Bilim İinsanları Karanlık Maddenin Tesadüfen Tespit Edilmiş Olabileceğini Açıkladı

ABD, Birleşik Krallık ve Avrupa’dan fizikçiler, eğer iki kara delik karanlık madde bulutuyla çevriliyken çarpıştıysa, kozmos boyunca gönderdikleri kütleçekim dalgalarının bu ortamın izini taşıyabileceğini öne sürüyor.

Modellerini düzinelerce kütleçekim dalgası tespitine uyguladıklarında, buna uyabilecek bir olay buldular.

Bu henüz doğrulama olmaktan çok uzak, ancak ekip bunun hem kütleçekim dalgalarını hem de karanlık maddeyi araştırmak için yeni bir yol açabileceğini söylüyor.

Amsterdam Üniversitesi’nden fizikçi Rodrigo Vicente şöyle diyor:

“Kara delikleri kullanarak karanlık madde aramak harika olurdu.
Karanlık maddeyi şimdiye kadar mümkün olandan çok daha küçük ölçeklerde inceleyebilirdik.”

1916’da Albert Einstein, kütleçekimini uzayzamanın eğriliğiyle ilişkili bir olgu olarak tanımlayan genel görelilik teorisini yayımladı. Tahminleri daha sonra gözlemlerle birer birer doğrulandı – ancak yaklaşık bir yüzyıl boyunca süren küçük ama can sıkıcı bir sorun vardı.

Einstein, yüksek kütleli cisimlerin hareketlerinin – örneğin kara deliklerin ya da nötron yıldızlarının birleşmelerinin – ışık hızında uzayzamanda dalgalanmalar oluşturabileceğini öngörmüştü.

Bu kütleçekim dalgalarının doğrudan tespit edilmesi ise 2015 yılına kadar mümkün olmadı ve o zamandan beri geçen on yılda yüzlerce olay kaydedildi.

Her biri, olayın kendisi hakkında bilgi taşıyor; buna dahil olan cisimlerin kütleleri ve dolayısıyla kimlikleri de dahil.

Genellikle bunlar, farklı boyutlardaki kara deliklerin birleşmeleri, nötron yıldızı çiftlerinin çarpışmaları veya kara deliklerin yıldız kalıntılarını yutması oluyor. Diğer bazıları ise paralel Evrenlere açılan solucan delikleri gibi daha egzotik cisimlere işaret ediyor olabilir.

Yeni çalışmanın arkasındaki araştırmacılar, başka bilgilerin de kütleçekim dalgası sinyallerinde gizlenmiş olup olmadığını merak etti.

Özellikle de, bunlar başka bir uzun süredir çözülemeyen gizemi çözmeye yardımcı olabilir miydi: Evreni doldurduğu öngörülen ve normal maddeyle yalnızca kütleçekimsel etkisi aracılığıyla etkileşen garip madde, yani karanlık madde.

Bir modele göre karanlık madde, aşırı hafif parçacıklardan oluşuyor. Bu parçacıklar bir alan oluşturabilir ve aşırı ortamlarda – örneğin kara deliklerin yoğun çekim alanı yakınında – topluca bir dalga gibi davranabilir.

Dönen kara deliklerin zaten uzayzamanı kendi etraflarında sürüklediği biliniyor, bu yüzden dönme enerjisinin çevresindeki karanlık madde bulutlarını da etkileyebileceğini öne sürmek çok da uzak bir fikir değil.

Araştırmacılara göre bu bulutlar da ikili kara deliklerin birbirine çarpma dinamiklerini değiştirmeli – ve bunun yaydıkları kütleçekim dalgalarına belirli imzalar bırakması gerekir.

Ekip, bu olgunun kütleçekim dalgası sinyalleri üzerinde Dünya’daki dedektörlere ulaşana kadar nasıl bir etki oluşturacağını modelledi ve bunu, büyük bir karanlık madde bulutunun bulunmadığı bir ortamda gerçekleşen birleşmelerle karşılaştırdı.

Son olarak modellerini, kütleçekim dalgası gözlemevlerinden oluşan LVK ağı tarafından yapılan 28 tespite uyguladılar: ABD’deki LIGO, İtalya’daki Virgo ve Japonya’daki KAGRA.

Bu sinyallerin 27’si, boşlukta meydana gelmiş olaylarla uyumlu desenler gösterdi.

Ancak Temmuz 2019’da tespit edilen ve GW190728 olarak adlandırılan bir olay, yoğun bir karanlık madde bulutu içinde birleşen bir çift kara delikle uyumlu bir desen gösterdi.

Bu kesinlikle ilgi çekici bir sonuç, ancak araştırmacılar şimdilik güçlü sonuçlara varmaktan kaçınılması gerektiği konusunda uyarıyor.

MIT’den fizikçi Josu Aurrekoetxea şöyle diyor:

“Bunun istatistiksel anlamlılığı, karanlık maddenin tespit edildiğini iddia etmek için yeterince yüksek değil ve bağımsız gruplar tarafından daha fazla kontrol yapılmalı.

Vurgulanması gerektiğini düşündüğümüz şey şu: Bizimki gibi dalga biçimi modelleri olmadan, karanlık madde ortamlarında gerçekleşen kara delik birleşmelerini tespit ediyor olabiliriz, ancak bunları sistematik olarak boşlukta gerçekleşmiş olaylar şeklinde sınıflandırıyor olabiliriz.”

Elbette hâlâ karanlık maddenin hangi formu aldığını bilmiyoruz – belki de böyle bulutlar oluşturmuyordur bile. Belki karanlık madde WIMP ya da MACHO’dur; belki kendi kendisiyle etkileşiyordur ya da tamamen etkisizdir; belki elektromanyetizma ile etkileşiyordur; hatta küçük, ilkel kara deliklerden oluşuyor olabilir.

Ya da her zaman şu ihtimal de var: Belki de hiç var değildir ve bizim kütleçekimi modellerimizi değiştirmemiz gerekiyordur.

Karanlık maddeye ışık tutmak için çok daha fazla çalışmaya ihtiyaç olacak.