Sanatçının, Dünya’dan Büyük Macellan Bulutu’na doğru gözlemlenen bir kara deliğin neden olduğu mikro merceklenme olayına dair izlenimi. LMC’de bulunan bir arka plan yıldızının ışığı, Galaktik haledeki varsayılan ilkel bir kara delik (mercek) tarafından bükülür ve Dünya’dan gözlemlendiğinde büyütülür. Mikromercekleme, arka plandaki yıldızın parlaklığında çok karakteristik bir değişime neden olur ve merceğin kütlesinin ve mesafesinin belirlenmesine olanak sağlar. Katkıda bulunanlar: J. Skowron / OGLE. Büyük Macellan Bulutu’nun arka plan görüntüsü: ESA/Gaia veritabanı kullanılarak Kevin Loch tarafından yazılan bsrender ile oluşturulmuştur. Katkıda bulunanlar: J. Skowron / OGLE. Büyük Macellan Bulutu’nun arka plan görüntüsü: ESA/Gaia veritabanı kullanılarak Kevin Loch tarafından yazılan bsrender ile oluşturulmuştur
Kökeni modern astronominin en büyük gizemlerinden biri olan devasa kara deliklerden oluşan bir popülasyon, ABD Uzay Araştırmaları Merkezi tarafından tespit edildi. LİGO ve Başak gYerçekimi dalgası dedektörleri.
Bir hipoteze göre, bu nesneler Evrenin çok erken dönemlerinde oluşmuş olabilir ve Evreni dolduran gizemli bir madde olan karanlık maddeyi oluşturabilir. Bilim insanlarından oluşan bir ekip, yaklaşık 20 yıllık gözlemlerin sonuçlarını açıkladı; bu tür büyük kara deliklerin, karanlık maddenin en fazla yüzde birkaçını oluşturabileceğini gösteriyor. Bu nedenle yer çekimi dalgası kaynakları için başka bir açıklamaya ihtiyaç vardır.
Araştırmanın sonuçları iki makalede yayınlandı. Doğa ve Astrofizik Dergisi Takviye Serisi. Araştırma, Varşova Üniversitesi Astronomi Gözlemevi’ndeki OGLE (Optik Yerçekimi Mercek Deneyi) araştırmasından bilim adamları tarafından gerçekleştirildi.
Evrenin Karanlık Madde Bileşimini Anlamak
Çeşitli astronomik gözlemler, görebildiğimiz veya dokunabildiğimiz sıradan maddenin, Evrenin toplam kütle ve enerji bütçesinin yalnızca %5’ini oluşturduğunu göstermektedir. İçinde SamanyoluYıldızlardaki her bir kiloluk sıradan maddeye karşılık, hiç ışık yaymayan ve yalnızca kütleçekim kuvvetiyle etkileşime giren 15 kiloluk “karanlık madde” vardır.
“Karanlık maddenin doğası bir sır olarak kalıyor. Çoğu bilim insanı bunun bilinmeyen temel parçacıklardan oluştuğunu düşünüyor” diyor her iki makalenin de baş yazarı, Varşova Üniversitesi Astronomi Gözlemevi’nden Dr. Przemek Mróz. “Maalesef, onlarca yıldır süren çabalara rağmen, hiçbir deney (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ile yapılan deneyler dahil) karanlık maddeden sorumlu olabilecek yeni parçacıklar bulamadı.”
Samanyolu halesi içinden görülen Büyük Macellan Bulutu’na doğru devasa nesnelerin neden olduğu beklenen ve gözlemlenen mikromerceklenme olayları. Evrendeki karanlık madde varsayılan ilkel kara deliklerden oluşsaydı, 2001-2020 yıllarında OGLE araştırması sırasında 500’den fazla mikromerceklenme olayı tespit edilecekti. Gerçekte OGLE projesi, büyük olasılıkla normal yıldızlardan kaynaklanan mikromerceklenme olaylarının yalnızca 13 tespitini kaydetti. Katkıda bulunanlar: J. Skowron / OGLE. Büyük Macellan Bulutu’nun arka plan görüntüsü: ESA/Gaia veritabanı kullanılarak Kevin Loch tarafından yazılan bsrender ile oluşturulmuştur. Katkıda bulunanlar: J. Skowron / OGLE. Büyük Macellan Bulutu’nun arka plan görüntüsü: ESA/Gaia veritabanı kullanılarak Kevin Loch tarafından yazılan bsrender ile oluşturulmuştur
İlkel Kara Deliklerin Gizemi ve Potansiyeli
İlk tespitinden bu yana yerçekimi dalgaları LIGO ve Virgo deneyleri, 2015 yılında birleşen bir çift kara delik arasında bu türden 90’dan fazla olay tespit etti. Gökbilimciler, LIGO ve Başak tarafından tespit edilen kara deliklerin, daha önce Samanyolu’nda bilinenlerden (5-20 güneş kütlesi) önemli ölçüde daha büyük kütleye (20-100 güneş kütlesi) sahip olduğunu fark ettiler.
