Göktaşlarını tespit etme tekniği, atmosfere giren karanlık madde parçacıklarını bulmak için kullanılabilir.

Ohio State Üniversitesi’nden araştırmacılar, mevcut meteor algılama teknolojisine dayalı olarak karanlık maddeyi tespit etmek için yeni bir yöntem geliştirdiler. Göktaşlarının havada ilerlerken ürettiklerine benzer iyonlaşma izlerini aramak için yer tabanlı radar kullanarak, Dünya atmosferini süper boyutlu bir parçacık detektörü olarak kullanmayı umuyorlar. Bu tekniği kullanan deneylerin sonuçları, araştırmacıların karanlık madde parçacıklarının olası özelliklerinin aralığını daraltmasına yardımcı olacaktır.

Karanlık maddenin varlığı, ana akım fizikçiler tarafından oldukça iyi kabul ediliyor. Lord Kelvin, Samanyolu galaksisindeki tüm yıldızların kütlesinin galaksinin kendi kütlesinden çok daha az olduğunu hesapladığından beri, evrendeki maddenin çoğunun bizim için görünür olmadığını biliyorduk. Teknoloji geliştikçe, görünür ışık teleskoplarından gizlenen şeyleri nasıl tespit edeceğimizi öğrendik, ancak hala tüm eksik maddeleri açıklayamıyoruz. Bu eksik malzemeye “karanlık madde” diyoruz ve mevcut tahminler, evrenin kütlesinin tam olarak %85’inin karanlık maddeden oluştuğunu söylüyor. Çoğu fizikçi artık karanlık maddenin henüz keşfedilmemiş bir parçacıktan oluştuğuna inanıyor.

Ohio Eyalet Üniversitesi’nden Dr. John Beacom, bu parçacığın özelliklerini belirlemek için bir deney önerdi. Atmosferde ilerlerken meteorları tespit etmek ve ölçmek için kullanılan radar teknolojisini, hava molekülleriyle çarpışan bir karanlık madde parçacığını gösterebilecek benzer çizgileri aramak için kullanmak istiyor. Bu teknik, üst atmosfer boyunca iyonlaşma izlerini tespit etmek ve ölçmek için yerdeki radar istasyonlarını kullanır.

Bir göktaşı Dünya atmosferine girdiğinde, havanın kendisinin yoldan çekilebileceğinden daha hızlı bir şekilde havada çarpar. Bu, meteorun önündeki havanın sıkışmasına ve iyonlaşacak kadar ısınmasına neden olur – tek tek hava molekülleri birbirleriyle o kadar sert çarpışırlar ki elektron kaybederler. İyonize hava sadece parlamakla kalmaz, aynı zamanda radyo dalgalarına karşı opaktır. Bu, radar sinyallerinin dünyaya geri yansımasına neden olarak, meteorların gün içinde bile tespit edilmesini sağlar.

Teorik fizikçiler, karanlık madde parçacıklarının sahip olabileceği fiziksel özellikleri hesapladılar. Ne yazık ki, bu parçacıklar hakkında bildiklerimizin çoğu, normal maddeyle zayıf bir şekilde etkileşime girdikleri olduğundan (şimdiye kadar onu yalnızca yerçekimi etkisiyle tespit ettik), bu çok çeşitli olasılıklar bırakıyor. Dr. Beacom, karanlık madde parçacıkları olasılıklar aralığının daha büyük, daha ağır kısmına düşerse, “normal” madde ile daha kolay etkileşime gireceklerine, ancak bu etkileşimlerin hala nadir olacağına dikkat çekiyor.

Beacom, “Karanlık maddenin tespit edilmesinin bu kadar zor olmasının nedenlerinden biri, parçacıkların çok büyük olması olabilir.” Dedi. “Karanlık madde kütlesi küçükse, o zaman parçacıklar yaygındır, ancak kütle büyükse, parçacıklar nadirdir.”

Bu parçacıklar büyükse, yerdeki geleneksel dedektörler onları asla göremeyebilir çünkü parçacıklar Dünya atmosferi tarafından emiliyor. Ancak bu olursa, meteorlarda gördüğümüze benzer bir iyonlaşma izi oluşturmak için yeterli enerjiye sahip olmaları gerekir. Bu nedenle meteor tespit eden radar kurulumları, karanlık madde parçacıklarını aramak için de uyarlanabilir – esasen tüm Dünya atmosferini tek bir dev parçacık dedektörüne dönüştürür.

Karanlık maddenin varlığı ilk kez 1884 yılında Lord Kelvin tarafından tahmin edildi. Samanyolu galaksisinin kütlesini dönme hızına göre hesaplamış ve görünür yıldızların toplamından önemli ölçüde daha ağır olması gerektiğini bulmuştu. Galaksinin kütlesinin çoğunun “karanlık” malzemeden – zamanın teleskoplarıyla görülemeyen şeylerden – yapılmış olması gerektiğini teorileştirdi. Bununla birlikte, çoğu bilim insanı bunun, kendi ışığıyla parlamayan çok sayıda soğuk gaz, toz, dış gezegen ve diğer nesnelerin olacağı anlamına geldiğini varsaydı. “Karanlık madde” ifadesi, bu şeyleri tanımlamak için ilk kez 1906’da bir Fransız gazetesinde kullanıldı.

O zamandan beri başka birçok kanıt ortaya çıktı: Fritz Zwicky 1930’larda Saç Kümesi’ndeki galaksilerin, tüm kümenin tüm görünür üyelerinin toplam kütlesinden 400 kat daha ağırmış gibi hareket ettiğini fark etti. 1960’lardaki ilk radyo astronomları, sarmal gökadaların kenarları etrafında çok hızlı döndüklerini gördüler – onları bir arada tutacak ek bir yerçekimi kaynağı olmadıkça, basitçe birbirlerinden uçmaları gerekirdi. Vera Rubin, Kent Ford ve Ken Freeman kısa bir süre sonra, görünür ışıkta galaksilerin dönüş eğrilerini ölçmek için yeni geliştirilmiş spektrografları kullanarak aynı keşfi yaptılar. Ve 1980’lerde yapılan bir dizi derin kozmolojik gözlem, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunda (CMBR) yerçekimsel merceklenme ve anizotropiler tespit ederek karanlık maddenin varlığına dair kanıtlara katkıda bulundu.

Karanlık madde parçacıklarının bu iyonlaşma izlerini gerçekten üretip üretmeyeceğini henüz kimsenin bilmediğini belirtmekte fayda var. Bu teknik kullanılarak oluşturulan dedektörler hiçbir zaman hiçbir şey görmeyebilir. Ancak sonuç, tespitler olsun ya da olmasın, iyi bir şey olacaktır. Öyle ya da böyle, bu algılama tekniğini kullanan bir deney şu soruyu yanıtlayacaktır: “Karanlık madde parçacıkları büyük, ağır ve nadir midir? Yoksa küçük, hafif ve çok sayıda mı?”

Araştırma şu adreste yayınlandı: arXiv ön baskı sunucusu.