Çok sayıda karmaşık deneyler ve zamanımızın en büyük akıllarından bazılarının katkılarına rağmen, karanlık madde arayışı devam ediyor. Bugüne kadar, karanlık maddeyi doğrudan algılamadaki tüm girişimler sonuçsuz kalmıştır. Bu gizemli madde ışığı emmez veya yaymaz. Aynı zamanda, doğanın dört temel kuvvetinden üçü ile etkileşime de girmiyor. Bu anlaşılması zor özellikler, onları saptamayı neredeyse imkansız hale getiriyor. Dünyanın dört bir yanındaki araştırmacılar, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ‘ndaki (LHC) WIMP’lerin (Weakly İnteractive Massive Particle-Zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacık) aranmasından Washington Üniversitesi’nin en gelişmiş axion detektörüne kadar karanlık madde gizemlerini ortaya çıkarmak için can atıyorlar.
Bazı teoriler cevabın ekstra gizli bir boyutta bulunacağını öngörürken, diğerleri karadelikleri ve nötron yıldızlarını tercih eder.Doğrudan kanıt olmamasına rağmen, astrofizikçilerin büyük çoğunluğu hala karanlık maddenin orada olduğuna inanmaktadır. Galaksilerin dönüşümü gibi kozmik olaylar, gizli bir madde mevcut olmadığı sürece geleneksel fizik ile açıklanamaz.
10.Zayıf İnteraktif Masif Parçacık (WIMP)
Onlarca yıldır, karanlık madde için en popüler aday, zayıf etkileşim halindeki büyük parçacık (WIMP) olmuştur. Kuramsal parçacık ilk olarak 1970’lerde geleneksel parçacık fiziği standart modelinin genişlemesi olarak hayal edildi. Teori, evrenin büyük patlamadan kısa bir süre sonra ortaya çıkan görünmez, nötr yüklü parçacıklarla kümelenmesidir.
Görünmez parçacıklar fikri özellikle yeni bir şey değil. Bilim adamları zaten nötrinoların (sıfır yüklü ve sıfır kütleli algılanması zor atom altı parçacık) farkındalar . Buna karşılık, WIMP’lerin yoğun kümeler ve karmaşık yapılarda gökyüzüne girerek çok daha ağır ve daha halsiz olduğuna inanılıyor.
Çok çeşitli denemelere rağmen, WIMP’leri bulma girişimlerinin hiçbiri başarılı olmamıştır. Başlangıçta Cenevre’deki LHC’nin varlıklarına ışık tutabileceği düşünülmüştü. Ancak açıldıktan yaklaşık on yıl sonra, hiçbir kanıt bulunamadı. Benzer şekilde, Güney Dakota’nın derinliklerine gömülü olan çok hassas sıvı Xenon Tankları da araştırmalarında hiçbir şey bulamadılar.
Bilim adamları bu parçacıkları doğrudan saptamada sürekli başarısızlığa uğradıklarından, WIMP’leri çevreleyen hipotezler artık ciddi bir şüphe uyandırmaktadır. Bir astrofizikçi Forbes Magazine için yazdığı makalede bu ısrarcı aramayı “elektrik direğinin altındaki kayıp anahtarlarını arayan bir sarhoş”a benzetti.WIMP’leri tamamen çıkarmakyanlış olacaktır. Fakat bilim insanlarının çizim tahtasına geri dönmeleri ve alternatif karanlık madde teorileri üzerinde düşünmeleri gerekli gibi görünüyor.
9.Büyük Astrofiziksel Kompakt Halo Nesne (MACHO)
Karanlık madde için daha az ekzotik olan bir açıklama, Masif Astrofiziksel Kompakt Halo Nesnelerinin (MACHO) varlığıdır. Bunlar arasında kara delikler, nötron yıldızları ve kahverengi cüceler var. MACHO’lar tipik yöntemler kullanılarak tespit edilemez, çünkü ya çok az radyasyon yayarlar ya da hiç yaymazlar.
