Tokyo Üniversitesi’nden gökbilimci Tomonori Totani, NASA’nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu’nun 15 yıllık verilerini yeniden analiz ederek, galaksimizin merkezine yakın, haloya benzeyen devasa bir yapıdan 20 gigaelektronvolt (20 GeV) enerjili gama ışınları tespit etti. Bu parıltının uzaydaki dağılımı, karanlık madde halesinin teorik görünümüyle neredeyse birebir örtüşüyor.
Karanlık Madde Nedir?
Karanlık Maddenin Keşfi
Karanlık madde, evrendeki maddenin büyük bir bölümünü oluşturduğu düşünülen, ancak ışık yaymadığı veya soğurmadığı için doğrudan gözlemlenemeyen bir madde türüdür. İsviçreli gökbilimci Fritz Zwicky, 1930’larda galaksilerin, sahip oldukları görünür maddeden çok daha hızlı döndüğünü fark ederek bu görünmez “fazladan kütlenin” varlığını ilk kez ortaya atmıştı.
Evrendeki Karanlık Madde Oranı
Günümüzde yapılan hesaplamalara göre, bildiğimiz “normal” madde evrendeki toplam maddenin yalnızca yaklaşık yüzde 16’sını oluşturuyor. Geri kalan yaklaşık yüzde 84’ünün ise karanlık maddeden kaynaklandığı düşünülüyor. Bu durum, etrafımızdaki galaksileri bir arada tutan görünmeyen dev bir iskeletin varlığını ve bu iskeleti neyin oluşturduğunu henüz tam olarak anlayamadığımızı gösteriyor.
Yeni Analiz Neler Gösteriyor?
Fermi Teleskobu Verilerinin İncelenmesi
Totani’nin çalışması, Fermi teleskobunun Samanyolu’nun halesine, yani galaksinin görünen diskinin çok ötesine uzanan verilerini alıp titizlikle temizlemesini içeriyor. İlk olarak, galaksinin ortasındaki yoğun bölge, Fermi baloncukları, kozmik ışınların gazla çarpışması ve noktasal kaynaklar gibi bilinen tüm gama ışını kaynakları modellerle çıkarılıyor. Geriye kalan, kaynağı belirsiz gama ışınları ise bir harita haline getiriliyor.
Gama Işını Parıltısı
Bu haritada ortaya çıkan şey, galaksinin merkezine odaklı, büyük, küresel ve oldukça sönük bir parıltı: Haleye benzeyen bir gama ışını ışıması. Enerji dağılımı incelendiğinde, bu parıltının birkaç GeV’den başlayıp 20 GeV civarında keskin bir zirve yaptığı ve sonra tekrar azaldığı görülüyor. Bu eğri, karanlık madde WIMP’lerinin (Zayıf Etkileşen Büyük Parçacıklar) yok oluşundan beklenen teorik eğriyle neredeyse tamamen örtüşüyor.
WIMP Parçacıkları ve Yok Olma Sıklığı
Analize göre, bu sinyali en iyi açıklayan WIMP’ler, protondan yaklaşık 500 kat daha ağır parçacıklar. Ayrıca, hesaplanan yok olma sıklığı da tüm belirsizliklere rağmen teorik tahminlerle uyumlu bir aralıkta bulunuyor.
Çalışmanın Sonuçları ve Etkileri
Karanlık Maddeye Dair İlk Gözlem mi?
Totani, yayınladığı makalede, Samanyolu halesinde bulunan bu “20 GeV fazlasının”, karanlık madde parçacıklarının birbirini yok etmesinden kaynaklanıyor olabileceğini belirtiyor. Kullanılan farklı arka plan modelleri ve sistematik hata kontrollerine rağmen sinyalin kalıcı göründüğünü vurguluyor. Bu çalışma, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics dergisinde yayınlandı.
İnsanlığın Karanlık Maddeyi İlk Kez “Görmesi”
Totani’ye göre, eğer bu yorum doğruysa, bu sonuçlar insanlığın karanlık maddeyi ilk kez “görmüş” olabileceği anlamına geliyor. Çünkü bu durumda gözlemlenen şey, bu görünmez maddenin yok oluşundan doğrudan gelen gama ışınları olacak. Karanlık maddeyi oluşturan parçacıkların kütlesine kadar uzanan ayrıntılarıyla, Standart Model’de yer almayan yeni bir parçacık ailesine işaret ediyor. Bu da hem gökbilim hem de parçacık fiziği için tarihi bir dönüm noktası olarak değerlendirilebilir. Neredeyse yüz yıldır süren “Evrendeki kayıp kütle ne?” sorusuna ilk kez somut bir parçacık adayı gösterilmiş oluyor.
Diğer Araştırmacıların Yaklaşımı
Temkinli Yaklaşım ve Alternatif Açıklamalar
Ancak diğer araştırmacılar, “ilk doğrudan kanıt” ifadesine temkinli yaklaşıyor. Bu tür bir sinyalin gerçekten karanlık maddeden kaynaklandığını söyleyebilmek için öncelikle olası tüm “sıradan” astrofiziksel açıklamaları dışlamak gerekiyor.
Cüce Galaksiler ve Arka Plan Işıması
Bazı uzmanlar, Samanyolu çevresindeki cüce galaksilerin de benzer şekilde karanlık madde açısından zengin bölgeler olduğunu, ancak buralarda şimdiye kadar böyle güçlü bir gama ışını sinyali görülmediğini hatırlatıyor. Bu durum, hale sinyalinin karanlık maddeyle açıklanmasını zorlaştıran bir nokta olarak öne çıkıyor. Öte yandan Fermi verilerinin oldukça karmaşık olduğu ve arka plan ışımasının tam olarak modellenmesinin de zor bir iş olduğu vurgulanıyor. Başka araştırma gruplarının aynı veriyi farklı yöntemlerle analiz edip benzer bir sinyal bulup bulamayacağı, önümüzdeki yıllarda yakından izlenecek.
Gelecek Araştırmalar ve İzlenecek Yollar
Başka Göklerde İz Sürmek
Bu noktada bilim insanlarının elindeki en iyi test, aynı enerjiye ve aynı “şekle” sahip bir gama ışını parıltısını evrendeki başka karanlık madde yoğun bölgelerde de aramak olacak. Özellikle Samanyolu’nun etrafındaki cüce galaksiler ve kümeler, arka plan ışımasının daha az olduğu, bu yüzden sinyali daha net görebileceğimiz laboratuvarlar gibi. Eğer 20 GeV civarında zirve yapan benzer bir hale parıltısı bu gökcisimlerinde de yakalanırsa, Totani’nin iddiası çok daha güçlü hale gelecek. Aksi durumda, bugün “karanlık madde için en güçlü iz” dediğimiz şey, modellerdeki bir eksiklik ya da henüz anlamadığımız başka bir gök cismi nüfusuyla açıklanabilir.
Bu çalışma, evrenin yapısını anlamamızda önemli bir adım olabilir ve karanlık madde konusundaki araştırmalara yeni bir yön verebilir. Bilim dünyası, önümüzdeki dönemde yapılacak yeni gözlemler ve analizlerle bu konudaki gizemleri aydınlatmaya devam edecektir.
