Karanlık Maddeye Dair En Güçlü İşaret Yakalandı

Karanlık Madde Nedir?

Karanlık madde, gözle görülemeyen ve ışık yaymadığı ya da yansıtmadığı için teleskoplarla doğrudan tespit edilemeyen bir madde türü. Bilim insanları onun varlığını, galaksiler ve yıldızlar üzerindeki kütle çekim etkilerinden anlıyor.

Evrenin hareketini yalnızca gördüğümüz yıldızlar, gezegenler ve gazlarla açıklamak mümkün değil. Bu nedenle görünmeyen ek bir maddenin var olduğu düşünülüyor. Karanlık maddenin, evrendeki toplam maddenin yaklaşık yüzde 85’ini oluşturduğu tahmin ediliyor.

Gözden Kaçmasın

Filistinliler ABD'li Büyükelçiye Topraklarını Gasbeden İsraillileri Şikayet Etti

Haberi Görüntüle

Ancak karanlık maddenin tam olarak hangi parçacıklardan oluştuğu hâlâ bilinmiyor. LUX-ZEPLIN gibi deneyler de bu gizemli maddenin doğrudan izini yakalamaya çalışıyor.

Bilim insanlarının onlarca yıldır doğrudan tespit etmeye çalıştığı karanlık maddeye ilişkin dikkat çekici bir gelişme yaşandı. ABD’nin Güney Dakota eyaletindeki yer altı laboratuvarında çalışan LUX-ZEPLIN (LZ) deneyi, bilinen normal madde kaynaklı süreçlerle açıklanması oldukça güç olan tek bir parçacık etkileşimi kaydetti.

Dün açıklanan bulgu henüz karanlık maddenin keşfedildiği anlamına gelmiyor. Ancak araştırmacılara göre olay, karanlık madde parçacıklarının doğrudan gözlemlenmesine yönelik bugüne kadarki en dikkat çekici işaretlerden biri olabilir. Sonuçlar, 1 Eylül’de Japonya’da düzenlenen TeV Parçacık Astrofiziği Konferansı’nda bilim dünyasıyla paylaşıldı. 

Karanlık madde doğrudan görülemiyor, ışık yaymıyor ve ışığı yansıtmıyor. Buna rağmen galaksilerin hareketleri ve büyük kozmik yapıların davranışları üzerinde oluşturduğu kütle çekim etkileri nedeniyle var olduğu düşünülüyor. Karanlık maddenin evrendeki toplam maddenin yaklaşık yüzde 85’ini oluşturduğu tahmin ediliyor. Ancak hangi parçacıklardan meydana geldiği, modern fiziğin henüz yanıtlayamadığı en büyük sorulardan biri olmayı sürdürüyor. 

Tek bir olay neden bilim insanlarını heyecanlandırdı?

LZ araştırmacıları, Mart 2023 ile Nisan 2024 arasında toplanan 220 günlük veriyi yeniden analiz etti. İncelemede, dedektörde yaklaşık 248 kiloelektronvolt enerji bırakan sıra dışı bir nükleer geri tepme olayı tespit edildi.

Bu enerji aralığında bilinen arka plan olaylarının son derece düşük olması, sinyali özellikle dikkat çekici hale getirdi. LZ’nin resmi sonuçlarına göre olay, yalnızca bilinen arka plan süreçlerinin bulunduğu varsayımla 2,6 sigma düzeyinde uyuşmazlık gösteriyor. Araştırılan bazı modellerde yerel istatistiksel anlamlılık 3,4 sigmaya kadar yükseliyor. 

Fizikte yeni bir parçacığın keşfedildiğinin kabul edilebilmesi için ise genel olarak 5 sigma seviyesine ulaşılması gerekiyor. Mevcut sonuç bu nedenle bilimsel olarak bir “keşif” değil, daha fazla veriye ihtiyaç duyan sıra dışı bir gözlem niteliği taşıyor.

UCL’nin aktardığı hesaplamaya göre 2,6 sigma düzeyi, gözlenen olayın bilinen arka plan süreçleriyle açıklanabilme ihtimalinin yaklaşık yüzde 0,5 olduğu anlamına geliyor. 

Karanlık maddenin yıllardır aranan parçacığı olabilir

Bilim insanlarının üzerinde durduğu ihtimallerden biri, sinyalin WIMP olarak bilinen “zayıf etkileşimli ağır parçacık” türünden kaynaklanmış olması.

