yaşını çok hassas bir şekilde hesaplayabiliyorlardı. 13.7 milyar yıl. Ancak WMAP'in çektiği fotoğrafın bize sunduğu tek bilgi bu değildi.

5:25Asıl önemli olan şuydu. Evren, içindeki madde, galaksiler, yıldızlar, gezegenler. Aslında bizim evren dediğimiz şeyin çok ama çok küçük bir kısmıydı. Evren dediğimiz şeyin %95'inden fazlası, karanlık madde ve karanlık enerji adını verdiğimiz şeyle doluydu. Aklın sınırlarını zorlayan bir kuvvet ve maddeyle. Peki bu kanıya nasıl vardık? Gelin biraz da onu konuşalım.

5:54Bunun için de öncelikle hızdan bahsetmemiz gerekiyor. Bilenleriniz vardır. Dünya kendi çevresinde saatte 1670 km hızla dönüyor. Güneş sistemimiz ise Samanyolu galaksisinin merkezinin etrafında saatte yaklaşık 800 bin km hızla hareket ediyor. Müthiş bir hız bu. Fakat... Tam burada bir gariplik var işte. Güneş sistemimize bakarsanız gezegenler güneşten uzaklaştıkça dönüş hızlarının düştüğünü görürsünüz.

6:24Güneş ile arasındaki mesafe uzadıkça gezegenler daha yavaş dönüyor yani. Newton yasaları da bize bunu anlatır. Yıldızlar galaksi merkezinden uzaklaştıkça daha yavaş dönmeleri beklenirken neredeyse hepsi aynı hızla dönüyor. Hatta kimi yıldızların daha hızlı döndüğü bile biliniyor. Nasıl olabiliyor ki böyle bir şey?

6:46Bu arayış sürerken Vera Rubin isimli bir kadın insanlığın yardımına koşacak ve belki de tarihin en çılgın keşiflerinden birisine imza atacaktı. Galaksinin merkezine yakın olan yıldızlar ve çok uzak olan yıldızların neredeyse aynı hızda dönmesini sağlayan maddeyi keşfetmişti Rubin. Peki neydi bu madde? Bu soruya yanıt arayacağız elbette. Ama önce ufak bir mola versek iyi olur. Zira vereceğimiz cevap bambaşka sorular sormamıza vesile olacak.

7:19Evet, Vera Rubin çok önemli bir soruya cevap bulmuş ve karanlık maddeyi keşfetmişti. Hem de aşması gereken sayısız engeli aşarak. Malum, 60'lar ve 70'lerde her yerde olduğu gibi astronomide de erkek egemen bir ortam vardı maalesef. Vera da lisans üstü eğitimi için Princeton Üniversitesi'ne başvurmuş. Fakat kadınların girmesi yasak denilerek reddedilince bu gerçekte acı bir şekilde karşılaşmıştı. Fakat öyle kolay vazgeçen bir kadın değildi Vera. Çocukluğundan beri uzaya duyduğu merakı ve hayranlığı onun en büyük motivasyonuydu. Bir şekilde Georgetown'da fizik bölümüne girdi kendisi. Burada Richard Feynman gibi hocalarla çalışma fırsatı da bulmuştu. Uzmanlığı ise galaksilerdi.

8:07Daha doktora tezi çalışmasında henüz kimsenin fark etmediği bir şeyi fark etmişti mesela. Galaksilerin öyle rastgele dağılmadığını, galaksi kümelerinde gruplar halinde bulunduğunu ilk öne süren kişiydi kendisi. Ancak galaksiler üzerine çalışırken başka bir şey daha fark etmişti Rubin. Demiştik ya, yıldızlar galaksi merkezinden uzaklaştıkça daha yavaş dönmeleri beklenirken neredeyse hepsi aynı hızla. Hatta kimi yıldız daha hızlı dönüyor diye.

8:36İşte Rubin bunun nasıl gerçekleştiğini bulmuştu. Vera Rubin'e göre bu durumun tek açıklaması olabilirdi. Mesela bir galaksiyi gözünüzde canlandırın. Her galaksinin merkezinde çok parlak bir ışık vardır yani. İşte bu parlak ışığın sebebi her galaksinin merkezinde bulunan süperkütleli kara deliklerdir.

