Evrenin "Karanlık" Yüzü: Karanlık Madde ve Karanlık Enerji Nedir?
Karanlık Madde ve Karanlık Enerji Araştırmaları Nerelerde Yapılıyor ve Amaçları Ne?
-
- 4 dakika
- 3,630
İlginizi Çekebilecek Sorular
- Evrim ağacı mobil uygulamasında neden soru cevap yok?
- Bohr atom modeli gerçekten doğru mu?
- Bir sorum olacak bu sene 11. Sınıf olacağım da sizcs matematiğe nasıl çalışmalıyım,neler yapmam gerek, hangi kaynakları tavsiye edersiniz?
- İnsanlarda kalça kısmı neden daha yağlıdır?
- Cinsel ilişki sırasında pasif olma eylemi neden kadınlarda daha fazla?
- 7 yaşındaki bir çocuğa evrimi nasıl anlatırız?
Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.
Elinizdeki telefon, masanızdaki kitap, ağaçlar, gezegenimiz, yıldızlar ve galaksiler. Tüm bunlar bilinen evrenin yalnızca %4,9’unu oluşturuyor. Geriye kalan kısım evrenin "karanlık" yüzü...
Planck uydusu ölçümlerine göre evrenin %68,3’ü karanlık enerji ve %26,8’i karanlık maddeden oluşuyor. Onlara "karanlık" dememizin sebebi evrenin bu gizemli parçalarını henüz tanımlayamıyor oluşumuz. Neye benzediklerini ve nasıl etkileştiklerini bilmiyoruz. Karanlık madde için son yıllarda ciddi çalışmalar yapılıyor olsa da karanlık enerji hala gizemini koruyor. O halde varolduğunu nereden biliyoruz?
Karanlık Enerji
Karanlık enerjinin etkilerini evrende açıkça görebiliyoruz. 20. yüzyılda Edward Hubble, yaptığı çalışmalarda uzak galaksilerde kızıla kayma olayının (İng: "red shifting") daha fazla olduğunu gördü. Yani, uzak galaksiler yakın galaksilere göre bizden çok daha hızlı uzaklaşıyorlardı. Bu, evrenin ivmeli bir şekilde genişlediğini gösteriyordu.
Genişleme oranı ve ivmesi, Hubble Yasasına dayanan gözlemlerle ölçülebilir. Bu ölçümler diğer bilimsel verilerle birlikte karanlık enerjinin varlığını doğrular ve bu gizemli maddenin miktarını tahmin edebilir. Evren genişledikçe özelliklerini değiştirmez yani seyrelmez. Karanlık enerji tüm evrene homojen dağılmıştır ve evrenin genişlemesini hızlandırma eğiliminde itici bir gücü vardır.
Karanlık Madde
Galaksilerin dış yörüngelerine çıkıldığında inanılmaz hızlara ulaşıldığını biliyoruz. Öyle ki gözlemlenebilir maddelerin yarattığı yer çekimi onları bir arada tutmaya yetmez. Bu da ekstra yerçekimi oluşturan bir şeyler olması gerektiğini akla getiriyor. Görünmeyen, gizemli bir şeyler...
Karanlık maddenin var olması gerektiği fikri buradan doğuyor. Bununla birlikte, evrenin ilk oluştuğu dönemlerde yıldızların oluşabilmesi için de ekstra bir kuvvet gerekiyordu. Stanford Üniversitesi'nden fizikçi Risa Wechsler şöyle diyor:
Görünen o ki yoğun bir bölgede Güneş’in kütlesinin en az bir milyon katına ihtiyacınız var ki yıldız oluşmaya başlasın. Karanlık madde olmadan bir noktada asla yeteri kadar madde biriktiremezsiniz.
Karanlık madde, elektromanyetik kuvvetle etkileşmediğinden, onu tespit etmek oldukça zordur. Işığı yaymaz, emmez veya yansıtmaz.
Karanlık maddenin varlığını, görünür madde üzerindeki kütleçekimsel etkisinden hissedebiliyoruz. Uzak bir ışık kaynağından (örnek olarak bir kuasar) gelen ışığın karanlık maddenin oluşturduğu yer çekimi yüzünden büküldüğünü gözlemleyebiliyoruz. Kaynağın bilinen konumunu çarpık görüntüsü ile karşılaştırarak, bozulmaya neden olan maddenin dağılımını yeniden yapılandırabiliyoruz. Karanlık maddenin mercek etkisinden ve yer çekimi ile etkileşime girmesinden onun bir parçacık gibi davrandığını görüyoruz.
Karanlık Madde Araştırmaları
Çoğu fizikçi karanlık maddenin atom altı parçacıklara benzer bir parçacık olduğu konusunda hemfikir. Dünya üzerindeki çoğu deney de bu doğrultuda sürdürülüyor. Parçacık hızlandırıcı deneyler, çok yüksek hızlarda iki parçacığı çarpıştırarak bir karanlık madde partikülü elde etmek için yapılıyor. Higgs bozonu da bu yolla keşfedilmişti. Şimdiye kadar yapılmış en güçlü parçacık hızlandırıcıdan başlayalım.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ve CERN
Standart modeldeki parçacıklar karanlık maddeyi tanımlamak için yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle standart modeldeki boşlukları doldurmak için geliştirilen Süpersimetri teorisi yardımımıza koşar. Birçok görüş karanlık maddenin süpersimetrik parçacıklar içerdiğini savunur. Parçacıkların elektrik yükü nötr olmalıdır ve normal madde ile zayıf etkileşmesi gerekmektedir ki karanlık madde için uygun birer aday olabilsin. Bu şartları sağlayan en hafif süpersimetrik parçacık LHC çarpışmalarında üretilmeye çalışılıyor.
