Evrenin en büyük gizemlerinden biri: Karanlık madde gerçekten var mı?
Bir grup bilim insanına göre, James Webb Uzay Teleskobu’nun son gözlemleri, karanlık maddenin yerini alabilecek yeni kanıtlar bulduklarını öne sürüyor.
Detayları size anlatmaya çalışacağım, ama önce bildiklerimizi kısaca bir gözden geçirelim isterseniz.
Bu video, James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) NIRCam (Yakın Kızılötesi Kamera) aracıyla gözlemlenen galaksilerin 3D görselleştirmesi.
Videonun başlangıcında, yakın evrendeki galaksilerin yanından geçiyoruz. Bu galaksiler daha büyük ve yapı olarak daha belirgin görünüyor. Yanlarından geçtikçe daha uzak galaksileri görüyoruz; bu galaksiler daha küçük ve daha bozulmuş bir görünüme sahip. Video, JADES-GS-z14-0 adlı galaksiye odaklanarak sona eriyor.
Bu galaksi, 14.32 kırmızıya kayma değeri ile şu an bilinen en uzak galaksi rekorunu elinde tutuyor. Kırmızıya kayma değeri, uzak bir galaksinin ışığının ne kadar uzadığını ölçen bir sayı. Değer ne kadar büyükse, galaksi o kadar uzakta demektir ve ışığı o kadar eski bir zamana aittir.
Basitçe açıklamam gerekirse, bu değer Büyük Patlama’dan sadece 300 milyon yıl sonrasına denk gelen bir zaman dilimini temsil ediyor. Yani neredeyse evrenin başlangıcı konumunda...
Çok uzun zamandır bilim insanları, galaksilerin nasıl oluştuğunu anlamaya çalışıyor.
Kimisi, galaksilerin tek ve dev bir gaz bulutunun çökmesiyle oluştuğunu düşünüyor. Kimisi ise galaksilerin küçük parçalardan bir araya gelip büyüdüğünü söylüyor. Bu yüzden de bu oluşumları anlamak için farklı farklı teoriler geliştirilmiş.
James Webb Uzay Teleskobu’nun başlatılmasıyla birlikte, artık erken dönemlerdeki galaksilerin oluşumunu doğrudan gözlemleme fırsatına sahibiz ve bu fikirlerin doğrudan bir testini sağlıyoruz.
Bugün en çok kabul gören teoriye göre, galaksiler karanlık madde adı verilen görünmeyen bir maddenin oluşturduğu "haleler" içinde büyüyor.
Karanlık madde teorisine göre, galaksiler evrenin tarihi boyunca çok yavaş ve kademeli olarak oluşmalı. Yani erken evrende yalnızca küçük galaksiler bulunmalı; bunlar çarpışıp birleşerek büyüyerek bugünkü boyutlarına ulaşmalı.
Galaksilerin büyümesini, kar topu yapmak gibi düşünebilirsiniz. Küçük kar toplarını yuvarlayarak büyük bir kar topu oluşturursunuz. Küçük parçalar zamanla bir araya gelir, birleşerek giderek daha büyük galaksileri oluştururlar.
Geleneksel olarak yerçekimi, kütleden kaynaklanan bir kuvvet olarak anlaşılır. Isaac Newton’un evrensel yerçekimi yasası, iki kütle arasındaki çekim kuvvetini kütleleriyle doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olarak tanımlar.
Albert Einstein’ın genel görelilik teorisi ise bu anlayışı geliştirerek yerçekimini, kütle ve enerjinin uzay-zamanı eğmesi olarak tanımlar. Bu çerçevede, yıldızlar ve gezegenler gibi büyük kütleli cisimler uzay-zamanın dokusunu bükerek gözlemlediğimiz yerçekimsel etkileri oluşturur.
Ancak galaksiler ve galaksi kümelerinin gözlemleri, yalnızca görülebilir kütleyle açıklanamayan yerçekimsel etkiler ortaya koyuyor. Galaksilerin kenarlarında bulunan yıldızlar, Newton mekaniğine göre galaksilerinden kopup savrulması gereken hızlarda dönüyor. Bu uyumsuzluğu açıklamak için bilim insanları, galaksileri bir arada tutan görünmez bir madde olan karanlık maddenin varlığını öne sürdüler. Ancak karanlık madde, yoğun araştırmalara rağmen hâlâ doğrudan tespit edilemedi.
Bugün gördüğümüz galaksilerin çoğu, evrenin ilk birkaç milyar yılı içinde birleşme ve birikim süreçleriyle bugünkü büyüklüklerine ulaştı. Ancak James Webb Uzay Teleskobu, beklenenden çok daha erken dönemlerde devasa boyutlara ulaşmış galaksiler keşfetti.
Bu galaksiler, Büyük Patlama’dan yalnızca birkaç yüz milyon yıl sonra oluşmuş gibi görünüyor. Standart karanlık madde modellerine göre, bu dönemde yalnızca küçük ve soluk galaksilerin var olması beklenirdi. Ama bu galaksiler, o dönemde bile büyük ve parlak görünüyor.
