Evrene baktığımızda gördüğümüz yıldızlar, galaksiler, gezegenler ve gaz bulutları aslında kozmik bütünün yalnızca çok küçük bir kısmını oluşturuyor. Gözlemlenebilir maddeye dair sahip olduğumuz tüm teleskop verileri, spektroskopi ölçümleri ve elektromanyetik dalga analizlerine rağmen, evrenin büyük kısmının görünmediğini biliyoruz. Bu görünmeyen yapı, “karanlık madde” ve “karanlık enerji” olarak adlandırılıyor. İlki galaksilerin dönüş hızları ve kümelenme yapıları gibi olgularla ilişkiliyken, ikincisi evrenin hızlanarak genişlemesine neden olan gizemli bir itici güç olarak tanımlanıyor.
Karanlık maddenin varlığı ilk olarak 1930’larda İsviçreli astrofizikçi Fritz Zwicky tarafından galaksi kümeleri üzerine yapılan çalışmalarla öne sürüldü. Zwicky, Coma Galaksi Kümesi’nin içerisindeki galaksilerin hareketlerini analiz ettiğinde, bu hareketlerin görünür madde ile açıklanamayacak kadar hızlı olduğunu fark etti. Görünmeyen bir maddenin bu galaksilere kütleçekimsel olarak etki ettiğini öne sürdü. Bu görünmeyen maddenin, ışıkla etkileşmediği, yani ne soğurduğu ne de yaydığı anlaşıldı. Onun yerine yalnızca kütleçekimsel etkileri gözlemlenebiliyordu.
Daha sonra Vera Rubin’in 1970’lerde yaptığı galaksi rotasyon eğrileri çalışmaları, karanlık maddenin varlığına dair çok daha güçlü ve doğrudan kanıtlar sundu. Rubin’in çalışmaları, galaksilerin merkezinden uzaklaştıkça yıldızların dönüş hızlarının düşmesi gerektiğini ancak gerçekte bu hızların sabit kaldığını gösterdi. Bu da yıldızların görünmeyen ama kütleçekimi hissedilen bir maddeyle çevrili olduğunu ortaya koydu. Bu keşif, karanlık maddenin galaksi düzeyinde nasıl bir iskelet oluşturduğuna dair modern anlayışın temelini oluşturdu.
Ancak, karanlık madde kadar etkileyici ve gizemli bir diğer unsur da karanlık enerjidir. 1998 yılında iki bağımsız araştırma grubu (Supernova Cosmology Project ve High-Z Supernova Search Team) uzak süpernovaların ışığını inceleyerek evrenin genişleme hızının zamanla azalmadığını, tersine hızlandığını keşfetti. Bu şaşırtıcı gözlem, evrende bilinmeyen bir enerjinin, maddeye ve kütleçekimine rağmen genişlemeyi hızlandırdığını gösteriyordu. İşte bu itici güce “karanlık enerji” adı verildi.
Karanlık enerji ve karanlık madde birlikte düşünüldüğünde, evrenin yalnızca %5’inin normal maddeden oluştuğu görülüyor. Geriye kalan %27’si karanlık madde, %68’i ise karanlık enerjiden meydana geliyor. Yani, kozmik anlamda “normal” dediğimiz her şey, evrenin oldukça küçük bir yüzdesini temsil ediyor.
Bu kozmik bilmecelerin çözümü modern fiziğin en büyük hedeflerinden biri haline geldi. Ancak, karanlık maddenin ne olduğu halen kesin olarak bilinmiyor. Bazı kuramlar, karanlık maddenin zayıf etkileşimli ağır parçacıklar (WIMP) olduğunu savunurken, bazıları aksiyon adı verilen hafif ve etkileşimsiz parçacıkların bu rolü üstlendiğini öne sürüyor.
Alternatif yaklaşımlar ise yerçekimi kuramlarını değiştirmeyi, yani “karanlık madde yoktur, Newton ve Einstein yanılıyor olabilir” demeyi bile içeriyor.
Benzer şekilde, karanlık enerjinin fiziksel doğası da tam bir muamma. Kozmolojik sabit (Λ) ile açıklanabileceği düşünülse de bu sabitin teorik hesaplamalarla elde edilen değeri, gözlemlerle kıyaslandığında akıl almaz ölçüde büyük bir fark gösteriyor, bu fark, 10⁶⁰ mertebesinde. Bu tutarsızlık, karanlık enerjinin klasik kozmoloji içinde nasıl açıklanacağına dair ciddi soru işaretleri yaratıyor.
Modern gözlem araçları, bu iki karanlık bileşenin doğasına dair daha fazla ipucu sağlamaya başladı. Örneğin, Avrupa Uzay Ajansı’nın Planck uydusu, kozmik mikrodalga arka plan ışımasını yüksek hassasiyetle ölçerek evrenin içeriğine dair çok kesin veriler sundu. James Webb Uzay Teleskobu ise galaksi oluşum süreçlerini daha net bir şekilde anlamamıza olanak tanıyarak karanlık maddenin yapısına dair dolaylı bilgiler sağlayabilir.
Tüm bu bilgiler, bizi aynı temel gerçekle yüz yüze bırakıyor: Evrenin büyük çoğunluğu görünmüyor. İnsanlık, fiziksel evrenin yalnızca küçük bir kısmını anlayabiliyor ve geriye kalan bu devasa “karanlık” bileşenlerin ne olduğu konusunda henüz net bir cevaba sahip değil. Fakat bir şey açık: Bu görünmeyen evreni anlamadan, gerçek anlamda evrenin nasıl işlediğini de anlayamayacağız.
Bugün halen karanlık madde dedektörleri olan yer altı laboratuvarlarında deneyler yürütüyor, galaksilerin şekil bozulmalarını gözleyerek karanlık enerjinin etkilerini anlamaya çalışıyoruz. Evrenin görünen yüzü artık bize yetmiyor. Geri kalan %95’in peşine düşmek, çağımızın en büyük bilimsel meydan okuması haline geldi.