Karanlık maddenin tuhaf kardeşi, karanlık enerji nedir?

Evrenin karanlık madde ve karanlık enerjiyle dolu karanlık bir tarafı var. Karanlık madde, galaksilerin etrafında gezen ve görülmeyen kütleden oluşuyor. Fizikçiler ise dev buz tankları, parçacık çarpıştırıcılar, ve diğer karmaşık yöntemler yoluyla bu maddeyi bulmaya çalışıyor. Peki karanlık maddenin tuhaf kardeşi karanlık enerji nasıl bir şey?

Karanlık enerji, evrenin zaman geçtikçe hızlanarak genişlemesine sebep olan bir şey. Evrenbilimcilerin günümüzde karşı karşıya kaldığı büyük bilmece ise bu “şeyin” ne olduğunu anlamak.

Avustralya’daki Queensland Üniversitesinde çalışan astrofizik profesörü Tamara Davis, “Karanlık enerjinin özellikleri ve nasıl davrandığıyla ilgili birçok şey söyleyebiliriz” diyor. “Fakat ne olduğunu hâlâ bilmiyoruz. Asıl soru bu.”

KARANLIK ENERJİNİN VAR OLDUĞUNU NASIL BİLİYORUZ?

Populer Science Türkçe'de yer alan çalışmaya göre gökbilimciler evrenin genişlemekte olduğunu uzun bir süredir biliyor. 1900’lerin başlarında Edwin Hubble, galaksileri hareket halinde olduğunu gözlemleyip Hubble Kanunu’nu ortaya atmış. Bu kanun, bir galaksinin hızının bize göre olan uzaklığıyla ilişkisini gösteriyor. Fakat 20’nci yüzyılın sonlarına doğru uzak galaksilerde yeni tespit edilen süpernovalar, bir açmazı ortaya çıkarmış: Evren sabit bir hızla değil, hızlanarak genişliyor.

Austin – Texas Üniversitesinde çalışan astrofizikçi Katherine Freese, “Evrenin hızlanması hepimizi çok şaşırttı” diyor. Kütleçekimin çekim kuvvetinin aksine, karanlık enerjinin “bir tür itici davranış sergilemesi ve cisimleri birbirlerinden giderek daha hızlı ayırması” gerektiğini belirtiyor.

1990’lardan bu yana yürütülen pek çok gözlemde, evrenin hızlanarak genişlediği doğrulanmış. Uzak galaksilerde patlayan yıldızlar, sabit şekilde genişleyen bir evrende olması gerekene göre daha soluk görünüyor. Evren tarihinin bilinen ilk anlarından kalan ışık olan kozmik mikrodalga arka plan ışıması bile karanlık enerjinin meydana getirdiği etkilerin işaretlerini gösteriyor. Gözlemlenebilen evreni açıklamak için matematiksel evrenbilim modellerimizde karanlık enerjinin yer alması gerekiyor.

Karanlık enerji terimi, ilk olarak astrofizikçi Michael Turner tarafından karanlık madde terimine uyumlu olması amacıyla türetilmiş. Terim ayrıca evrenin hızlanan genişlemesinin, çok önemli ve çözülmemiş bir problem olduğunu da akla getiriyor. Pek çok bilim insanı, zamanında Albert Einstein’ın kozmolojik sabitinin modellerine güzel uyum sağlaması sebebiyle karanlık enerji için bir mükemmel açıklama olduğunu düşünmüş. (Kozmolojik sabit, Albert Einstein’ın genel görelilik kuramına matematiksel işlemleri halletmek için dahil ettiği ve lambda şeklinde de bilinen bir “düzeltme faktörü”).

Şimdilerde Los Angeles California Üniversitesinde (UCLA) misafir profesör olarak çalışan Turner, “Benim görüşüm bunun o kadar basit olamayacağı yönündeydi” diyor. Kendisi, hızlanan evreni “en derin problem” ve “bilimin tamamındaki en büyük gizem” şeklinde görüyor.

KARANLIK ENERJİ NEDEN ÖNEMLİ?

Yale Üniversitesinde çalışan astrofizikçi Will Tyndall, sadece yüzde 5 oranında normal maddeden oluşan bir evrende yaşadığımızı ve ayrıca evrenin yüzde 27 karanlık maddeden, tam yüzde 68 oranında da karanlık enerjiden oluştuğunu söyleyen Lambda-CDM modelinin, “evrenbilimdeki mevcut yaklaşım” olduğunu söylüyor. Bu modelin, “kozmik tarihin tamamını oldukça istekli bir biçimde birleştirmeyi (ve açıklamayı) hedeflediğini” belirtiyor. Fakat model halen, karanlık enerjinin doğası da dahil olmak üzere açıklanmayan pek çok şey bırakıyor. “Sonuçta, içinde yaşadığımız evrenin yüzde 68’ini oluşturduğu varsayılan bir şeyi nasıl bu kadar az anlayabiliriz?” diye ekliyor Tyndall.