Bunun yerine, bu sessiz devler, uzak yıldızlardan gelen ışığın mikrolensleme olarak bilinen bir işlemle incelenerek gözlenir. MACHO’lar muazzam kütleleri nedeniyle etraflarındaki ışık ışınlarını büküp odaklarlar ve bu da ışınların daha parlak görünmesini sağlar.
Bozulma seviyesi, MACHO ‘nun kütlesine bağlıdır. Bilim adamları ışığı gözlemleyerek, mevcut olan gizli madde miktarını hesaplayabilirler. Bununla birlikte, evrendeki tüm karanlık maddeleri hesaba katabilmek için gizlenen MACHO ‘ların yeterince bulunamadığı tespit edildi. Bu nedenle, başka bir aday arayışı sürüyor.
8. Axion
Axion ‘ların nötr yüklü olduğu, kütlesi elektrondan milyarlarca kat daha hafif olan, yavaş hareket eden partiküller olduğu tahmin edilmektedir.Işık ve diğer maddelerle etkileşimleri nispeten zayıftır; bu da kozmologlara karanlık madde oluşturma potansiyelinde güven verir. Ama bu aynı zamanda onların tespit edilmelerini inanılmaz derecede zorlaştırıyor.
Sadece dar bir kütle yelpazesinden gelen axionlar karanlık madde oluşturabilir. Çok daha hafif veya daha ağır olsaydı, şimdiye kadar gözlemler yapılırdı. Bu sınırlı olasılık penceresi, axion hipotezini içeri veya dışarıya hükmetme görevinin diğer adaylarla karşılaştırıldığında nispeten basit olduğu anlamına gelir.
Axionları tespit etmeye yönelik son girişim, Washington Üniversitesi’ndeki astrofizikçilerin Axion Karanlık Madde Deneyi’ni (ADMX) başlattıkları 2018 Nisan’ında başladı. Teoriye göre, axionlar manyetik bir alandan geçtiğinde, kendiliğinden iki fotonda zayıflamaya başlayabilirler.
7. Gravitino
Gravitino hipotezi, teorik fizik alemlerini derinlemesine araştırır. 1960 ‘larda ve 1970’lerde, bilim adamları, parçacık fiziğinin Standart Modelinin bıraktığı bazı boşlukları açıklamak için süpersimetri teorisini geliştirdiler.
Süper simetri, Standart modeldeki her parçacık için (örneğin, elektron, foton, Higgs) teorik bir muhatap olması gerektiğini öngörmektedir. Bu ortak parçacıklar, iç açısal momentumlarındaki bazı temel farklılıklar haricinde, orijinalleriyle benzer özellikleri paylaşırlar.
Ayrı bir teori, gravitonun gücünü, foton aracılı elektromanyetizmaya benzer şekilde, yerçekimi kuvvetine aracılık eden kütlesiz bir parçacık olduğunu tahmin eder. Bu iki teorinin bir araya getirilmesi Gravitino’dur .
6. Kaluza-Klein Parçacıklar
Evrenimizin dört boyuttan oluştuğu söylenir. Bunlar üç uzamsal boyut ve zamandır. Bununla birlikte, geçen yüzyıl boyunca, bilim adamları bu boyutların daha fazla var olup olmayacağını düşündüler.Einstein’ın çığır açan genel görelilik teorisini genişleten teorisyenlerden Theodor Kaluza ve Oskar Klein, evrende gizlenmiş beşinci bir boyut öngörüyorlardı. İlk olarak 1921’de yayımlanan model, en hafifleri karanlık madde için olası bir aday olan bir dizi kuramsal parçacığı içeriyor.
Etkileşimli yapıları nedeniyle, Kaluza-Klein (KK) partikülleri, doğrudan tespit edilebilecek sadece bir avuç aday arasındadır. Ayrıca, iki KK parçacığı birbirine çarptığında, birbirlerini yok ederler.
Fotonlar ve nötrinolar gibi parçacıklar ateşlenir. Belirgin enerji şekillerinden dolayı tespit edilebilirler. Yüksek enerjili bir LHC, ekstra bir boyut ve KK parçacıklarının kanıtlarını aramaya devam ediyor. Ancak şu ana kadar hiçbiri rapor edilmedi.