8:57Bu kara delikler etrafında buldukları her şeyi yiyip yutarken inanılmaz bir sürtünme ve ısı ortaya çıkar. Ve bu da gözleri kör edecek bir ışık gerekir. Bu ışıksa galaksinin dış kısmına doğru sönükleşir ve bir noktadan sonra galaksinin karanlık sınırlarında tek tük yıldızlar görünür. Normal şartlarda bu yıldızların merkezdekilere oranla daha yavaş dönmesini beklersiniz. Newton fiziği bize bunu söyler.

9:25Ama işte Vera Rubin komşu galaksimiz Andromeda'yı gözlemlerken gözlerine inanamamıştı. Bu galaksinin merkezine çok uzak yıldızlar merkeze yakın yıldızlarla neredeyse aynı hızda dönüyordu. Evet, burada ışık yoktu ve kütleçekim zayıftı. Fakat bir şeyler olmalıydı. Bir madde. Görünmez bir madde.

9:48Evet. Vera Rubin görünmeyeni görmüş. Devasa bir kuvvetin, karanlık maddenin izlerini yakalamıştı. Onun gözlemleri bize galaksilerin, teleskoplarımızın yakalayamadığı bir maddeden oluşan bir kütlenin içine gömülü olduğunu gösteriyordu. Okyanus demiştik ya bölümün en başında. Galaksilerin boşlukta değil, bu okyanusun içinde hareket ettiklerini. Ve bunun da ötesinde galaksilerin kütlesinin büyük kısmının karanlık madde olduğunu gösteriyordu.

10:19Gökyüzüne baktığımızda aslında galaksinin minicik bir kısmını izliyoruz. Bir okyanusun içindeyiz anlayacağınız. Ama buradaki en büyük sıkıntı şu. Karanlık madde bildiğimiz hiçbir maddeye benzemiyor. Biz, bildiğimiz hiçbir şey, gördüğümüz hiçbir gezegen, yıldız, galaksi, hiçbir şeyde bu maddenin izi yok.

10:40bildiğimiz hiçbir maddeye benzemiyor ve bu nedenle karanlık maddeyi ararken gerçekten büyük bir karanlığın içindeyiz. Olduğundan eminiz o ayrı. Bunun temel göstergelerinden biri de yıldızların oluşumu. İlk başta, yıldızların oluşması için hiçbir şart yokken nasıl meydana geldiler mesela? Atomlar neye göre karar verip bir araya geldi de yıldızları oluşturdular? İşte bunun cevabı şu. WMAP haritasına da baktığımızda, gördüğümüz bazı yerlerde karanlık maddenin yoğun olduğunu görebiliyoruz.

11:13İşte bu yoğunluk karanlık maddenin de kütle çekim etkisi ortaya çıkarmasına neden oldu ve atomlar bu noktalarda birleşerek yıldızları oluşturdu. Yani karanlık madde orada bir yerde ama nerede bilmiyoruz. Bulmak için uğraşıyor muyuz? Kesinlikle. Sende bulunan büyük hadron çarpıştırısında sürüyor bu arayışımız.

11:34Şimdi bir standart model vardır fizikte. Elimizdeki neredeyse tüm yasaları barındıran mevcut en güvenilir model. Standart model derken aslında atom altı parçacıklardan bahsediyoruz. Atomları ve dolayısıyla evrende gördüğümüz her şeyi oluşturduğunu düşündüğümüz parçacıklardan. Bunlar da fermiyonlar yani gördüğümüz tüm maddeleri oluşturan parçacıklar ve bozonlardır.

12:00Bozonlar da fermiyonlar arasındaki güç alışverişini sağlayan parçacıklar. Üç temel kuvvet yani güçlü, zayıf nükleer ve elektromanyetik kuvvetler bu bozonlar sayesinde taşınıyorlar. Kütle çekimi nerede diye sorarsanız henüz standart model bu kuvveti denkleme dahil edebilmiş değil. Ama bir noktada bu da gerçekleşecekmiş.

