AstronomiFizik

İlkel Kara Delikler ve Çoklu Evrenden Karanlık Madde Arayışı

Yazan: John Amari

Çeviren: Ümit Sözbilir

Düzenleyen: Çağla Ayaz

Özet: Gök bilimciler, yıldızlar ve gök adalar doğmadan önce erken evrende oluşmuş olabilecek kara delikleri inceliyorlar. Bu tür ilkel kara delikler (PBH’ler); karanlık maddenin tamamını veya bir kısmını açıklayabilir, gözlenen yer çekimi dalgaları sinyallerinin bir kısmından sorumlu olabilir ve gök adamızın ve diğer gök adaların merkezinde bulunan süper kütleli kara deliklerin oluşmasını sağlayabilir.

Kavli Evrenin Fiziği ve Matematiği Enstitüsü (Kavli IPMU), enstitüdeki geniş bir uzmanlık yelpazesinin sinerjisinden yararlanan birçok disiplinler arası projeye ev sahipliği yapmaktadır. Söz konusu proje, yıldızlar ve gök adalar doğmadan önce erken evrende oluşmuş olabilecek kara deliklerin incelenmesidir.

Bu tür ilkel kara delikler (PBH’ler), karanlık maddenin tamamını veya bir kısmını açıklayabilir, gözlenen yer çekimi dalgaları sinyallerinin bir kısmından sorumlu olabilir ve gök adamızın ve diğer gök adaların merkezinde bulunan süper kütleli kara deliklerin oluşmasını sağlayabilir. Ayrıca nötron yıldızları ile çarpıştıklarında ve onları yok ederek nötron açısından zengin maddeyi serbest bıraktıklarında ağır elementlerin sentezinde rol oynayabilirler. Özellikle, evrendeki maddenin çoğunu oluşturan gizemli karanlık maddenin ilkel kara deliklerden oluşması gibi heyecan verici bir olasılık da var. 2020 Nobel Fizik Ödülü, kara deliklerin varlığını doğrulayan keşiflerinden dolayı kuramcı Roger Penrose ile gök bilimciler Reinhard Genzel ve Andrea Ghez’e verildi. Kara deliklerin doğada var olduğu bilindiğinden, karanlık madde için çok çekici bir adaydırlar.

Hyper Suprime-Cam (HSC), Subaru Teleskopu üzerinde bulunan devasa bir dijital kameradır. (Kaynak: HSC projesi / NAOJ)

Temel kuram, astrofizik ve PBH’lerin araştırılmasında astronomik gözlemlerdeki son gelişmeler; Kavli IPMU üyeleri Alexander Kusenko, Misao Sasaki, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada ve Volodymyr Takhistov dâhil olmak üzere parçacık fizikçileri, kozmologlar ve gök bilimcilerden oluşan uluslararası bir ekip tarafından gerçekleştirildi.

Araştırma ekibi ilkel kara delikler hakkında daha fazla bilgi edinmek amacıyla ipuçları elde etmek için evrenin erken dönemini incelemeye aldı. Erken evren o kadar yoğundu ki %50’den fazla herhangi bir pozitif yoğunluk dalgalanması bir kara delik yaratırdı. Bununla birlikte, gök adaların oluşumunu sağlayabilecek kozmolojik karışıklıkların çok daha küçük olduğu biliniyor. Yine de erken evrendeki bir dizi süreç, kara deliklerin oluşması için doğru koşulları yaratabilirdi.

Hawaii’deki Subaru Teleskopu. (Kaynak: NAOJ)

Heyecan verici bir olasılık; ilkel kara deliklerin, gök adalar ve gök ada kümeleri gibi bugün gözlemlediğimiz yapıların oluşmasından sorumlu olduğuna inanılan hızlı bir genişleme dönemi olan enflasyon sırasında yaratılan “bebek evrenlerden” oluşabilmesidir. Enflasyon sırasında bebek evrenler evrenimizden dallara ayrılabilir. Küçük bir bebek (veya “kız”) evren sonunda çökecektir ancak küçük hacimde salınan büyük miktardaki enerji bir kara deliğin oluşmasına neden olacaktır.

