Çeviren: Ümit Sözbilir Düzenleyen: Şule Selçuk
Çok az şey karanlık madde kadar gizemli olmasına ek olarak normal maddeyi beşe bir oranında geride bırakabilir. Şimdilerde John Hopkins Üniversitesi’nden bir fizikçi karanlık madde ile ilgili olayları açıklamaya yardımcı olan yeni bir kuram ortaya koydu. Ancak bu kuram aynı zamanda işlerin daha da tuhaf görünmesine sebep oldu. Söz konusu çalışmaya göre karanlık madde büyük patlamadan önce ortaya çıkmış olabilir.
Bugün evrenin genişlediğini biliyoruz. Her şey birbirinden hızla uzaklaşıyor. Bu mantıkla zaman çizelgesini geriye doğru izlerseniz her şey birbirine yaklaşır ve sonuçta her şeyin küçük bir alana sıkıştırıldığı bir zaman noktası (sonsuz yoğunlukta bir tekillik) buluruz.
Bugün var olan her şey yaklaşık 13,7 milyar yıl önce Büyük Patlama olarak adlandırılan bir olayla bu tekillikten ortaya çıktı. Karanlık maddenin de normal madde gibi Büyük Patlama’dan kaynaklandığı düşünülmektedir.
Karanlık Madde
Evren genişledikçe karanlık maddenin yoğunluğunda küçük dalgalanmalar oluştu. Bu, daha fazla kütlenin olduğu bölgelerde genişlemenin yavaşladığı anlamına gelir. Karanlık maddenin kütle çekiminin fazladan ağırlığı normal maddeyi bölgeye çekti ve bu maddenin yoğunluğu arttıkça sonunda çöküp ilk yıldızların oluşuma imkân tanıdı. Bu aynı zamanda yıldızların neden gök adalarda toplanma eğiliminde olduklarını ve gök adaların da neden kümeler halinde toplandığını açıklar.
Karanlık madde, normal madde üzerindeki kütle çekimsel etkisi ile kendini tanımlıyor olsa da diğer kuvvetler için tamamen görünmezdir. Bu nedenle karanlık maddenin neyden yapıldığını bilmiyoruz ama oldukça fazla parçacık adayı var. (Daha fazla bilgi için tıklayınız ).
Önerilen adaylar arasında karanlık fotonlar, zayıf etkileşimli kütleli parçacıklar (WIMP-Weakly-Interacting Massive Particles), aksion ve hatta bir cüce gezegen kadar büyük ve bir nötron yıldızı kadar yoğun olan “büyük” parçacıklar bulunur. Ne yazık ki onları tespit etmek için tasarlanan kapsamlı deneylere rağmen bu adayların hiçbiri hakkında herhangi bir ipucu bulunamamıştır.
Yeni araştırmaya göre bunun sebebi, karanlık maddenin Büyük Patlama sırasında üretildiği varsayımıdır.
Çalışmanın yazarı Tommi Tenkanen, “Eğer karanlık madde gerçekten de Büyük Patlama’nın bir kalıntısıysa, o zaman birçok durumda araştırmacılar farklı parçacık fiziği deneylerinde doğrudan karanlık madde sinyali görmüş olmalılar.” dedi.
Peki, bunun alternatifi nedir? Tenkanen’e göre, karanlık madde Büyük Patlama’dan önce oluşmuş olabilir.
Büyük Patlamadan Önce
Fikir göründüğü kadar çılgın değil. Çoğu insana göre Büyük Patlama tüm uzay ve zamanın başlangıcıydı ve bu noktadan önce hiçbir şey yoktu. Ancak bu tamamen doğru olmayabilir. Bazı fizikçiler Kozmik Mikrodalga Arka Planının (evrenin yaydığı temel ışıma) bize Büyük Patlama’dan önce bir şeyler olabileceğinin ipuçlarını verdiğini söylüyor.
Bu ipuçlarından ilki; evren hiçbir zaman tekilliğe ulaşacak kadar sıcak olamazdı. Bunun da ötesinde, evren daha başka bir şey öneren iki gözlenen özelliği daha sahip: uzamsal olarak düz görünmesi yani kavisli olmaması ve sıcaklık dalgalanmalarının ortalama olarak her yönde aynı olması.
