Çocukken hiç Bil Bakalım Kim oyununu oynadınız mı? Eğer yapmadıysanız, aslında çok eğlenceli. Her birinin önünde bir tahta bulunan iki oyuncunuz var. Tahtanın üzerinde farklı karakterlere sahip bir sürü çevirmeli kart var. Bir eleme işlemi yoluyla rakibinizin gizli kimliğini tahmin etmeniz gerekir. Çocuk mu, yetişkin mi, erkek mi kız mı, gözlük mü takıyor veya kel mi diye soruyorsunuz. Eğer doğru soruları sorar ve doğru olasılıkları ortadan kaldırırsanız geriye tek bir seçenek kalıyor: Rakibinizin gizli kimliği.
Ne zaman karanlık madde arayışımızı düşünsem, o oyunu düşünmeden edemiyorum. Evrende bir şeyler oluyor. Sıcak, parlak, görünür madde miktarını ölçen gözlem türlerinden biri, bize evrendeki toplam madde miktarını söyleyen diğer tür gözlemlerle örtüşmüyor. Bu farklılığı açıklamak için son derece geniş bir seçenek yelpazesine sahibiz.
Bu seçeneklerin tümü iki geniş kategoriye uyuyor (bunların birbirini dışlamadığını, evrenin son derece karmaşık olmasının mümkün olduğunu vurgulamalıyım) ve bunlar ya evrende yeni bir bileşen, maddenin şimdiye kadar bilinmeyen bir biçimi var ya da yerçekimi anlayışımız galaktik ölçeklerde temelden kusurlu.
Teorisyenler beceriksiz değildir ve gözlemlerimizde yeni ve heyecan verici bir şeyin kanıtı ortaya çıktığı anda fikir üretmeye başladılar. Ve böylece, bu kategorilerin her birinde baş döndürücü bir dizi model, hipotez, çılgın tahminler ve parlak ama yanlış içgörüler var.
Vera Rubin’in çığır açan ölçümüyle başlayarak, galaktik Bil Bakalım Kim oyununu oynamak için çok çalıştık. Gözlemlerdeki tutarsızlıklara neyin sebep olduğuna dair herhangi bir fikrin önünde çok büyük bir zorluk var: TÜM gözlemleri açıklamak, galaksi dönüş eğrilerinden kozmik mikrodalga arka planına kadar tüm testleri, her ölçekte, her zaman geçmek zorunda… ve daha fazlası.
Örneğin, makul bir şekilde, karanlık maddenin belki de sadece… sönük madde, kara delikler gibi, görülmesi kolay olmayan bir şey olduğu varsayılabilir. Dönüş eğrilerini hesaba katmak için bir galaksiyi fazladan kara deliklerle doldurmak yeterince kolaydır. Peki galaksiler arasındaki boşluklardaki bu kara deliklerin küme gözlemlerini hesaba katmasını nasıl sağlarsınız? Veya erken evreni kozmik mikrodalga arka planını açıklayacak kadar kara deliklerle mi dolduracağız?
Evren kara delik oluşturma konusunda o kadar da iyi değil; önce yıldızların yaşaması ve ölmesi gerekiyor, dolayısıyla tüm karanlık maddeyi yalnızca kara delikler aracılığıyla açıklayamazsınız. Kara deliklerin bolluğu bir gözlemi açıklayabilir ama hepsini açıklayamaz.
Ya da belki nötrinolardır. Bilirsiniz, normal maddeyle neredeyse hiç etkileşime girmeyen hayaletimsi küçük parçacıklar? İlk bakışta ideal bir karanlık madde adayı oldukları görülüyor. Birçoğu var. Biraz kütleleri var. Onları görmek gerçekten çok zor.
Ama bu Bil bakalım Kim oyununda onları ortadan kaldırmamız gerekiyor. Bunun nedeni sıcak olmalarıdır; kozmoloji açısından bakıldığında neredeyse ışık hızında hareket ederler. Bu, galaksiler gibi yapılar inşa etmek için iyi olmadıkları anlamına geliyor. Nötrinolar onları fazla yumuşatıyor. Eğer evreni karanlık maddeyi açıklamaya yetecek kadar nötrinoyla doldurursak, galaksilerin oluşmasını sağlayamayız. Bunlar sadece yayılmış gaz damlaları olurdu. Nötrinoların bolluğu bir gözlemi açıklayabilir ama hepsini açıklayamaz.
