Karanlık maddeye dair yeni ipuçları

Uluslararası Uzay İstasyonu'nda devam eden ve kozmik ışınların ölçüldüğü Alfa Manyetik Sprektrometresi – 2 (AMS-2) deneyinden gelen verileri değerlendiren bilim insanları, karanlık maddeyi destekleyebilecek bulgulara ulaştıklarını geçtiğimiz hafta açıkladılar.
Pazar, 07 Nisan 2013 18:01

Kozmik ışın, evrende çok yüksek hızlarda, çeşitli yönlerde seyahat eden atomaltı parçacıklara verilen genel ad. Bu atomaltı parçacıklar elektron, proton, helyum çekirdeği ve hatta anti-madde (normal parçacık özelliklerine sahip olmakla birlikte zıt yüklere sahip parçacıklar, örn. elektronun anti-maddesi olan pozitron, elektronla aynı özelliklere sahipken elektrondan farklı olarak pozitif yüklüdür) olabilir.

AMS-2 detektörüne çarpan parçacıkların hangi atomaltı parçacık olduğunu ve enerjisini tespit etmek mümkün. Bir parçacığın enerjisi, nasıl oluştuğuna ve oluştuktan sonra hangi aşamalardan geçtiğine bağlı olarak farklılaşabiliyor. Bazıları düşük enerjili olaylarla oluşurken, bazıları yüksek enerjili olaylar sonucu oluşabiliyor.

Ayrıca uzayda hareket edip de Dünya'ya ulaşana kadar galaksimizin manyetik alanıyla da etkileşebiliyorlar. Sonuç olarak algıç (dedektör) tarafından gözlemlendiklerinde sahip oldukları enerji, geldikleri yer/yön ve hangi tip parçacık olduğu, ışınıma öncesinde yol açan süreçler hakkında çok miktarda bilgi veriyor. Kozmik ışınlar, Güneş'ten, patlayan yıldızlardan, karadeliklerden gibi kaynaklardan geldiği gibi ve karanlık maddeden de kaynaklanmış olabilir.

Karanlık maddeyi henüz doğrudan gözlemlemiş değiliz. Karanlık maddenin "karanlığı", belirgin bir elektromanyetik radyasyon yaymamasından ve soğurmamasından kaynaklanıyor. Normal maddeyle çok zayıf etkileşim kurduğu için doğrudan tespit edilebilmesi zor olsa da dolaylı yollardan karanlık maddenin varlığına dair güçlü kanıtlar bulunuyor. Ancak henüz karanlık maddenin “ne” olduğu bilinmiyor.

Karanlık maddenin sahip olması (ve sahip olmaması) gereken özelliklerden yola çıkılarak ortaya atılmış adaylardan biri WIMP (weakly interacting massive particle – zayıf etkileşimli büyük kütleleli parçacık) denen farklı bir atomaltı parçacık.

WIMP'lerin bir özelliği, bir başka WIMP ile temas ettiklerinde, enerjiye ve daha basit atomaltı parçacıklara dönüşmesi. Tıpkı bir elektron ve anti-elektron yani pozitronun bir araya geldiklerinde enerji açığa çıkarması gibi. Ancak WIMP'ler söz konusu olduğunda, ortaya elektron ve pozitron çiftleri çıkıyor.

AMS-2 algıç sistemi tüm bu süreçlerin izlerini taşıyan kozmik ışınları tespit etmek üzere çalışıyor. Çalışmaya başladığı ilk 18 ay boyunca kaydettiği 25 milyar kozmik ışından 7 milyon kadarını elektronlar ve pozitronlar oluşturuyor. Bu veriler incelendiğinde ortaya çıkan ilginç sonuçsa şu: Pozitron sayısının, karanlık madde harici kaynaklardan gelmesi beklenenden daha fazla çıkması. Bu bulgulara daha önceki deneylerde de rastlanmıştı ancak ilk kez AMS-2'nin hassasiyetinde yapılan ölçümlerle de aynı sonuca ulaşılmış oldu.

Diğer bir ilginç bulgu da, pozitronların, enerji dağılımlarına göre incelenmesiyle ortaya çıktı. Farklı kuramsal modeller, farklı enerjilerde farklı miktarlarda pozitron öngördüklerinden, bu veri önemli. AMS-2'nin verilerine göre düşük enerjili pozitronlarda %10 fazlalık görülürken, az daha yüksek enerjilerde bu oranın %5'e düştüğü görüldü. Bu da karanlık maddeyi WIMP ile açıklayan modelin öngörülerine yakın bir bulgu.

Ancak bunlar henüz sadece ilk sonuçlar. Bu fazlalığın başka kaynaklardan oluşmuş olması da ihtimal dahilinde, örneğin pulsarlar (hızla dönen çok-yoğun nötron yıldızları) da WIMP'inkine benzer sinyaller üretebiliyor. Öyle ki araştırmacılar sonuçları değerlendirdikleri bilimsel makalede karanlık maddenin bahsini geçirmek yerine, durumu “yeni bir fiziksel olgu” olarak tarif etmeyi tercih ettiler. Karanlık madde yorumları, CERN'de gerçekleştirilen bir seminerde dile getirildi.

AMS-2 önümüzdeki 20 yıl daha veri toplamaya devam edecek. Veri sayısı arttıkça istatistiksel değerlendirmelerin verdiği sonuçlar daha net bilgiler sunacak.

Kaynak: Bas Astronomy (slate.com/blogs/bad_astronomy)

BilimsoL ekibi tarafından hazırlandı.

facebook.com/BilimsoL
twitter.com/BilimsoL