Bu iki şey evrenin üssel olarak genişlediği bir dönem olan kozmolojik enflasyon kuramı ile açıklanabilir. Kuram, bu dönemin Büyük Patlama olarak adlandırdığımız bir madde patlamasıyla 13,7 milyar yıl önce sona erdiğini ve ardından evrenin farklı bir oranda genişlemeye devam ettiğini söyler. Bu, her şeyin başlangıcı olmasa da Büyük Patlama’nın evreni harekete geçirdiği anlamına geliyor. Buna bir örnek: karanlık maddenin kendisi.
Erken Karanlık Madde
Yeni çalışma Büyük Patlama sırasında normal maddenin oluşmasına karşın kozmik enflasyon döneminden daha önce karanlık maddenin ortaya çıktığını gösteriyor. Evren hızla genişlediğinde sıfır döngüye sahip skaler (bozon) aslı bir parçacık üretti. Şimdiye kadar sadece bir skaler parçacık türü keşfedildi o da Higgs Bozonu. Buna karşın Tenkanen’e göre karanlık madde de bu sınıflandırmaya girebilir.
Tenkanen, karanlık maddenin kökeni için mümkün olan en basit matematiksel senaryo olarak tanımlıyor. Bu çerçevede karanlık madde kozmik enflasyon sırasında üretilen bir tür skaler parçacıktır ve en önemlisi daha önce ölçtüğümüz gibi karanlık ve sıradan maddenin nasıl etkileşime girdiğini iyi bir şekilde açıklar.
Tenkanen, “Karanlık maddenin ne olduğunu bilmiyoruz, ancak herhangi bir skaler parçacıkla ilgisi varsa, Büyük Patlama’dan daha eski olabilir.Önerilen matematiksel senaryo ile orada olduğunu bildiğimiz, kütle çekiminin ötesindeki görünür madde ve karanlık madde arasında yeni tip etkileşimler olduğunu varsaymak zorunda değiliz.” dedi.
Rahatlıkla, karanlık maddenin bu biçimi bildiğimiz hikâyenin geri kalan kısmına tam olarak uygun. Büyük Patlama’dan sonra hali hazırda var olan karanlık maddenin yamalı yapısı, sıradan maddenin bir araya toplanmasını etkileyebilir ve nihayetinde bugün gördüğümüz gök adaları ve kümeleri oluşturabilir.
Bu durum, kuramın kozmik yapıları inceleyerek desteklenebileceği anlamına gelir ve gizemli olan Büyük Patlama öncesi zaman hakkında bize daha fazla bilgi verebilir.
Tenkanen, “Çalışma parçacık fiziği ve astronomi arasında yeni bir bağlantı olduğunu ortaya koydu.Karanlık madde, Büyük Patlama’dan önce doğan yeni parçacıklardan oluşuyorsa, gök adaların gökyüzünde benzersiz bir şekilde dağılma şeklini etkiler. Bu bağlantı kimliğini ortaya koymak ve Büyük Patlama’dan önceki zamanlarla ilgili sonuç çıkarmak için kullanılabilir.” dedi.
Tenkanen, şu anda diğer adayları arayan deney türleriyle bu belirli parçacıkların tespit edilmesinin zor olacağını, ancak Avrupa Uzay Ajansının Euclid’i gibi yaklaşmakta olan uyduların yardımcı olabileceğini belirtti.
Tenkanen, “Karanlık maddenin bu türü, parçacık deneylerinde bulunamayacak kadar zor olsa da, astronomik gözlemlerde varlığını ortaya çıkarabilir. 2022’de Euclid uydusu gönderildiğinde karanlık maddenin kökeni hakkında daha fazla şey öğreneceğiz. Karanlık madde hakkında neyin açığa çıkacağını ve bulgularının Büyük Patlama’dan önceki zamana bakmak için kullanılıp kullanılamayacağını görmek çok heyecan verici olmalı.” dedi.
Bu yeni kuramın herhangi bir momentumu bir araya getirdiğini görmek ilginç olacaktır. Diğer fikirler karanlık, maddeye atfedilen kütle çekimsel etkinlerin bunun yerine karanlık maddenin negatif kütleli olabileceğini ya da kütle çekimi anlayışımızı değiştirmemiz gerekebileceğini söylüyor.
Bu yeni araştırma Physical Review Letters’da yayımlandı.
Kaynaklar: https://hub.jhu.edu/2019/08/08/dark-matter-existed-before-big-bang/
https://scienceblogs.com/startswithabang/2012/10/15/what-happened-before-the-big-bang
https://scienceblogs.com/startswithabang/2011/06/06/defining-the-big-bang
Haberin Aslı: https://newatlas.com/dark-matter-appear-before-big-bang/60960/