LHC, protonları hızlandırıyor ve toplam 13 TeV enerjiyle çarpıştırıyor. ATLAS araştırmaları tarafından kullanılan LHC, fiziğin temel prensibi olan momentum korunumunu kullanarak karanlık madde parçacığını tespit etmeye çalışıyor. Toplamda eksik olan momentum görünmez parçacıklar tarafından taşınıyor demektir. Bu cevapsız enine momentuma “ETmiss” denir.
En popüler karanlık madde parçacığımız ise WIMP (Zayıf Etkileşimli Masif Parçacık).
WIMP tek tür bir parçacık olmayabilir. Karanlık madde miktarının normal maddenin yaklaşık beş katı olduğunu biliyoruz. Sıradan maddenin bile birden fazla farklı parçacıklar ve etkileşimlerle tanımlandığını düşünürsek karanlık maddenin tek bir parçacık veya etkileşimle tanımlanmaması gerektiğini söyleyebiliriz. Deneyler sonucunda pek çok WIMP modeli ile karşılaşabiliriz.
Karanlık maddeyi bulmak için sürdürülen en yaygın çalışmalar yeraltına hassas detektörler yerleştirerek yapılıyor.
Lux-Zeplin (LZ)
İkinci nesil bir karanlık madde dedektörü olan LZ, benzeri görülmemiş bir hassasiyetle WIMP’leri tespit etmesi için tasarlanmış. Güney Dakota’daki Sanford Yeraltı Araştırma Merkezinde yer alan LZ dedektörü, içerisindeki sıvı ksenon kütlesi 10 ton olduğunda en hassas durumunda olacak. Burada amaç WIMP’lerin çok yoğun olan sıvı ksenonun içinden geçerken arkalarında bırakabileceği izi gözlemlemek. Gözlemlerin yer altında yapılmasının nedeni ise cihazı kozmik ışınların etkisinden korumak.
XENON1T
İtalya'daki Gran Sasso Ulusal Laboratuarı'nda bulunan 3D görüntüleme sıvı ksenon zaman projeksiyon odası olan XENON1T dedektörü, ksenon atomlarından sıçrayan karanlık maddenin sinyallerini bulmayı amaçlar. Çoğu teorisyen, karanlık maddenin ağır ksenon çekirdekleriyle çarpışacağını ve “nükleer geri tepme” üreteceğini tahmin ediyor. Böyle bir çarpışma olursa, iki sinyal üretir: küçük bir ışık flaşı ve dedektörden dışarı sürüklenip çıkarılabilen bir serbest elektron bulutu.
Sonuç
Nadir karanlık madde parçacıklarının etkileşimlerini gözlemleyerek veya kontrollü laboratuvar koşularında üretmeye çalışarak karanlık maddenin doğasını anlayabilmeyi umuyoruz. Etrafımızı çepeçevre saran ve evrenin beşte birini oluşturan bu yapıyı tanımlamayı başarırsak evrene olan bakışımız kökten değişebilir. Bilimin ve teknolojinin yönü de aynı şekilde değişecektir. Beklediğimiz sonuca ulaşamasak bile bu yoldaki eşsiz deneyimlerin bize çok şey öğreteceğinden emin olabiliriz.
Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.
İlginizi Çekebilecek Sorular
- Evrim ağacı mobil uygulamasında neden soru cevap yok?
- Bohr atom modeli gerçekten doğru mu?
- Bir sorum olacak bu sene 11. Sınıf olacağım da sizcs matematiğe nasıl çalışmalıyım,neler yapmam gerek, hangi kaynakları tavsiye edersiniz?
- 8
- 7
- 6
- 5
- 5
- 3
- 1
- 1
- 1
- 0
- 0
- 0
- CERN. Dark Matter. (29 Mart 2020). Alındığı Tarih: 29 Mart 2020.
- CERN Courier. Largest Wimp Survey Sets New Limits. (09 Temmuz 2018). Alındığı Tarih: 29 Mart 2020.
- A. Harris, et al. (2015). Lux-Zeplin(Lz) Conceptual Design Report. ArXiV. | Arşiv Bağlantısı
- J. Aalbers. Light Dark Matter Search Results From Xenon1T. (14 Ağustos 2019). Alındığı Tarih: 29 Mart 2020. Alındığı Yer: Xenon1T | Arşiv Bağlantısı
- C. Doglioni, et al. Searching For Dark Matter With The Atlas Detector. (29 Mart 2020). Alındığı Tarih: 29 Mart 2020. Alındığı Yer: CERN | Arşiv Bağlantısı
Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?
Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:
kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 19/09/2020 21:24:12 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/8420
İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.
- Bilim Ağacı> Doğal Bilimler> Fizik> Parçacık Fiziği
- Bilim Ağacı> Doğal Bilimler> Fizik> Astronomi> Astrofizik> Yüksek Enerji Astrofiziği
- Fizik Evren Lhc (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) Standart Model Karanlık Madde Karanlık Enerji Astrofizik