Evrenin hızlanmasına sebep olan gizemli kuvvet karanlık enerji, İtalya’daki Apenin Dağları’nın derinliklerinde yer alan XENON1T deneyindeki beklenmedik sonuçlardan sorumlu olabilir.
Cambridge Üniversitesinde çalışan araştırmacıların öncülüğünde yürütülen ve dün Physical Review D bülteninde yayımlanan yeni çalışma; İtalya’daki XENON1T deneyinden elde edilen bazı açıklanamayan sonuçların, deneyin tespit etmesi için tasarlanan karanlık maddeden değil de karanlık enerjiden kaynaklanabileceğini öne sürüyor.
Araştırmacılar, sonuçların açıklanmasına yardımcı olmak üzere fiziksel bir model inşa etmişler. Söz konusu sonuçlar, Güneş’in kuvvetli manyetik alanlar barındıran bir bölgesinden çıkan karanlık enerji parçacıklarından kaynaklanıyor olabilir. Fakat bu açıklamayı doğrulamak için gelecekte daha fazla deneyin yapılması gerekecek. Araştırmacılar çalışmalarının, karanlık enerjinin doğrudan tespiti yolunda önemli bir adım olabileceğini söylüyor.
Ufak uydulardan dev galaksilere, karıncalardan mavi balinalara kadar gözlerimizin göklerde ve gündelik dünyamızda görebildiği her şey, evrenin yüzde beşinden daha düşük bir kısmını oluşturuyor. Geri kalanı ise karanlık. Yaklaşık %27’si karanlık maddeyken (galaksileri ve kozmik ağı bir arada tutan görünmez kuvvet), evrenin artan bir hızda genişlemesine sebep olan %68’i ise karanlık enerji.
Makalenin birinci yazarı olan ve Cambridge Kavli Evrenbilim Enstitüsünde çalışan Dr. Sunny Vagnozzi, “Her iki bileşen de görünmez olmasına karşın, varlığı 1920’ler kadar erken bir zamanda öne sürülen karanlık madde hakkında daha fazla şey biliyoruz” diyor. “Karanlık enerji ise 1998’e kadar keşfedilmedi. XENON1T gibi büyük ölçekli deneyler, karanlık maddenin sıradan maddeye ‘çarparak’ meydana getirdiği işaretler ile doğrudan tespit edilmesi için tasarlandı. Fakat karanlık enerjiyi yakalamak çok daha zor.”
Bilim insanları, karanlık enerjiyi tespit etmek için genelde kütleçekimsel etkileşimleri bulmaya çalışıyor; yani kütleçekimin cisimleri nasıl etkilediğini araştırıyor. Karanlık enerjinin kütleçekimsel etkisi ise en büyük ölçeklerde itme eğiliminde oluyor ve cisimleri birbirinden ters yönlere iterek evrenin gitgide hızlanmasını sağlıyor.
XENON1T deneyinde yaklaşık bir yıl önce, beklenen arka plan sinyalinde beklenmedik ya da aşırı bir sinyal tespit edilmiş. İtalya’daki Ulusal Frascati Laboratuvarlarında çalışan ve yeni makalenin eş yazarı olan araştırmacı Dr. Luca Visinelli, “Bu türden aşırılıklar genelde rastlantı oluyor fakat bazen temel keşiflere de yol açabiliyorlar” diyor. “Bu sinyalin karanlık enerjiye atfedilebileceği bir modeli inceledik. Oysa ki deney, karanlık maddeyi tespit etmek üzere geliştirilmişti.”
An itibarıyla bu aşırılıkların en meşhur açıklaması, Güneş’te oluşan aksiyonlar (varsayımsal, son derece hafif parçacıklar). Fakat bu açıklama, yapılan gözlemler ile uyuşmuyor çünkü XENON1T’de tespit edilen sinyalin açıklanması için gereken aksiyon miktarı, Güneş’ten çok daha ağır olan yıldızların evrimini sert bir şekilde değiştirir ve gözlemlediğimiz şeylerle uyuşmazlık sergiler.
Karanlık enerjiyi tamamen anlamaktan çok uzaktayız. Fakat karanlık enerjiye ilişkin geliştirilen çoğu fizik modeli, beşinci bir kuvvetin var olmasına yol açıyor. Evrende dört temel kuvvet bulunuyor ve bu kuvvetlerden biriyle açıklanamayan herhangi bir şey, bazen bilinmeyen beşinci bir gücün sonucu şeklinde tanımlanıyor.
Ancak Einstein’ın kütleçekim kuramının yerel evrende son derece güzel işlediğini biliyoruz. Dolayısıyla karanlık enerjiyle ilişkilendirilen beşinci bir kuvvet istenmiyor. Küçük ölçekler söz konusu olduğunda ‘gizlenmesi’ ya da ‘perdelenmesi’ de gereken bu kuvvet, sadece Einstein’ın kütleçekim kuramının evrenin hızlanmasını açıklayamadığı en büyük ölçeklerde işleyebiliyor. Pek çok karanlık enerji modeli, bu beşinci kuvvetin gizlenmesi için perdeleme mekanizmalarıyla donatılıyor ve beşinci gücü dinamik bir şekilde gizliyor.
Vagnozzi ve çalışmanın diğer yazarları, Güneş’in kuvvetli manyetik alanlarında oluşan karanlık enerji parçacıklarının XENON1T’deki aşırılığı açıklayabileceğini göstermek üzere fiziksel bir model inşa etmişler. Model, bukalemun perdelemesi şeklinde bilinen bir tür perdeleme mekanizmasını kullanıyor.
“Bukalemun perdelememiz, çok yoğun cisimlerde karanlık enerji parçacıklarının üretimini kapatarak güneş aksiyonlarının karşılaştığı promlemlerden kaçınıyor” diyor Vagnozzi. “Ayrıca çok yoğun yerel evrende meydana gelen şeyleri, yoğunluğun son derece düşük olduğu en büyük ölçeklerde meydana gelen şeylerden ayrıştırmayı sağlıyor.”
Araştırmacılar bu modeli kullanarak, karanlık enerjinin Güneş’in tachocline adı verilen ve manyetik alanların özellikle kuvvetli olduğu belli bir bölgesinde üretilmesi halinde dedektörde neler olacağını göstermeye çalışmışlar.
“Bu aşırılığın prensipte karanlık madde yerine karanlık enerjiden kaynaklanmış olabilmesi çok şaşırtıcı” diyor Vagnozzi. “İşlerin bu şekilde uyum sergilemesi cidden çok özel bir durum.”
Araştırmacıların hesaplamaları, karanlık maddeyi tespit etmesi için tasarlanan XENON1T’nin karanlık enerjiyi tespit etmek için de kullanılabileceğini akla getiriyor. Fakat esas aşırılığın halen ikna edici biçimde doğrulanması gerekiyor. “İlk önce, bunun bir rastlantıdan ibaret olmadığını bilmemiz gerekiyor” diyor Visinelli. “Eğer XENON1T gerçekten bir şey gördüyse, gelecekteki deneylerde de benzer bir aşırılık görmeyi beklersiniz; fakat bu sefer çok daha kuvvetli bir sinyal ile.”
Eğer söz konusu aşırılık karanlık enerjinin bir sonucu ise, yakında XENON1T deneyinin yanısıra LUX-Zeplin ve PandaX-xT gibi benzer hedefleri olan deneylerde yapılacak geliştirmeler, karanlık enerjinin önümüzdeki on yıl içerisinde doğrudan tespit edilebileceği anlamına gelebilir.
Kaynak: Cambridge Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