5. Fuzzy Karanlık Maddesi
Fuzzy karanlık maddesi, karanlık madde adayları sırasında göreceli yeni gelen olarak anılıyor. Teori ilk olarak yüzyılın başlarında ilgi çekmeye başladı. Ondan önce, sadece birkaç fizikçi ilgileniyordu ve o zaman bile birbirleriyle zar zor iletişim kuruyorlardı. Bu nedenle, Fuzzy karanlık maddesi, her biri bağımsız bir şekilde farklı bir araştırma ekibi tarafından öne sürülen birkaç farklı isimle anılır. Skaler alan karanlık maddesi, ultra hafif axion benzeri parçacık, dalga kara maddesi, sıvı karanlık madde ve soğuk karanlık madde sadece birkaçıdır.
İsimlerin bolluğuna rağmen, teorilerin hepsi kabaca aynıdır. Karanlık maddenin, olağanüstü düşük kütleli çok sayıda minik parçacıktan oluştuğunu varsayıyorlar. İnanılmaz derecede soğuk sıcaklıklarda, parçacıklar, Bose-Einstein yoğunlaşması olarak bilinen tuhaf bir madde türü oluşturmak üzere birleşir. Yoğuşma formunda, bu parçacıkların neredeyse hiç enerjisi yoktur ve bir yapışkan gövde gibi davranırlar. Bireysel, tek başına, parçacıkların çevreleri üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Ancak toplu halde, yıldızlar arası ışık ışınlarını bozabilirler. Bozulma miktarı karanlık madde parçacıklarının kütlesine bağlıdır. Bu nedenle, bilim adamları New Mexico’daki Very Long Baseline Array gibi gözlemevlerinden gelen arşiv verilerini inceleyerek bulanık karanlık madde arayabilirler.
4. Self-Interacting (Kendi Kendine Etkileşimli) Karanlık Madde
Karanlık maddenin etrafındaki ana sıkıntılardan biri, bilim adamlarının tahminlerine uymayı reddetmesidir. Bilgisayar tarafından üretilen modellere göre, madde kendisini “doruk dağılımı” olarak bilinen bir şeye dönüştürmelidir. Bu teori, karanlık maddenin galaksinin merkezinde, bazılarının yoğun bir alanda yığılırkenkalanlarının da etrafında buhar olarak duracağını öngörüyor.
Gerçekte ise kozmologlar karanlık maddenin neredeyse tam tersi şekilde davrandığını gözlemlediler: Çok uzak bir halo yapısında bir galaksinin kenarında yörüngede dönüyor. Bu “çekirdek dağılım” olarak adlandırılmıştır. Ondan da, “cusp-core” (zirve çekirdek) problemi ortaya çıkar.
Zirve çekirdeği tutarsızlıklarını açıklamak için, bilim adamları kendi kendine etkileşimli karanlık madde teorisi ile geldiler. Bu model, çok gizemli ve anlaşılması zor olduğu için, karanlık madde parçacıklarının, fiziğin şu anda açıklayamadığı güçlerle birbirleriyle etkileşime girmesini önermektedir. Ancak, herkes bu açıklamada bulunmuyor. Bir başka teori, karanlık madde ısınması teorisi, karanlık maddenin galaksinin merkezinden yıldız oluşumu sırasında yaratılan enerji ve rüzgarla itildiğini ortaya koyuyor.
3. Steril Nötrinolar
Nötrino araştırması, çağdaş fiziğin en etkileyici alanlarından biridir. 2015’te, Takaaki Kajita ve Arthur B. McDonald, nötrinoların periyodik olarak evrendeki seyahatlerinde “tad” ı değiştirdiğini gösterdiği için Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü.
Halen, bilinen üç nötrino “tadı” vardır – elektron, müon ve tau. Hepsi karanlık maddeyi telafi etmek için çok hızlılar. Bununla birlikte, Illinois’de bulunan Fermilab’daki araştırmacılar dördüncü bir lezzet ve potansiyel karanlık madde adayı peşinde koşuyorlar: Steril Nötrino.