Yer çekiminin alternatif biçimlerine ne dersiniz? Bunlardan belki de en ünlüsü değiştirilmiş Newton dinamiği için MOND’dur. Temelde bu, galaksinin dönüş eğrilerini açıklamak için dikkatle hazırlanmış, Newton’un yerçekimine bir düzeltmedir. Sadece büyük ölçeklerde kütle, kuvvet ve ivmeye ilişkin genel anlayışımızın biraz yanlış olduğunu söylüyor. Evet, dünyadaki en zorlu şey değil ama iyi bir başlangıç. MOND ve onunla ilgili tüm teorilerin sorunu, belirli bir senaryoya göre ayarlanabilmelerine rağmen diğer ölçeklere yayılmakta zorluk yaşamalarıdır.
Örneğin, galaksilerin dönüş eğrilerini tespit edebiliyor olabilirsiniz ancak daha sonra kümelerin, özellikle de ünlü Mermi Kümesi gibi etkileşim halindeki kümelerin ayrıntılarını doğru bir şekilde elde etmekte zorluk çekebilirsiniz. Bu, iki gökada kümesi arasındaki birleşmenin bileşenlerini gösteren kompozit bir görüntüdür. Büyük ölçüde zarar görmeden birbirlerinin yanından geçen bireysel üye galaksileri görebilirsiniz (çünkü kümede çok fazla alan vardır). Ortada birbirine dolanmış ve şok olmuş sıcak gazı görebilirsiniz. Ve sonra kütleçekimsel merceklemeyle maddenin çoğunun nerede olduğunu görebilirsiniz; ama her iki yerde de değil. Bunun gibi görüntüleri, galaksi dönüş eğrileriyle ve kozmik mikrodalga arka planıyla eşzamanlı olarak açıklamak, hiçbir değiştirilmiş yerçekimi teorisinin başaramadığı bir görevdir.
Bu, yerçekimini %100 doğru anladığımız anlamına gelmiyor, ancak bugüne kadar hiç kimse tüm gözlemleri açıklayan ikna edici bir alternatif bulamadı. Bu teoriler doğru olsa veya en azından doğru olma yolunda olsa bile, her zaman şu veya bu yönde yetersiz kaldıkları gerçeği, karanlık maddenin kaçınılmaz olduğu anlamına gelir. Ondan kurtulamazsınız.
Yarım asırlık “tahmin et kim”in ardından elimizde çok az olasılık kaldı. Yer çekimini değiştirmek onu kesmiyor. Normal ama diğer türlü loş veya görünmez maddenin bolluğu onu kesmiyor. Geriye kalan tek hipotez, karanlık maddenin gerçekten yeni bir tür madde olduğu, şu anda fizik tarafından bilinmeyen gizemli bir parçacık olduğudur.
Karanlık maddenin bilinen tüm gözlemlerle eşleşebilmesi için sınırlı sayıda özelliğe sahip olması gerekiyor. Işıkla nadiren etkileşime girmesi gerekir. Normal maddeyle nadiren etkileşime girmesi gerekir. Modele bağlı olarak kendisiyle bir dereceye kadar etkileşime girebilir. Soğuk olması gerekiyor, yani ışık hızına göre yavaş hareket etmesi gerekiyor. Ve en başından itibaren tüm bu kozmik maskaralıklara katılabilmesi için evrenin son derece erken dönemlerinde bol miktarda yapılması gerekiyor.
Onlarca yıldır kozmologlar doğru yolda olduklarından emindiler. Hatta ana adayları için bir isim bile bulmuşlardı: WIMP: Zayıf Etkileşen Büyük Parçacık. Ve böylece aradıkları kesin kanıtı elde etmek için dünya çapında dedektörler ve özel gözlemevleri kurdular.