Daha büyük bir bebek evreni daha da tuhaf bir kader bekliyor. Einstein’ın yer çekimi kuramı bazı kritik boyutlardan daha büyükse bebek evrenin içeride ve dışarıda bir gözlemciye farklı görünen bir durumda var olmasına izin verir. İçerdeki bir gözlemci onu genişleyen bir evren olarak görürken, dışarıdan bir gözlemci (bizim gibi) onu bir kara delik olarak görür. Her iki durumda da büyük ve küçük bebek evrenler bizim tarafımızdan, “olay ufuklarının” ardında birden fazla evrenin temel yapısını gizleyen ilkel kara delikler olarak görülüyor. Olay ufku, altında her şeyin, hatta ışığın bile hapsolduğu ve hiçbirinin kara delikten kaçamayacağı bir sınırdır.

Andromeda Gök Adasındaki bir yıldız, yıldızın önünden ilkel bir kara delik geçerse ışığını yer çekimi kuramına göre odaklayarak geçici olarak daha parlak hâle gelir. (Kaynak: Kavli IPMU / HSC İş Birliği)

Ekip sundukları raporda, PBH oluşumu için yeni bir senaryo tanımladı ve “çoklu evren” senaryosundaki kara deliklerin, Hawaii’deki Mt. Mauna Kea’nın 4.200 metrelik zirvesine yakın devasa bir dijital kamera olan 8,2 metrelik Subaru Teleskobunun Hyper Suprime-Cam’ı kullanılarak bulunabileceğini gösterdi. Çalışmaları, Kavli IPMU’da Baş Araştırmacı olan Masahiro Takada ve ekibinin peşinde olduğu HSC PBH araştırmasının da bir uzantısıdır. Niikura’daki HSC ekibi yakın zamanda, Takada ve arkadaşlarının hazırladığı PBH’lerin varlığına ilişkin önde gelen kısıtlamaları Nature Astronomy dergisinin 3. cildinin (2019) 524-534 sayfalarında bildirdi.

Peki HSC bu araştırmada neden vazgeçilmezdi? Çünkü HSC, birkaç dakikada bir tüm Andromeda Gök Adasını görüntüleme konusunda benzersiz bir yeteneğe sahiptir. Bir kara delik yıldızlardan birinin görüş hattından geçerse kara deliğin yer çekimi ışık ışınlarını büker ve yıldızın kısa bir süre için öncekinden daha parlak görünmesini sağlar. Yıldızın parlama süresi gök bilimcilere kara deliğin kütlesini söyler. HSC gözlemleriyle aynı anda yüz milyon yıldız gözlemlenebilir ve görüş hatlarından birini geçebilecek ilkel kara delikler için geniş bir ağ oluşturabilir.

İlk HSC gözlemleri, Ay’ın kütlesiyle karşılaştırılabilir bir kara delik kütlesine sahip, “çoklu evren”den gelen bir PBH ile tutarlı çok ilgi çekici bir adayı zaten bildirmişti. Bu ilk işaretin verdiği cesaretle ve yeni bir kuramsal anlayışla yönlendirilen ekip, araştırmayı genişletmek ve çoklu evren senaryosundan PBH’lerin tüm karanlık maddeyi açıklayıp açıklayamayacağına dair kesin bir test sağlamak için yeni bir gözlem turu yürütüyor.

Haber Metni
https://www.ipmu.jp/en/20201224-PBH-multiverse

Ümit Sözbilir

Sorgulamayı seven bir doktora adayı, yüksek enerji fizikçisi, astronomi sevdalısı, çevre fizikçisi, kitap kurdu, bilmeden konuşmayan. https://www.cern.ch/usozbili

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu