Evrenin yaklaşık yüzde 85’ini oluşturduğu varsayılan, gizemli ve “kayıp” kütle olan karanlık madde hakkında bilmediklerimiz hala oldukça fazla. Fizikçiler, bu görünmez maddenin varlığından emin olsalar da, onun tam olarak nasıl davrandığı uzun süredir bir sırdı. Yeni bir araştırma, karanlık madde hakkındaki en önemli tahminlerden birini doğruluyor. Tıpkı bildiğimiz diğer maddeler gibi, karanlık madde de yer çekiminden etkileniyor ve bu etkiler üzerinden tespit edilebiliyor.

Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışma için araştırmacılar, galaktik kırmızıya kayma verilerini, yani galaksiler bizden uzaklaştıkça dalga boylarında meydana gelen kaymaları detaylı bir matematiksel analizden geçirdi. Bu analizde, Dark Energy Survey’in ilk üç yıllık ölçümleri ile çeşitli spektroskopik çalışmalardan elde edilen veriler birleştirildi. Bilim insanları, kozmolojik verilerin yer çekimi kuvvetine ve astrofizikçilerin genel görelilik etkilerini hesaplamak için kullandığı Euler denklemlerine ne kadar uyduğunu inceledi.

Sonuçlar, karanlık maddenin de evrendeki diğer her şey gibi, yer çekimi kurallarına göre davrandığı fikrini güçlü bir şekilde destekledi. Ancak bu keşfin yanı sıra ekip, eğer gerçekse karanlık madde arayışını kökten değiştirebilecek gizemli bir beşinci kuvvetin varlığına dair küçük bir ihtimal de buldu.

Uzay – zamanın çukurları ve gizemli beşinci kuvvet

Araştırmacılar, çalışmalarında kütle çekim kuyularına odaklandı. Bunlar, devasa gök cisimlerinin yer çekimi kuvvetinin neden olduğu, uzay-zaman dokusundaki büyük “çukurlar” olarak tanımlanabilir. Ekip, bu kütle çekim kuyularının varlığının, galaksilerin hızlarındaki değişimlere (kırmızıya kayma verileriyle temsil edilir) nasıl yol açtığını izledi.

Çalışmanın yazarlarından, Cenevre Üniversitesi’nden fizikçi Camille Bonvin, “Eğer karanlık madde beşinci bir kuvvete tabi değilse, çoğunlukla karanlık maddeden oluşan galaksiler, tıpkı sıradan madde gibi, tamamen yer çekimi kurallarına uyarak bu kuyuların içine düşecektir” diyor. Yani, eğer karanlık madde yer çekiminden muaf olsaydı, galaksiler kütle çekim dalgalarıyla farklı şekillerde etkileşime girecekti. Ancak ekibin hesaplamaları, galaktik hareketlerin gerçekten genel göreliliğe ve Euler denklemlerine uyduğunu gösterdi; bu da karanlık madde için de aynı durumun geçerli olma olasılığının yüksek olduğu anlamına geliyor.

Çalışmanın bir diğer bölümü, karanlık madde üzerinde etkili olabilecek bilinmeyen bir “beşinci” kuvvetin olasılığını değerlendirmekti. Şu ana kadar fizikçiler, tüm maddelerin davranışını yöneten dört temel kuvveti (yer çekimi, elektromanyetizma, güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler) doğruladı.

Peki, karanlık madde farklı olabilir mi?

Araştırmacıların sonuçları, bu ihtimal için zayıf bir “belki” oldu. Baş yazar Nastassia Grimm, kesin sonuçların “henüz bilinmeyen bir kuvvetin varlığını tamamen dışlamadığını” kabul etti. Ancak böyle bir kuvvet varsa, kuvvetinin yer çekiminin gücünün yüzde 7’sini aşamayacağını, aksi takdirde gözlemlerde çoktan ortaya çıkmış olması gerektiğini de ekledi. Yine de, bu beşinci kuvvetin var olma ihtimali düşük olsa bile, var olması durumunda sadece Euler denklemini bozmakla kalmayıp, aynı zamanda yoğunluk dalgalanmalarının ve yer çekimi potansiyellerinin evrimini de etkileyeceği belirtiliyor. Basitçe söylemek gerekirse, beşinci bir kuvvetin varlığı, astrofizikçilerin galaksileri inceleme biçiminde tamamen yeni bir değerlendirme yapılmasını gerektirecek.

Araştırmacılar, bunun büyük bir bilimsel keşif mi yoksa bir kabus mu olacağından henüz emin değiller. Ancak Vera C. Rubin Gözlemevi’nden ve Dark Energy Survey’den gelecek yeni verilerle bu olasılığı daha derinlemesine inceleme fırsatı bulmayı umuyorlar.