Astrofizikçiler bu konuda elbette bazı detayları tartışıyor. Ancak üzerinde anlaştıkları bir şey var: Erken evrende büyük galaksiler olmamalıydı. Galaksiler kademeli olarak, yavaşça oluşmalıydı. Bilgisayar simülasyonları da bunu destekliyor. Simülasyonlar, galaksilerin büyük ölçüde karanlık madde halolarının birleşmesiyle yavaşça şekillendiğini gösteriyor.
Bu durum, devam eden tartışmalara ve alternatif teorilere yol açtı.
Araştırmacılara göre bulgular, karanlık maddeye alternatif olarak bilinen Modifiye Newton Dinamiği (MOND) kavramına işaret eden yeni ipuçları sunuyor.
Modifiye Edilmiş Newton Dinamiği, Newton’un Yerçekimi Yasası ve Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi ile açıklanamayan bazı astronomik gözlemleri açıklamaya çalışan bir teori. 1983 yılında bir fizikçi tarafından geliştirilmiş ve galaksilerin dinamiklerini, özellikle de galaksilerin etrafındaki yıldızların hızlarını açıklamak amacıyla önerilmiş.
Standart kozmolojik modelde, galaksilerin etrafındaki yavaş hareket eden yıldızların hızlarını açıklamak için karanlık madde kavramına ihtiyaç var. Ancak, Modifiye Edilmiş Newton Dinamiği, galaksilerin dinamiklerini açıklarken karanlık maddeyi kullanmak yerine, yerçekimi yasalarının belirli koşullarda değiştirilmesi gerektiğini savunuyor.
Yani, galaksilerde gözlemlenen hız anormalliklerini karanlık maddeyi varsayarak açıklamak yerine, yerçekiminin farklı şekilde çalıştığını öne sürerek açıklıyor.
Mesela, daha geçen günlerde James Webb verilerini ayrıntılı olarak analiz eden ve tahminlerden ne kadar uzak olduğunu gösteren yeni bir makale ortaya çıktı.
Makalede yer alan bu grafik, farklı yaşlardaki farklı parlaklıktaki galaksiler için karanlık madde modellerinden elde edilen tahminleri gösteriyor. Mavi noktalar mavi çizgide, yeşil noktalar yeşil çizgide, turuncu noktalar turuncu çizgide olmalı. Ancak makalede yer alan grafiğe göre, karanlık madde tahminleri verilere hiç uymuyor.
Aynı makaledeki başka bir grafik, değiştirilmiş yerçekiminin çok daha iyi çalıştığını gösteriyor.
Karanlık madde modelleri, şu an bilim dünyasında en yaygın kabul gören açıklama. Modifiye Edilmiş Newton Dinamiği ise kozmolojide yaygın olarak kabul gören bir teori olmasa da araştırmacılar, bunun sadece bir tesadüf olamayacağı kadar başarılı öngörülerde bulunduğuna inanıyorlar.
James Webb Teleskobu'nun erken evrendeki büyük ve parlak galaksilere dair bulguları, karanlık madde modellerini yeniden gözden geçirmemiz gerektiğini gösteriyor. Belki de bu veriler, karanlık maddenin yanı sıra başka bir mekanizmanın da iş başında olduğunu gösteriyor olabilir. Bilim bu şekilde işler. Standart kozmolojik model, yıllardır birçok gözlemi başarıyla açıklamış bir sistemdir.
Modifiye Edilmiş Newton Dinamiği (MOND) gibi teoriler bu bağlamda ilgi çekiyor; çünkü bu tür bulguları açıklamada karanlık maddeye kıyasla daha başarılı gibi görünüyor. Yine de bu, bilim camiasında tartışmalı bir konu.
Bu dinamik, galaksilerle ilgili bazı tahminlerde etkileyici bir başarı sergilese de evrenin büyük ölçekli yapısını açıklamakta hâlâ sınırlı kalıyor.
Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu gibi büyük ölçekli yapılarla ve gözlemlerle de henüz uyumlu değil. Bu yüzden, bu teori karanlık maddeyi tamamen tahtından indirebilecek kadar kapsamlı değil, bence.
Ancak bilimin güzelliği de zaten burada değil mi? Her yeni veri, bizi yeni sorular sormaya, daha sofistike modeller geliştirmeye ve evrenin sırlarını daha iyi anlamaya yönlendiriyor. James Webb Teleskobu’nun sağladığı veriler, bu uzun yolculuğun yalnızca bir parçası. İleride yapılacak daha fazla gözlem ve analizle bu bulmacanın daha fazla parçasını birleştireceğiz.
Reuben Gözlemevi gibi teleskoplar ve gözlemevleri yakında çevrimiçi olacak ve evrende galaksi oluşumu ve davranışı hakkında daha fazla veri toplamamıza yardımcı olacak.
Henüz tüm parçaları birleştirebilmiş değiliz. Belki de iddialı olsa da, önümüzdeki yıllarda karanlık madde, yerçekimi yasaları veya galaksi oluşumuna dair tamamen yeni ve devrimsel bir anlayış geliştireceğiz.
Şimdilik, yalnızca kesin olan tek bir şey var: Evren, muhteşem olmasından da öte, düşündüğümüzden çok daha karmaşık ve onun hakkında bildiğimiz tek şey aslında hiçbir şey bilmediğimiz.
Kaynaklar:
https://arxiv.org/pdf/2406.17930
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad834d