Dr. Mróz, “Bu iki kara delik popülasyonunun neden bu kadar farklı olduğunu açıklamak, modern astronominin en büyük gizemlerinden biridir” diyor.
Olası bir açıklama, LIGO ve Virgo dedektörlerinin, Evrenin çok erken dönemlerinde oluşmuş olabilecek bir ilkel kara delik popülasyonunu ortaya çıkardığını öne sürüyor. Bunların varlığı ilk kez 50 yıl önce ünlü İngiliz teorik fizikçi Stephen Hawking ve bağımsız olarak Sovyet fizikçi Yakov Zeldovich tarafından öne sürülmüştü.
Dr. Mróz, “Erken Evren’in ideal olarak homojen olmadığını biliyoruz – küçük yoğunluk dalgalanmaları, günümüz galaksilerine ve galaksi kümelerine yol açtı,” diyor. “Benzer yoğunluk dalgalanmaları, kritik bir yoğunluk kontrastını aşarsa çökebilir ve kara delikler oluşturabilir.”
Yerçekimi dalgalarının ilk tespitinden bu yana, giderek daha fazla bilim insanı, bu tür ilkel kara deliklerin, karanlık maddenin tamamı olmasa da önemli bir kısmını oluşturabileceğini tahmin ediyor.
Sanatçının Büyük Macellan Bulutu’nun Samanyolu halesindeki büyük nesneler tarafından mercek altına alındığı izlenimi. Kredi bilgileri: J. Skowron / OGLE
Mikromercekleme Teknikleriyle Karanlık Maddeyi Keşfetmek
Neyse ki bu hipotez astronomik gözlemlerle doğrulanabilir. Samanyolu’nda bol miktarda karanlık maddenin bulunduğunu gözlemliyoruz. Eğer kara deliklerden oluşmuş olsaydı, onları kozmik mahallemizde tespit edebilmemiz gerekirdi. Kara deliklerin tespit edilebilir herhangi bir ışık yaymadığı göz önüne alındığında bu mümkün müdür?
Einstein’ın genel görelilik teorisine göre, ışık, büyük nesnelerin kütleçekim alanında bükülebilir ve saptırılabilir; bu olaya, kütleçekimsel mikromerceklenme adı verilir.
OGLE araştırmasının baş araştırmacısı Prof. Andrzej Udalski, “Mikro mercekleme, Dünya üzerindeki bir gözlemci, bir ışık kaynağı ve bir mercek olmak üzere üç nesnenin uzayda neredeyse ideal şekilde hizalanmasıyla ortaya çıkıyor” diyor. “Bir mikro mercekleme olayı sırasında, kaynağın ışığı saptırılabilir ve büyütülebilir ve kaynağın ışığının geçici olarak parladığını gözlemliyoruz.”
Parlamanın süresi merceklenen nesnenin kütlesine bağlıdır: kütle ne kadar yüksek olursa olay o kadar uzun olur. Güneş kütleli nesnelerin mikro mercekleme olayları genellikle birkaç hafta sürerken, Güneş’ten 100 kat daha büyük kara deliklerin gerçekleştirdiği olaylar birkaç yıl sürer.
Karanlık maddeyi incelemek için yerçekimsel mikromerceklemeyi kullanma fikri yeni değil. İlk kez 1980’lerde ünlü Polonyalı astrofizikçi Bohdan Paczyński tarafından önerildi. Onun fikri üç büyük deneyin başlangıcına ilham kaynağı oldu: Polonyalı OGLE, Amerikan MACHO ve Fransız EROS. Bu deneylerden elde edilen ilk sonuçlar, kütlesi bir güneş kütlesinden daha küçük olan kara deliklerin, karanlık maddenin yüzde 10’undan daha azını içerebileceğini gösterdi. Ancak bu gözlemler son derece uzun zaman ölçeğindeki mikro-merceklenme olaylarına duyarlı değildi ve bu nedenle yakın zamanda kütleçekim dalgası dedektörleriyle tespit edilenlere benzer şekilde büyük kara deliklere karşı duyarlı değildi.
