Kütle çekimsel merceklenme analizine dayalı bir gökyüzü parçasının karanlık madde haritası.

Karanlık madde görüş alanımızdan gizlidir ve bu da incelenmesini zorlaştırır. Tüm maddenin yaklaşık %80’ini oluşturmasına rağmen, onu göremez, dokunamaz veya cihazlarımızla doğrudan tespit edemeyiz.

Işığı yaymaz, emmez veya yansıtmaz, bu da onu tamamen görünmez kılar ve varlığını yalnızca görünür madde üzerindeki kütle çekim etkileri sayesinde biliriz.

Bu fikir ilk olarak 1933 yılında Fritz Zwicky tarafından Saç Kümesi’ni incelerken ortaya atıldı. Zwicky, bu gruptaki galaksilerin yalnızca kütle çekim tarafından bir arada tutulamayacak kadar hızlı hareket ettiğini fark etti.

Fritz Zwicky karanlık madde fikrini ilk kez 1933 yılında ortaya attı.

Karanlık maddeyi ve özellikle karanlık madde parçacıklarının kütlesini anlamak, erken evrendeki yapıların nasıl oluştuğunu temelden etkilediği için hayati önem taşır.

Parçacıklar nispeten hafifse, yani bir elektronun kütlesinin yaklaşık %5’inden azsa, karanlık madde sıcak kabul edilir ve galaksilerden daha küçük yapıların oluşumunu engeller. Ancak, parçacıklar daha ağırsa ve soğuk olarak sınıflandırılırsa, daha küçük ölçekli yapıların oluşumunu teşvik eder. 

Tsukuba Üniversitesi’nden Dr. Hyunbae Park liderliğindeki araştırma ekibi, erken evrenden gelen zayıf radyo sinyallerinin bu bilgiyi nasıl ortaya çıkarabileceğini araştırmak için bilgisayar simülasyonları kullandı.

Araştırmacılar, yıldız ve galaksi oluşumunda yer alan karmaşık süreçlerden kaçınabildikleri için, Büyük Patlama’dan sonraki ilk 100 milyon yılı kapsayan ve Kozmik Karanlık Çağ olarak bilinen döneme odaklandılar. Bu, erken dönem yapılarını benzeri görülmemiş bir hassasiyetle simüle etmelerini sağladı.

Kozmik Karanlık Çağlar, Büyük Patlama’dan sonraki ve ilk yıldızların ve galaksilerin oluşumundan önceki ilk 100 milyon yılı ifade eder.

Simülasyonları, Karanlık Çağlar boyunca karanlık maddeyle kütle çekimsel etkileşim yoluyla küçük kümeler oluşturup evren genişlerken gazın nasıl kademeli olarak soğuduğunu ortaya koydu. Kümelerdeki gaz, ortalamadan çok daha yoğun hale geldi ve sıkışma nedeniyle ısındı.

Yoğunluk ve sıcaklıktaki bu değişim, hidrojen atomlarından gelen 21 cm radyo emisyonu olarak adlandırılan, ilkel gaz bulutlarından gelen ve erken evrenin koşulları hakkında bilgi taşıyan zayıf bir sinyale yansıdı.

Zorluk şu ki, bu Karanlık Çağ sinyali yaklaşık 50 MHz (Milyon Hertz) veya daha düşük frekanslarda ortaya çıkıyor. Sıcak ve soğuk karanlık madde varyantları arasındaki parlaklık farkı bir miliKelvin’den (mK, Kelvin’in binde biri) az.

Bu frekanslar, Dünya’daki insan yapımı sinyallerle yoğun bir şekilde kirlenmiş ve Dünya iyonosferi tarafından daha da gizlenmiş durumdadır.

Bu durum, yer tabanlı gözlemevlerinden gelen sinyali tespit etmeyi neredeyse imkansız hale getiriyor, bu yüzden çözüm daha sessiz bir yere, hatta belki de bu dünyanın dışında bir yere gitmekte yatıyor!

Ay’ın karanlık yüzü, karasal radyasyondan korunma olanağı sağlıyor ve evrenin evriminin ilk anlarından bu yana radyasyonu incelemek için muhteşem bir yer. 

Ay’ın karanlık yüzüne bir göz atalım. Ay kendisi tarafından karasal parazitlerden korunan, radyo ışınım bakımından sessiz bir ortam sunar ve bu zor bulunan sinyali tespit etmek için ideal bir yer olarak kabul edilir.

Ay’da radyo gözlemevleri inşa etmek elbette büyük teknolojik ve finansal zorluklarla birlikte gelir, ancak giderek artan sayıda ülke, yeni uzay yarışı olarak adlandırılan sürecin bir parçası olarak bu tür görevleri üstleniyor.

Ekibin araştırmaları, Ay tabanlı gözlemevleri kurmayı hedefleyen gelecekteki projeler için rehberlik sağlıyor. Ay araştırmalarına yönelik artan uluslararası ivmeyle birlikte, fizikteki en büyük gizemlerden birini Dünya’dan değil, en yakın gök cismimizden çözebileceğimiz artık mümkün görünüyor.