MiniBooNE deneyleri, zorlu dördüncü lezzet arayışı içinde yoğun parçacık ışınları üzerinde çalışıyor. Detektör, 800 tondan fazla mineral yağ içeren büyük bir küresel tanktan oluşur. 2018’de MiniBooNE, steril nötrinoların varlığını ima eden ümit verici sonuçlar üretti. Bununla birlikte, 2019’da bildirilen MINOS + deney sonuçları 2018 çalışmasına aykırıydı. Açıkçası, henüz bir fikir birliği yok.
2. Karanlık Fotonlar
Daha önce tartışıldığı gibi, bir foton tek bir ışık parçacığı olarak işlev görür ve doğanın temel kuvvetlerinden biri olan elektromanyetik kuvvete aracılık eder. Karanlık madde bilmecesini açıklamak için bazı uzmanlar çok düşük kütleli normal fotonlara benzer kuramsalkuvvet mediyatörleri önerdiler.
Aslında, bazı araştırmacılar yerçekimi dalgalarının(uzay ve zaman dokusundaki göksel dalgaların) bu küçük parçacıkları ortaya çıkarmanın anahtarı olabileceğine inanıyor. Eğer karanlık fotonlar evrenin etrafında dolaşıyorsa, onların ayırt edici sinyalleri LIGO ve Virgo gibi oldukça hassas yerçekimi dalga detektörleri tarafından toplanabilir.
Bilim adamları, ilk uzay temelli yerçekimi dalgası gözlemevi olan Lazer İnterferometre Uzay Anteni’nin (LISA) piyasaya çıkmasını hevesle beklerken, nihayetinde karanlık madde saptamaya bir adım daha yaklaşmışız gibi görünüyor.
1.Karanlık Madde Aslında Yok
Zaman geçtikçe, adaylardan herhangi biri için kanıt bulunamaması, bazı fizikçilerin bir hata yapıp yapmadıklarını merak etmelerine neden oluyor. Belki de karanlık madde hiç yoktur. Belki de sonuçta başka bir açıklaması vardır.
En belirgin karanlık madde şüphecilerinden biri, 1980’lerde ilk Modifiye Newton Dinamiği (MOND) ‘nin rakip teorisini öneren İsrailli fizikçi Mordehai Milgrom’dur. Maverick makalesinde Milgrom, Isaac Newton tarafından ortaya konan geleneksel fiziğin son derece büyük bir ölçekte dağılmaya başladığını savunuyor. Bu doğruysa, galaksinin dış kısımlarındaki yıldızlar hakkındaki mevcut fikirleri tamamen değiştirir. MOND etkisi altında, sıra dışı hareketlerini açıklamak için karanlık madde gerekli değildir.
Öyleyse, karanlık madde muazzam bir hata mı?
Bu, fizikçilerin böylesine büyük çapta yaptıkları hatanın ilki değil. 19. yüzyıl boyunca, evrenimizin aydınlık eter olarak bilinen görünmez bir maddeyle dolup taşdığına dair yaygın bir inanç vardı. Onlarca yıldır ışığın yayılması için etere ihtiyaç olduğu düşünülmüştü. Daha sonra, 1887’deki temel Michelson-Morley deneyi, varlığını kanıtladı. Buna atıfta Milgrom, karanlık maddeyi “neslimizin eteri” olarak nitelendirdi. Karanlık maddenin var olup olmadığı ve hangi biçimde olduğu modern bilimin en büyük gizemlerinden biri olmaya devam ediyor. Gelecekteki kanıtlar burada listelenen tüm teorilerin tamamen yanlış olduğunu gösterebilir. Öte yandan, her yeni karanlık madde detektörü ve her boş sonuçla gerçeği bulmak için daha da ileri gidiyoruz.
Çeviri: Burak AKTEPE
Link: https://listverse.com/2019/05/28/10-intriguing-theories-of-dark-matter/
