1. karanlık madde ne olabilir? terimin kullanılmaya başlaması 1930’lara dayanıyor ama bilimciler bunu hala bilmiyor. fizikçiler karanlık maddenin, gökadaların ve diğer göksel cisimlerin hareketleri üzerindeki etkilerini ölçebiliyor, fakat bu etkiyi yaratanın tam olarak ne olduğunu söyleyemiyorlar. yine de akıllarına gelen birkaç aday var. gelin bunlara kısaca bir göz atalım:
    wimp
    wimp terimi çok sayıda karanlık madde parçacığını kapsıyor; bunlardan birkaçını da bu listede ele aldık.
    “zayıf etkileşen büyük kütleli parçacıklar (weakly interacting massive particles)” adlandırmasının kısaltması olarak wimp denilen söz konusu bu parçacıklar, protonun kütlesine eşit veya ondan 1000 kata kadar daha ağır olabiliyor. birbirleri ile sadece zayıf kuvvet (radyoaktif bozunumdan sorumlu kuvvet) aracılığıyla etkileşiyorlar.

    bilimciler hem uzayda hem de yeryüzünde yürütülen deneylerle wimp arıyor. fakat henüz bulunamadıkları gibi, alınan veriler de varlıklarını iyice kuşkulu duruma getirdi. eğer wimp asla bulunamazsa, karanlık madde gizemi için çok daha yaratıcı önerilere gereksinim duyacağız demektir.

    steril nötrino
    nötrinolar, türler arası değişimin olabildiği neredeyse kütlesiz parçacıklardır. kocaman bir gezegenden, tek bir çarpışma yaşamadan geçip gidebilirler. kendileri bu denli garipken, bir de daha garip eşlere sahiptirler ki, onlara da “steril nötrino” adı verilmiştir.

    bu son derece zor yakalanabilir parçacıklar çevrelerine karşı öylesine tepkisizdir ki, sadece birinin bile bir madde zerresi ile etkileşmesi için evrenin yaşı kadar zaman gerekiyor olabilir.

    eğer steril nötrinolar karanlık madde parçacığı ise, etkileşmemek konusundaki inatçılıklarından ötürü, onları algılamaya çalışan fizikçilerin işi zor demektir. neyseki kolayca bulunabilecek birşeylere bozunma olasılıkları da var: işık parçacıkları olan fotonlara. geçtiğimiz yıl, uzay teleskoplarını temel alan bir çalışma ile fizikçiler, gökada kümelerinin merkezinden akan ve bozunum yapan steril nötrinolar için öngörülen enerjili bir durağan sinyal keşfetti. ancak sinyalin potasyum iyonları gibi bir başka kaynaktan daha gelme olasılığı da mevcut. yeni bir japon teleskopu olan astro-h daha yüksek enerji çözünürlüğüne sahip ve bu tartışmaya önümüzdeki günlerde nokta koyabilir.

    nötralino
    sıklıkla sözü geçen bir wimp örneği olan nötralino, süpersimetri kuramından doğar. bu kuram, bilinen her parçacığın bir “süper” eşi olduğunu öne sürerek, standart model’deki kimi boşlukları doldurmaya çalışır. ama bu süper eşler gözlemlenmemekte ısrarlıya benziyorlar.

    foton ve z bozonu gibi bazılarının eşleri karanlık maddeye çok benzer özelliklere sahip. karanlık madde bu süpersimetrik parçacıkların bir karışımı olabilir. bunlar arasından gözlemleme ihtimalimizin en yüksek olduğu parçacık ise nötralinodur.

    bir nötralinonun keşfedilmesi, fizikteki iki büyük problemi çözmeye yardım ederdi: karanlık maddenin kimliği ve süpersimetrinin doğruluğu. tabi bu durumda fizikçilerin tüm diğer süper eşleri aramaya girişmesi kaçınılmaz olurdu.

    asimetrik karanlık madde
    evrenin başlangıcında, saf enerjiden birlikte ve eşit miktarda ortaya çıkan madde ile antimadde, şiddetle çapışarak temas anında birbirini yok ediyordu. fakat bir şekilde simetri bozuldu ve geriye sadece madde kaldı. parçacık fiziğinin standart modeli’nde ise bunun böyle olması gerektiğini söyleyen hiçbir şey yok. nasıl olup da olabildiği ise net bir şekilde yanıtlanmamış bir soru. durumu şimdiki haline getiren bu bilinmeyen neden, belki de karanlık maddenin açıklanmasında da rol oynayabilir. belki aynı ilke karanlık madde için de geçerlidir.

    nötralinoların, kendilerinin anti-parçacıkları olduklarını söyleyen standart nötralino kuramından farklı olarak, “asimetrik karanlık madde” olarak adlandırılan bir fikre göre de, anti-karanlık madde parçacıkları bir şekilde yok olmuş ve geriye sadece karanlık madde kalmış olabilir.