Karanlık enerji, evrenimizin nihai kaderini belirleyen önemli etmenlerden de biri aynı zamanda. Evren, her şeyin atomlarına ayrıldığı Büyük Parçalanma’da parçalarına mı ayrılacak? Yoksa bir iniltiyle mi son mu bulacak?

Bu senaryolar, karanlık enerjinin zamanla değişip değişmediğine bağlı. Eğer karanlık enerji hiçbir değişim geçirmeyen kozmolojik bir sabit ise, evrenimiz genişleyip nihayetinde çok yalnız bir yer haline gelecek; bu senaryoda, yerel galaksi kümemizin ötesindeki hiçbir yıldızı göremeyeceğimiz ve bu yıldızlar tespit edilemeyecek kadar kırmızı olacak.

Eğer karanlık enerji güçleniyorsa, Büyük Parçalanma şeklinde bilinen olaya yol açabilir. Belki de karanlık enerji zayıflıyordur ve evrenimiz tekrar büzülecek, yeni bir büyük patlamayla döngü baştan başlayacaktır. Fizikçiler, karanlık enerjinin tabiatını daha iyi anlayana kadar bu senaryoların hangisinin bizi beklediğini bilemeyecek.

KARANLIK ENERJİ ASLINDA NE OLABİLİR?

Karanlık enerji, evrenin matematiğinde Einstein’ın kozmolojik sabiti olarak ortaya çıkıyor. Fakat bu durum, evrenin hızlanan genişlemesine fiziksel açıdan neyin sebep olduğunu açıklamıyor. Önde gelen kuramlardan biri de kuantum mekaniğinin boşluk enerjisi olarak bilinen tuhaf bir özelliği. Bu enerji, parçacık çiftleri ve onların antiparçacıkları birden belirip kaybolduğu zaman oluşuyor ve bu durum neredeyse her zaman, her yerde gerçekleşiyor.

Kulağa karanlık enerji için harika bir açıklama gibi geliyor. Fakat ortada büyük bir sorun var: Boşluk enerjisinin bilim insanlarının ölçtüğü ve kuramlardan tahmin ettiği değeri arasında çok büyük ve açıklanamayan bir fark var. Buna kozmolojik sabit problemi adı veriliyor. Bir diğer ifadeyle parçacık fizikçilerinin modelleri, Turner’a göre “hiçlik” olarak düşündüğümüz şeyin bir miktar ağırlığının olması gerektiğini söylüyor. Fakat yapılan ölçümler, varsa bile bu ağırlığın çok küçük olduğunu gösteriyor. “Belki hiçliğin ağırlığı da hiçliktir” diyor Turner.

Evrenbilimciler, yıllar boyunca karanlık enerji için başka açıklamalar da ortaya attı. Bunlardan biri olan sicim kuramında, evrenin iplik benzeri küçük parçalardan oluştuğu ve karanlık enerjide gördüğümüz değerin yalnızca, pek çok farklı çoklu evrenin içinde bulunan bir ihtimal olduğu öne sürülüyor. Pek çok fizikçi, bunun mantığı itibarıyla epey insan merkezli olduğunu düşünüyor; bir evrende başka kozmolojik sabit değerleriyle var olamazdık, dolayısıyla her ne kadar diğerlerine kıyasla uç bir değer olsa bile bununla var olduk.

Diğer fizikçiler, Einstein’ın genel görelilik denklemlerini hepten değiştirmeyi düşünmüş. Fakat bu girişimlerin çoğu, LIGO’nun kütleçekim dalgaları üzerinde gerçekleştirdiği öncü gözlemlerden yapılan ölçümlerle hükümsüz kılınmış. “Kısacası, yeni ve parlak bir fikre ihtiyacımız var” diyor Freese.

BU GİZEM NASIL ÇÖZÜLEBİLİR?

Evrende yapılan yeni gözlemler, astrofizikçilerin karanlık enerjinin özelliklerini daha detaylı şekilde ölçmesine yardımcı olabilir. Örneğin gökbilimciler, evrenin hızlanarak genişlediğini halihazırda biliyordu; fakat bu hızlanma her zaman aynı mıydı? Eğer bu sorunun cevabı hayır ise, o zaman karanlık enerji önceden sabit değildi demektir ve bu durum, yeni açıklamalar bulmak için çırpınan bütün fizik kuramcılarının hayatını altüst eder.

ABD’nin Arizona eyaletinde yer alan Kitt Zirvesi Gözlemevinde halihazırda Karanlık Enerji Tayfölçümsel Aygıtı veya DESI olarak bilinen bir proje yürütülüyor. Bu çalışmada kozmik haritacılık yapılarak, evrendeki değişen hızlanma işaretleri aranıyor. “Evrenin üzerine harita metot kağıdı sermeye ve zamanla nasıl genişleyip hızlandığını ölçmeye benziyor” diyor Davis.