James Webb Teleskopu Karanlık Maddenin Gizemini Çözmeye Yardımcı Olabilir

Eski bir teoriyi araştıran yeni bir araştırmaya göre, karanlık madde eski kara deliklerden oluşuyor olabilir. Önümüzdeki yıl, NASA'nın yakın zamanda fırlattığı James Webb Uzay Teleskobu tarafından yapılan gözlemler, evrenin doğuşu sırasında birçok kara deliğin oluştuğuna dair ipucu verebilir. Bu gözlemler, karanlık maddenin yerçekimi etkilerini bile açıklayabilir.

Birçok parçacık fiziği modeli, karanlık maddeyi, elektromanyetik dalgalarla etkileşime girmeyen, varlığı yalnız diğer maddeler üzerindeki kütleçekimsel etkisi ile belirlenebilen madde olarak tanımlar. Ancak, Santa Cruz Üniversitesi'nde karanlık madde ve parçacık fiziği üzerine bir fizikçi ve doktora adayı olan Benjamin Lehmann, bu açıklamanın “son deneysel verilerle değişebilir” olduğunu söylüyor. Bu nedenle parçacık fiziği topluluğu, yeni modellerde geçmiş teorileri yeniden gözden geçirmek de dahil olmak üzere, karanlık madde için diğer açıklamaları yeniden gözden geçirmeyi hedefliyor.

1970'lerin başında Stephen Hawking, süper sıcak, kompakt erken evrendeki yoğun ceplerin ilk kara delikler olabileceğini tahmin etti. İlkel kara delikler olarak bilinen, zamanın başlangıcındaki karadeliklerin oluşması, önemli bir temele dayanır: Evrenin büyük ölçekli yapısının, Büyük Patlama'dan sonraki anlarda küçük dalgalanmaların sonucu olduğu.

Bu teoriye göre, bu dalgalanmaların cepleri kritik bir yoğunluğa ulaşacak, kara deliklere dönüşecek, ancak etraflarındaki yoğun ısı onların anında çökmesine izin vermeyecekti. Avrupa Uzay Ajansı Bilim Direktörü Günter Hasinger, parçacıklar o kadar sıcaktı ki, "deli gibi dönüyorlardı", evren yayılana ve buna izin verecek kadar soğuyana kadar kara deliklere dönüşemediler, diyor.

Hasinger, bu çöküşün ancak kuark adı verilen temel parçacıklar protonlarda birleşebildiği anda gerçekleşeceğini söylüyor.

Çalışmayı yöneten Miami Üniversitesi'nden astrofizikçi Nico Cappelluti, ekibin bugün gördüğümüz evrenin ilkel kara deliklerin bu yeni kozmoloji bakışı ile oluşup oluşamayacamayacağını görmek için yola çıktığını söylüyor. Modelleri, karanlık madde olarak hareket eden ilkel kara deliklere sahip bir evrenin bizimkine oldukça yakın görünebileceğini buldu.

Lehmann, "İlkel kara delikler ve karanlık madde birbirini dışlamaz" diyor. "İlkel kara delikler, olası bir karanlık madde biçimidir." Bu tek modelle test edilebilecek çok sayıda bilimsel bulmacanın dikkate değer olduğunu ve çalışmanın yöntemlerinin eksiksiz olduğunu söylüyor.

Takımın modeli, yıldızların kabaca 50 milyon yıl sonra, yani standart modelde tahmin edilen 300 milyon yıldan çok daha önce oluştuğunu tahmin ediyor. Cappelluti, bilim insanlarının evrenin uzak ve antik bölgelerine yakından bakarak bu farkı çözebileceklerini söylüyor.

13,5 milyar yıl öncesinden gelen sinyalleri incelemek için tasarlanan James Webb Teleskobu, Hawking'in onlarca yıllık fikri ile karanlık madde arasındaki köprü olabilir. Hasinger, Hawking ilkel kara delikler hakkındaki teorisini önerdiğinde, araştırmacıların "gerçek bir ölçek duygusu yoktu" diyor. Yaratılan kara deliklerin çok küçük olacağını düşündüler, bu yüzden sonraki yıllarda bilim adamları küçük kara delikler tarafından üretilen gama ışınlarını aradılar. Onları bulamayınca, fikir çoğu araştırmacı tarafından onlarca yıl rafa kaldırıldı.

Ancak daha sonra bilim insanları, ilkel kara deliklerin çok daha ağır olanlar da dahil olmak üzere çok çeşitli boyutlarda var olabileceğini fark ettiler. Gökbilimcilerin beklediğinden daha ağır kara delikler gösteren Hasinger, ilk yerçekimi dalgası tespitlerinden sonra ilkel kara delikler fikrinin de büyük ilgi gördüğünü söylüyor.

Cappelluti, günümüzün en iyi teleskoplarında bile bilim adamlarının erken evren hakkındaki bilgilerinde hala "büyük bir boşluk" olduğunu söylüyor. Gökbilimciler, evrenin tarihinin en son 13 milyar yılını gözlemleyebilirler, ancak evren yaklaşık 14 milyar yaşındadır. Bu kayıp milyar yıl, güneşin kütlesinin milyarlarca katı olan bu kadar büyük kara deliklere nasıl geldiğimiz gibi cevaplanmamış sorularla dolu. Bu süper kütleli kara deliklerin oluşumunu, araştırmacıların mevcut fizik anlayışıyla açıklamak zor.

Hasinger, James Webb teleskobunun, eğer varsa, yıldızları, Hubble Uzay Teleskobu'nun ilk kez gözlemlenen çok sayıda en eski gökadayı tespit ettiği, uzayın karanlık bölgesi, "derin alan" olarak adlandırılan yerde göreceğinden emin. Ve eğer bu olursa, gözlemevi faaliyete geçtikten birkaç ay sonra gerçekleşmesi muhtemeldir.

Cappelluti, James Webb'in "o pencereyi" uzak bir zaman çağına açacağını söylüyor. Ön-galaksilerin tahmin edilenden çok daha fazla olduğunu tespit ederse, sayıları ve nitelikleri ilkel kara deliklerin var olup olmadığı konusunda iyi bir gösterge olabilir. Ancak Cappelluti, büyük olasılıkla ilkel bir kara delikten gelen yerçekimi dalgalarının gelecekteki tespiti olacağını söylüyor.

Lehmann, James Webb'in yazarların modelini test edebileceği “heyecan verici bir olasılık” olduğunu düşünüyor. Ancak, "bunun, karanlık maddenin ilkel kara deliklerden oluşup oluşmadığı sorusunu tam olarak çözmeyeceğini" düşünüyor.

Hasinger, bilim adamları genellikle teorilerinin doğruluğunu kanıtlamaya çalışmazlar, sadece bir teori bulurlar ve “onu yanlışlamaya çalışırlar” diyor. Bir teoriyi yanlışlama girişimleri ne kadar başarısız olursa, teori o kadar sağlam hale gelir.

Takımın teorisi başarısız olsun ya da olmasın, yaklaşan gözlemler, ilkel kara delikler arayışında büyük bir kilometre taşı olabilir. Bilim adamları en derin Webb gözlemlerini incelerlerse ve "standart modelde bir değişiklik belirtisi görmezlerse" diyor Hasinger, "o zaman başımız belaya girer."