Son araştırmalar, Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu’nun, erken evrenin hızlı şişmesi sırasında oluştuğuna inanılan teorik bir kara delik sınıfı olan Dünya kütlesindeki ilkel kara delikleri tespit etme potansiyelini araştırıyor. Bu keşifler, kozmik şişme teorilerini doğrulayabilir ve ilkel kara deliklerin karanlık maddeye katkıda bulunduğunu, galaksi oluşumu ve evrenin tarihi anlayışımızı derinden etkileyebileceğini öne sürebilir. Kaynak: SciTechDaily.com
Yeni çalışmalar Nancy Grace’i öneriyor Roma Uzay Teleskobu erken evrendeki ilkel kara delikleri tespit edebilir ve potansiyel olarak kozmik enflasyondaki ve karanlık maddenin bileşenleri olma rollerini doğrulayabilir.
Astrofizikçiler evreni gözlemlediğinde farklı türde kara delikler görürler. Milyarlarca güneş kütlesine sahip devasa süper kütleli kara deliklerden, bulunması zor orta kütleli kara deliklere (IMBH’ler) ve daha küçük yıldız kütleli kara deliklere kadar uzanırlar.
Ancak bu nesnelerin başka bir sınıfı da olabilir: Evrenin çok erken dönemlerinde oluşan ilkel kara delikler (PBH’ler). Eğer varsalar, Nancy Grace Roma Uzay Teleskobu onları tespit edebilecektir.
Bu sanatçının konsepti, küçük ilkel kara delikleri hayal etme konusunda hayal ürünü bir yaklaşım benimsiyor. Gerçekte bu kadar küçük kara delikler, onları burada görünür kılan birikim disklerini oluşturmakta zorlanır. Kredi: NASAGoddard Uzay Uçuş Merkezi
Kara Deliklerin Oluşumu
Yıldız kütleli kara delikler, büyük yıldızların süpernova olarak patlamasıyla oluşur. SMBH’ler zamanla diğer kara deliklerle birleşerek büyür. IMBH’lerin nasıl oluştuğu hala belirsiz, ancak yıldız kütleli kara delikler arasındaki birleşmeleri veya yoğun yıldız kümelerindeki çoklu yıldız çarpışmalarını içerebilir.
İlkel kara delikler, eğer varsa, bu mekanizmaların hiçbirine sahip değildi.
“Eğer onları bulursak teorik fizik alanını sarsacak.”
— William DeRocco, doktora sonrası araştırmacı, California Santa Cruz Üniversitesi.
Sanatçının ikili kara delikleri birleştirme izlenimi. Birleştiklerinde LIGO gibi gözlemevlerinin tespit edebileceği yerçekimsel dalgalar yayarlar. Kredi bilgileri: LIGO/A. Simonnet
Teorik Fizik ve Roma Uzay Teleskobu
İlkel kara deliklerin var olup olmadığını kimse bilmiyor. Bunlar teorik. Bildiğimiz hiçbir fiziksel süreç onları oluşturamaz. Ancak evrenin erken dönemleri çok farklıydı.
Yeni araştırma yayınlandı Fiziksel İnceleme D yaklaşan Nancy Grace Roman Teleskobu’nun bu ilkel Dünya kütlesindeki nesneleri nasıl tespit edebileceğini gösteriyor. Başlığı “Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu ile karasal kütleli ilkel kara delikleri ortaya çıkarmak.” Baş yazar, California Santa Cruz Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan William DeRocco’dur.
Baş yazar DeRocco, “Dünya kütlesindeki ilkel kara deliklerin popülasyonunu tespit etmek, hem astronomi hem de parçacık fiziği açısından inanılmaz bir adım olacaktır, çünkü bu nesneler bilinen herhangi bir fiziksel süreç tarafından oluşturulamaz” dedi. “Eğer onları bulursak teorik fizik alanını sarsacak.”
PBH’ler, enflasyonist veya erken dönemde radyasyonun hakim olduğu evrendeki aşırı yoğun bölgeler çöktüğünde oluşmuş olabilir. Kredi bilgileri: Gema White
Erken Evrenin Koşulları
Modern Evrende yalnızca en az sekiz yıldız kütlesine sahip yıldızlar kara delik haline gelebilir. Daha az kütleli yıldızlar nötron yıldızlarına veya beyaz cücelere dönüşecek. (Güneş bir Beyaz cüce.)