12:22Neyse, quark dediğimiz proton ve nötronu oluşturan en temel parçacıklar da bu modele dahildir. Ve kütlesi olan bildiğimiz en küçük parçacık da budur. Ama esas sorumuz şu, bu kütle nereden geliyor? İşte bunun cevabını da Peter Higgs veriyor. Bu parçacıklar Higgs alanı dediğimiz ve tüm evreni kapladığı düşünülen şu anda sizin de içinde bulunduğunuz hatta her şeyin içinde bulunduğu bir alanda hareket ediyor. Ve bu alan içinde parçacıklar yavaşlayarak kütleye sahip oluyor. Aksi halde ışık hızında hareket edecek ve her şey enerjiye dönüşecek.

12:59Dolayısıyla da hiçbir şey. Ama hiçbir şey olmayacaktı. İşte Peter Higgs 1960'larda bu alanı öngörmüştü. 2012'de ise CERN'deki parçacık hızlandırıcısı kullanılarak Higgs bozunu keşfedilecek ve Peter Higgs'in bu öngörüsü kanıtlanacaktı.

13:17Peter Higgs bu bulguyla 2013 yılında Nobel fizik ödülünü de almıştı bu arada. Higgs bozonu dediğimiz şey ise bu her yeri kaplayan Higgs alanında oluşan dalgalarla ortaya çıkan bir parçacık. Bu dalgaları oluşturmak içinse parçacıkları çarpıştırmanız ve bir dalga ortaya çıkartmanız gerekiyor. Bu sayede keşfedilen Higgs bozumu az önce de bahsettiğim gibi Higgs alanı ile birlikte bildiğimiz tüm parçacıklara ve dolayısıyla bize kütlemizi kazandıran parçacıktır. Ki bu nedenle de diğer adı Tanrı parçacığıdır. Bu arada fizikçiler bu tabiri çok sevmezler ama epey akıllı kalıcı değil mi?

13:57Peki bu Higgs bozonu neden önemli diye sorarsanız bazı bilim insanlarına göre maddeleri bir arada tutan karanlık maddeyi açıklayabilecek bir portal olabileceği söyleniyor. Henüz bunu kanıtlayacak aşamaya gelemedik. Fakat çalışmalar devam ediyor. Karanlık maddeyi açıklayabildiğimizde galaksilerin, galaksi kümelerinin, evrendeki her şeyin nasıl oluştuğunu açıklayabileceğiz kısacası.

14:22Fakat karanlık maddenin daha da karanlık bir düşmanı var. En başta bahsettiğim savaşın diğer kahramanı. Astronomlar uzak galaksiler ve büyük patlamanın kalıntıları üzerine çalışırken bir şeyi keşfettiler. Evren, büyük patlamanın ardından beklendiği üzere 8 milyar yıl sonrasına kadar yavaşlayarak genişledi.

14:42Hatta bu yavaşlamanın bir süre sonra duracağı ve büyük çöküş adı verilen bir olguyla çökeceği bile düşünülüyordu. Fakat 8 milyar yıl sonrasında bir şeyler oldu. Çok garip şeyler. Evrenin genişlemesi bir anda hızlandı. Daha da hızlandı. Daha da. Ve bugün de bildiğimiz kadarıyla bu hızlanma artmaya devam edecek. Bugün bu genişlemenin yaklaşık saatte 240 bin kilometre olduğu düşünülüyor.

15:10ve elimizdeki veriler bize bu artışın sonsuza dek süreceğini söylüyor. Peki burada olan nedir? Bu sıra dışı olayın sebebi ne olabilir? Bilmiyoruz. O yüzden ona da karanlık enerji diyoruz. Evrenin %68'ini kapladığı düşünülen, varlığından emin olduğumuz ama henüz anlayamadığımız o sıra dışı kuvvet. Onu da bir sonraki bölümde konuşacağız.

15:35Bu kozmik okyanusun derinlerinde karanlık enerjiyi aramaya koyulacağız.