    axion
    wimp aramaları sonuçsuz kalmayı sürdürürken, axion adı verilen kuramsal parçacık heyecan yarattı.
    axionun kendisi aslında yeni sayılmaz. fizikçiler onun varlığını ilk kez 1980’lerde, helen quinn ve roberto peccei’nin güçlü çekirdeksel kuvvetle ilgili bir problemin çözülmesine katkı sağlayan makalelerinin ardından düşünmüştü. adını da bir deterjandan alıyor. massachussets teknoloji enstitüsü’nden prof. frank wilczek, “güçlü yük-parite sorunu”nu temizlediği için bu adı yakıştırmış.

    onlarca yıldır karanlık madde adayı olarak bir geçmişe sahipmiş gibi görünse de, deneycilerin onu arayabilir duruma gelişleri henüz çok yeni oldu. şimdilerde washington üniversitesi’nin admx deneyi axion avında ve güçlü bir manyetik alan kullanarak onları algılanabilir fotonlara dönüştürmeye çalışıyor. bu arada kuramcılar da yeni axion türleri hayal ediyor.

    ayna dünya karanlık maddesi
    alice’in aynanın içine girdiğinde karşılaştığı garip nesne ve yaratıklar gibi, belki karanlık madde de bütünüyle ayrı bir evrende varolmaktadır. o evrenin de kendine ait temel parçacıkları olabilir. bu karanlık protonlar ve nötronlar bizimle asla etkileşmeyebilir; kütleçekim hariç. başka hiçbir iz bırakmadan bizim evrenimizdeki maddeye çekim uyguluyor olabilirler. sonuçta orada göremediğimiz birşeyler olduğunu bize düşündürten tek şey ortadaki kütleçekim etkisi.

    bu güzel bir kuram olsa da, kötü yanı durum buysa karanlık maddeyi algılama şansımızın pek olmaması. yine bir ihtimal, karanlık fotonlar normal fotonlara dönüşüyor olabilir; tıpkı nötrinoların farklı çeşnilerinin birbirlerine dönüşebilmesi gibi.

    ek boyutsal karanlık madde
    eğer karanlık madde tamamen başka bir evrende yaşamıyorsa, insanların algılayamadığı dördüncü bir uzay boyutunda varlığını sürdürüyor da olabilir. bu ek boyut öylesine küçük olabilir ki, onu gözlemlememiz mümkün olmaz. bir parçacığın o dördüncü boyuttaki hareketlerini fark edemeyiz. onun yerine, 1920’lerde theodor kaluza ve oskar klein’ın öne sürdüğü gibi, aynı yükü taşıyan farklı kütleli çok sayıda parçacık algılarız. bu parçacıklardan biri de karanlık madde parçacığı olabilir. bu düşünceye de kaluza-klein karanlık maddesi deniyor. işık yaymıyor ve yansıtmıyorlar, dolayısıyla bizim üç uzay boyutumuzdaki kimse onları göremiyor.

    eğer karanlık maddenin bir başka boyuta sıkıştığı doğrulanırsa, bu sicim kuramı için de destekleyici olacak. ne de olsa fazladan epey ek boyut öngörüyor.

    simp
    fizikçiler karanlık maddeyi hiç algılayamamış olsa da, ondan ne kadar bulunduğuna ilişkin oldukça iyi bir fikirleri var. bunu da gökada gözlemlerine borçlular. fakat gökadaların iç bölgelerinin gözlem sonuçları, bazı karanlık madde simülasyonlarına uymuyor. bu, bilimcilerin çözmeye çalıştığı gizemlerden biri.

    bu simülasyonlar çoğu kez karanlık madde parçacıklarının birbirleri ile etkileşmediğini varsayıyor. ama durumun öyle olduğunu düşündürtecek herhangi birşey de yok. bunun farkına varmak “güçlü etkileşen büyük kütleli parçacıklar (strongly interacting massive particles – simp)” kavramını akla getiriyor. simp dahil edilerek yapılan simülasyonlar, diğer modellerdeki uyuşmazlıkları çözüyor gibi görünüyor. hatta gökada kümelerinden yayımlanan garip foton sinyalini de açıklayabilir.

    bileşik karanlık madde
    belki de karanlık madde bu adaylardan hiçbiri değildir; belki de birden fazlasıdır.
    görünür maddenin, her birinin özellikleri ve davranışları başka olan pek çok farklı parçacıktan oluştuğunu anımsayalım. üstelik birbirleri ile sayısız değişik biçimde birleşebiliyorlar. neden karanlık madde de böyle olmasın?
    karanlık maddenin de kendi eşdeğer kuark ve gluonları olabilir ve bunlar etkileşerek karanlık baryonları ve diğer karanlık parçacıkları oluşturuyor olabilir. karanlık atomlar mevcut olabilir.

    durum her ne ise, karanlık madde onlarca yıldır fizikçilerin giderek evrenin daha derinlerine inmesine neden oluyor. ama ne kadar derine inilirse, bulunan çözümlerle beraber başka yeni gizemler de keşfediliyor.
    lale and dilek