Karanlık madde gerçek olmayabilir: Kütle olmadan kütle çekimi mümkün mü?

Genel görelilik teorisine göre, bir galaksinin kütle çekimi tarafından bir arada tutulabilmesi için belli bir kütleye sahip olması gerekiyor.  Ancak bilim insanları evrendeki birçok galakside yeterli miktarda görünür kütlenin olmadığını tespit etti ve bunun sonucunda karanlık madde kavramını ortaya attı.

Bilim insanları galaksilerin ışıkla etkileşime girmeyen madde biçiminde görünmez kütleye sahip olduğuna inanıyor. Galaksileri bir arada tutan bu çekim kuvvetinin, bu görünmez kütle sayesinde olduğuna inanılıyor.

Bu açıklama, onlarca yıldır varsayımsal olarak kabul edilen karanlık maddenin varlığını destekliyor. Ancak yeni bir çalışma, kütle olmadan kütle çekiminin var olabileceğini, dolayısıyla karanlık madde açıklamasına gerek kalmayabileceğini iddia ediyor.

Topolojik kusurlar da kütle çekimine yol açabilir

Alabama Üniversitesi’nde Fizik ve Astronomi alanında Profesör ve çalışmanın yazarı Richard Lieu’ya göre bazı galaksileri veya kümeleri bir arada tutmak için gereken yerçekimi “kabuk benzeri topolojik kusurlardan” geliyor olabilir. 

Topolojik kusurlar, uzayda yüksek madde yoğunluğuna sahip benzersiz kompakt yapılar olarak tanımlanıyor. Bu kusurların erken evrende, evrenin her tarafında maddenin büyük bir fiziksel değişim geçirdiği bir olay olan faz geçişi sırasında ortaya çıktığı tahmin ediliyor. Bu kusurlar, kozmik sicimler adı verilen uzun, doğrusal oluşumlar veya düz, kabuk benzeri şekiller olarak görünebiliyor.

Lieu teorisini şöyle açıklıyor: “Makalemdeki kabuklar, pozitif kütlenin ince bir iç tabakasından ve negatif kütlenin ince bir dış tabakasından oluşur; her iki tabakanın toplam kütlesi (ki bu, kütle açısından ölçülebilen tek şeydir) tam olarak sıfırdır. Ancak bir yıldız bu kabuğun üzerine oturduğunda, onu kabuğun merkezine doğru çeken büyük bir kütle çekimi kuvveti deneyimler.”

Bu durum, kütlesi olmayan fotonların bile büyük astronomik varlıklar nedeniyle yerçekimi yaşamasına benziyor. Bunun nedeni, yerçekiminin uzayı ve zamanı bükmesi, kütleye sahip olsun veya olmasın eğrilik içindeki her şeyle etkileşime girmesidir.

Işık, büyük bir astronomik nesneden geçtiğinde, düz gitmek yerine, uzay-zaman eğriliği boyunca hareket ederken bükülür. Bu olguya “kütleçekimsel bükülme (mercekleme)” denir. Kütleçekimsel bükülme, kütlenin varlığına ve genel görelilik tarafından tanımlandığı gibi bir nesne üzerindeki kütleçekim etkisine dair dolaylı kanıt görevi görür.

Bugüne kadar, bir galaksi veya galaksi kümesi durumunda kütleçekimsel bükülme gözlemlendiğinde, ancak görünür bir kütle olmadığında, bilim insanları bunun bükülmeyi karanlık madde olarak adlandırılan görünmez maddenin oluşturduğunu varsayıyor.

Ancak, Lieu’ya göre olan şey, kütlesi görünmeyen galaksiler ve kümelerin bir dizi kabuk benzeri topolojik kusurdan oluşmasıdır. Işık her bir kabuktan geçerken, bu yapıların merkezine doğru hafifçe içeri çekilir. Işık birden fazla kabuktan geçtiğinde, birleşik etki, büyük miktarda karanlık maddenin etkisine benzeyen, tıpkı yörüngedeki yıldızların hızının karanlık maddeden etkilendiği gibi fark edilir bir bükülmeye neden olur.

Özetle yeni çalışma, karanlık maddenin olmadığını ve kütleçekimsel bükülmenin tamamen topolojik kusurların sonucu oluştuğunu iddia ediyor.

Lieu, evrendeki faz geçişinin hangi kesin biçiminin bu tür topolojik kusurlara yol açabileceğinin şu anda belirsiz olduğunu söylüyor.  Ayrıca, mevcut teorinin karanlık madde hipotezini tek başına çürütemeyeceğini, ilginç bir matematiksel egzersiz olduğunu belirtiyor. Son olarak çalışmanın, kütle olmadan kütleçekiminin var olabileceğinin ilk kanıtı olduğunu ekliyor.