WIMP’ler, karanlık maddenin yapısını açıklamak için onlarca yıldır öne sürülen başlıca parçacık adayları arasında bulunuyor. Buna rağmen yer altındaki son derece hassas dedektörlerden parçacık hızlandırıcılara kadar yürütülen araştırmalarda bugüne kadar kesin biçimde tespit edilemediler. 

Araştırmacıların hesaplamalarına göre gözlenen olay gerçekten karanlık maddeden kaynaklandıysa, buna yol açan WIMP parçacığının kütlesinin en az 200 GeV/c² olması gerekiyor. Bu değer protonun kütlesinin 200 katından fazlasına karşılık geliyor.

Nature’ın aktardığı değerlendirmede ise olayın özellikleri, parçacığın kütlesinin yaklaşık 1000 GeV civarında olabileceği ihtimalini de gündeme getiriyor.

LUX-ZEPLIN karanlık maddeyi nasıl arıyor?

LUX-ZEPLIN deneyi, Güney Dakota’daki Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi’nde yerin yaklaşık 1,5 kilometre altında çalışıyor. Yaklaşık 250 bilim insanı ve mühendisin yer aldığı uluslararası proje, 39 araştırma kurumunu bir araya getiriyor.

Dedektörde yaklaşık 10 ton ultra saf sıvı ksenon bulunuyor. Sistem, olası bir karanlık madde parçacığının ksenon çekirdeğiyle çarpışması halinde ortaya çıkabilecek son derece küçük ışık ve enerji sinyallerini yakalamaya çalışıyor. 

Deneyin yerin yaklaşık bir mil altında bulunmasının önemli bir nedeni de kozmik ışınların oluşturduğu paraziti azaltmak. Dedektör ayrıca su tankı, dış algılayıcılar ve gelişmiş hesaplama yöntemleri kullanarak normal maddeden kaynaklanan olaylarla olası karanlık madde sinyallerini birbirinden ayırmaya çalışıyor. 

Yeni çalışma, daha önce incelenen daha düşük enerjili ve geleneksel WIMP etkileşimlerinin ötesine geçerek dedektörde daha fazla enerji bırakabilecek farklı etkileşim türlerini araştırdı. Sıra dışı olay da bu genişletilmiş araştırma sırasında ortaya çıktı.

Bilim insanları neden hâlâ temkinli?

Araştırma ekibi, yalnızca tek bir olayın karanlık maddenin keşfedildiğini kanıtlamaya yetmeyeceğinin altını çiziyor.

LZ Sözcüsü ve Brown Üniversitesi Öğretim Üyesi Rick Gaitskell, araştırmacıların sinyalin karanlık madde olduğunu ileri sürmediğini, ancak bilinen arka planların son derece düşük olduğu bir bölgede ortaya çıkmasının sonucu ilgi çekici hale getirdiğini belirtti. 

Berkeley Laboratuvarından Aaron Manalaysay da veri setlerinde sıra dışı olayların görülebileceğini ancak bunların ayrıntılı incelemede çoğunlukla bilinen bir arka plan süreciyle açıklanabildiğini ifade etti. Son olayın ise yapılan incelemelere rağmen bu şekilde kolayca açıklanamadığına dikkati çekti. 

Araştırmacılar şimdi daha fazla verinin aynı yönde sonuç verip vermeyeceğini bekliyor. Benzer olayların tekrarlanması halinde mevcut işaretin istatistiksel gücü artabilir. Yeni olay görülmemesi veya farklı bir arka plan mekanizmasının bulunması durumunda ise karanlık madde ihtimali zayıflayabilir.

LUX-ZEPLIN veri toplamaya devam ediyor. Deney ekibi, önümüzdeki dönemde çok daha büyük bir veri seti üzerinden aynı enerji aralığını inceleyerek gözlenen tek olayın gerçekten yeni bir fiziksel sürecin habercisi olup olmadığını anlamaya çalışacak. 

Şimdilik bilim dünyasının elinde karanlık maddenin keşfi değil, açıklanmayı bekleyen sıra dışı bir parçacık etkileşimi bulunuyor. Ancak aynı özellikleri taşıyan yeni sinyallerin ortaya çıkması halinde, yaklaşık bir asırdır yalnızca kütle çekim etkileri üzerinden bilinen karanlık maddenin hangi parçacıklardan oluştuğunun anlaşılması yönünde önemli bir adım atılmış olabilir.

 

Kaynak: Nature

Kapak Görsel: Hubble Uzay Teleskobu tarafından görüntülenen Abell 1689 galaksi kümesine ait 2010 tarihli arşiv görseli. Mavi alanlar, karanlık madde dağılımını gösteriyor. (NASA)