Şili’deki Las Campanas Gözlemevi’nde gece (Carnegie Bilim Enstitüsü tarafından işletilmektedir). OGLE projesi gözlem istasyonu ve Büyük ve Küçük Macellan Bulutları. Kredi bilgileri: Krzysztof Ulaczyk
OGLE Tarafından Yapılan Uzun Vadeli Gözlemsel Çalışmalar
Yeni makalede, Astrofizik Dergisi Ek SerisiOGLE gökbilimcileri, Büyük Macellan Bulutu adı verilen yakındaki bir galakside bulunan yaklaşık 80 milyon yıldızın yaklaşık 20 yıllık fotometrik izlemesinin ve yerçekimsel mikromerceklenme olaylarının araştırılmasının sonuçlarını sunuyor. Analiz edilen veriler OGLE projesinin 2001’den 2020’ye kadar üçüncü ve dördüncü aşamalarında toplandı.
Prof. Udalski, “Bu veri seti, modern astronomi tarihinde Büyük Macellan Bulutu’ndaki yıldızların en uzun, en büyük ve en doğru fotometrik gözlemlerini sağlıyor” diyor.
Son Bulguların Karanlık Madde Üzerindeki Etkileri
İkinci makale ise şu tarihte yayınlandı: Doğabulguların astrofiziksel sonuçlarını tartışıyor.
Dr. Mróz, “Samanyolu’ndaki karanlık maddenin tamamı 10 güneş kütlesindeki kara deliklerden oluşsaydı, 258 mikromerceklenme olayı tespit etmemiz gerekirdi” diyor. “100 güneş kütleli kara delik için 99 mikromerceklenme olayı bekliyorduk. 1000 güneş kütleli kara delikler için – 27 mikromerceklenme olayı.”
Buna karşılık, OGLE gökbilimcileri yalnızca 13 mikromercek olayı buldular. Ayrıntılı analizleri, bunların hepsinin Samanyolu’ndaki bilinen yıldız popülasyonları veya Büyük Macellan Bulutu’nun kendisi tarafından açıklanabileceğini, kara delikler tarafından açıklanamayacağını gösteriyor.
Dr. Mróz, “Bu, devasa kara deliklerin karanlık maddenin en fazla yüzde birkaçını oluşturabileceğini gösteriyor” diyor.
Ayrıntılı hesaplamalar, 10 güneş kütleli kara deliklerin karanlık maddenin en fazla %1,2’sini, 100 güneş kütleli kara deliklerin en fazla %3,0’ını ve 1000 güneş kütleli kara deliklerin en fazla %11’ini oluşturabileceğini gösteriyor.
“Gözlemlerimiz, ilkel kara deliklerin karanlık maddenin önemli bir bölümünü oluşturamayacağını ve aynı zamanda gözlemlenenleri açıklayamayacağını gösteriyor. Kara delik LIGO ve Virgo tarafından ölçülen birleşme oranları” diyor Prof. Udalski.
Bu nedenle LIGO ve Başak tarafından tespit edilen devasa kara delikler için başka açıklamalara ihtiyaç var. Bir hipoteze göre, büyük kütleli, düşük metalik yıldızların evriminin bir ürünü olarak oluştular. Başka bir olasılık, küresel kümeler gibi yoğun yıldız ortamlarındaki daha az kütleli nesnelerin birleşmesini içerir.
Prof. Udalski, “Sonuçlarımız önümüzdeki on yıllar boyunca astronomi ders kitaplarında kalacak” diye ekliyor.
Referans:
Przemek Mróz, Andrzej Udalski, Michał K. Szymański, Igor Soszyński, Łukasz Wyrzykowski, Paweł Pietrukowicz, Szymon Kozłowski, Radosław Poleski, Jan Skowron, Dorota Skowron, Krzysztof Ulaczyk, Mariusz Gromadzki, “Samanyolu halesinde devasa kara delikler yok”, Krzysztof Rybicki, Patryk Iwanek, Marcin Wrona ve Milena Ratajczak, 24 Haziran 2024, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-024-07704-6
Referans: Przemek Mróz, Andrzej Udalski, Michał K. Szymański, Mateusz Kapusta, Igor Soszyński, Łukasz Wyrzykowski, Paweł Pietrukowicz, Szymon Kozłowski, Radosław tarafından yazılan “20 Yıllık OGLE Gözlemlerine Dayalı Büyük Macellan Bulutuna Yönelik Mikro Mercekleme Optik Derinliği ve Olay Hızı” Poleski, Jan Skowron, Dorota Skowron, Krzysztof Ulaczyk, Mariusz Gromadzki, Krzysztof Rybicki, Patryk Iwanek, Marcin Wrona ve Milena Ratajczak, 24 Haziran 2024, Astrofizik Dergisi Ek Serisi.
DOI: 10.3847/1538-4365/ad452e
uzay-2