Yeni Bir Araştırma, Hawking Tarafından Ortaya Atılan Karanlık Madde ve Kara Delik Teorisini Test Ediyor

Evren çok ağır. Evrendeki normal, bilinen maddeye ilişkin ölçümler sürekli yapılıyor. Fakat evrenin ağırlığı çok daha fazla. Ölçülebilen yerçekimi etkilerinin gücünü açıklamaya yetecek kadar madde yok. Kütlenin geri kalanını oluşturan her neyse, doğrudan tespit edebileceğimiz bir şey değil ve ne olabileceğini bulma arayışı sürüyor.

Bu gizemli kütle için bugüne kadar ifade edilen popüler terim 'karanlık madde' oldu. Yeni bir araştırma ise, ilk olarak 1970'lerde Stephen Hawking ve Bernard Carr tarafından ortaya koyulan ilkel kara delik teorisini test edeceğini ifade ediyor.

Miami Üniversitesi'nden fizikçi Nico Cappelluti, "Çalışmamız, Stephen Hawking'in 1970'lerde önerdiği gibi, Büyük Patlama sırasında oluşan kara delikler tarafından oluşturulan şey bilinmeyen parçacıklar değil de karanlık madde olsaydı, erken Evrenin nasıl görüneceğini tahmin ediyor" diyor.

Araştırmanın birkaç önemli anlamı olabilir. İlk olarak, karanlık maddeyi açıklamak için 'yeni fiziğe' ihtiyacımız olmayacak. Ayrıca bu, modern astrofiziğin en zorlayıcı sorularından birine cevap vermemize yardımcı olacaktır: Erken Evren'deki süper kütleli kara delikler nasıl olabilir? Nasıl bu kadar hızlı büyüdüler? Modern Evrende bugün gözlemlediğimiz mekanizmalar göz önüne alındığında, bunların oluşması için yeterli zamanları olmaması gerekiyor. Bu aynı zamanda bir galaksinin kütlesinin neden her zaman süper kütleli kara deliğin kütlesiyle orantılı olduğuna dair uzun süredir devam eden gizemi de çözecektir.

Kara deliklerin karanlık madde için önde gelen bir aday olmamasının birkaç nedeni vardır. Karanlık madde gibi, bu aşırı yoğun nesneler hiç ışık yaymazlar ve uzayda hiçbir şey tüketmeden asılı kalırlarsa, tespit edilmeleri zordur; bunu ancak çevredeki uzay-zaman üzerindeki yerçekimi etkisini gözlemleyerek yapabilirsiniz.

Fizikçilerin karşılaştığı sorunlardan biri, karanlık maddenin görünürdeki miktarıdır. Hesaplarımıza göre Evrendeki maddenin sadece yüzde 15'i normal maddeden oluşuyor. Diğer yüzde 85 karanlık maddedir.

Bu büyüklükteki bir kütleyi sadece kara deliklere bağlamak son derece zor. Evren modellerimize göre, büyük kütleli yıldızlardan, yıldız kütleli kara delikler oluşur ve bu sayıda çok sayıda kara delik oluşturmaya yetecek kadar büyük kütleli yıldız yoktur. Evrendeki yıldızların çoğu kırmızı cücelerdir.

Bununla birlikte, ilkel kara delikler bambaşka bir konudur, bu yüzden son yıllarda bir karanlık madde adayı olarak ilgi görmeye başladılar. Adından da anlaşılacağı gibi bunlar, Büyük Patlamadan hemen sonra Evreni dolduran ilkel plazmadaki aşırı yoğunluklardan oluşmuş olabilecek kara deliklerdir. Bu ilkel kara delikler, diğer kara deliklerin büyüdüğü 'tohumlar' olabilir.

Bu açıklama aynı zamanda, Güneş'in kütlesinin milyonlarca ila milyarlarca katı olan süper kütleli kara deliklerin nasıl bu kadar büyüdüğü gibi başka bilmeceleri açıklamaya da yardımcı olabilir. Araştırma ekibinin hesaplamalarına göre, bu devler erken Evren'de diğer ilkel kara deliklerle birleşerek ve yakındaki gaz ve yıldızları toplayarak büyümüş olabilir.

Yale Üniversitesi'nden gökbilimci ve fizikçi Priyamvada Natarajan, "Eğer varlarsa, ilkel kara delikler, Samanyolu'nun merkezindeki de dahil olmak üzere tüm süper kütleli kara delikleri oluşturan tohumlar olabilir. Bu fikir hakkında kişisel olarak çok heyecan verici bulduğum şey, üzerinde çalıştığım iki gerçekten zorlu sorunu- karanlık maddenin doğasını ve kara deliklerin oluşumunu ve büyümesini araştırmayı- zarif bir şekilde birleştirmesi ve onları tek bir hamlede çözmesidir" diyor.

İlkel kara delikler, Evrendeki gizemli aşırı kızılötesi radyasyonu açıklamaya bile yardımcı olabilir. Ekibe göre, büyüyen ilkel kara delikler aynı kızılötesi imzayı üretmiş olabilirler.

Bu kadar çok gizemi bir çırpıda çözmek kesinlikle güzel olsa da hala cevaplanması gereken bazı sorular var.

Örneğin, uzaktaki ışık bir kara deliğin yerçekimi alanından geçtiğinde bükülür ve biz bunun, maddenin yüzde 85'ini karadeliklerin oluşturduğunu hesaba katacak kadar sıklıkta olduğunu tespit edemedik.

Umarız, yakında fırlatılacak olan James Webb Uzay Teleskobu ile bazı cevaplar alabiliriz.

Avrupa Uzay Ajansı'ndan astronom Günther Hasinger, "İlk yıldızlar ve galaksiler, 'karanlık çağlar'da zaten oluşmuşsa, Webb bunların kanıtlarını görebilmeli" diyor.

Araştırma The Astrophysical Journal'a kabul edildi ve arXiv'de mevcut.