Ancak evrenin erken dönemlerinde işler farklıydı. Hızlı bir enflasyon döneminde uzay, ışık hızından daha hızlı genişledi. Bu alışılmadık koşullarda yoğun alanlar PBH’lere dönüşebilirdi. Bu nesnelerin ölçeği oldukça küçüktür. Bunlar Dünya büyüklüğünde veya daha küçük olacak ve olay ufukları madeni para kadar geniş olacak.
Bunlardan en az kütleli olanlar yok olacaktı buharlaşma. Stephen Hawking’in anladığı da buydu. Ancak Dünya kadar büyük olanlar hayatta kalmayı başarabildi.
Stephen Hawking kara delik buharlaşması fikrini ortaya attı. Radyasyon kaçarken kara deliklerin yavaşça küçüldüğü teorisini ortaya attı. Şu anda Hawking radyasyonu olarak bilinen şeyin yavaş yavaş sızması, zamanla kara deliğin buharlaşmasına neden olacaktır. Bu infografik, çeşitli küçük kütlelere sahip kara deliklerin tahmini ömürlerini ve olay ufkunu (içeriye düşen nesnelerin bir kara deliğin yerçekimsel etkisinden kaçamayacağı nokta) çaplarını gösterir. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi
Kara Deliklerin Saptanmasında Mikro Merceklenmenin Rolü
Her ne kadar teorik olsalar da, onların varlığına dair bazı delil niteliğinde ipuçları var. Bu ipuçları geliyor yerçekimsel mikromerceklenme.
Evrendeki nesneleri incelemek için mikromerceklemeyi kullanan iki çalışma var. Biri OGLE, Optik Yerçekimi Mercekleme Deneyi. Bir diğeri ise MOA, Astrofizikte Mikromercekleme Gözlemleri. OGLE uzayda 17 izole Dünya kütlesinde nesne buldu.
Bu nesneler PBH’ler olabilir veya haydut gezegenler olabilir. Ne yazık ki, bireysel bazda ayırt etmek çok zordur. Ancak teori, haydut gezegenlerin kütlelerini ve bolluğunu öngördüğünden, bu, Roma Teleskobu’nun onları PBH’lerden ayırt etmesinin bir yolunu sağlayabilir.
OGLE-2012-BLG-0950Lb Gezegeni, doğanın büyüteci görevi gören bir olgu olan yerçekimsel mikromercekleme yoluyla tespit edildi. Kredi: LCO/D. Bennett
DeRocco, “Durum bazında Dünya kütleli kara delikler ile başıboş gezegenler arasında ayrım yapmanın bir yolu yok” dedi. “Roman ikisini istatistiksel olarak ayırmada son derece güçlü olacak.”
Yazarlar araştırmalarında bunu daha ayrıntılı bir şekilde açıklıyorlar. “Önemli nokta, PBH ve FFP olaylarının olay bazında ayırt edilememesine rağmen, iki popülasyonun olay sürelerinin istatistiksel dağılımıyla ayırt edilebilmesidir.” Bilim insanları, Roman’ın bu kütle aralığında OGLE ve MOA gibi yer tabanlı çalışmalara kıyasla 10 kat daha fazla nesne bulacağını düşünüyor.
İlkel Kara Deliklerin Keşfedilmesinin Etkisi
İlkel kara deliklerin bulunması büyük bir ayaklanma yaratacaktır.
Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden gökbilimci Kailash Sahu, “Galaksinin oluşumundan evrenin karanlık madde içeriğine ve kozmik tarihe kadar her şeyi etkileyecektir” dedi. Sahu araştırmaya dahil değildi ancak sonuçların yaratacağı etkinin farkında. “Kimliklerini doğrulamak zor bir iş olacak ve gökbilimcilerin çok fazla ikna edilmeye ihtiyacı olacak ama buna değecek.”
Eğer Roma Uzay Teleskobu kara delikleri bulup doğrulayabilirse bu, astronomi tarihinde belirleyici bir an olabilir. Keşif, bir dönem lehine güçlü bir kanıt olacaktır. Evrenin erken dönemlerinde hızlı enflasyonşu ana kadar kanıtlanmamış bir dönem. Fizikçiler, Evren hakkında pek çok şeyin açıklanmasına yardımcı olduğu için böyle bir dönem olması gerektiğini düşünüyor.
İlkel Kara Delikler ve Karanlık Madde
Daha da heyecan verici olanı, bu ilkel kara deliklerin belirli bir oranda karanlık madde içermesi olabilir. Küçük bir yüzde, ancak karanlık maddenin ne olduğuna dair mevcut anlayışımıza göre çok büyük bir gelişme. Bilim insanları şöyle şeyler aramaya devam ediyor: WIMP’ler (Zayıf Etkileşen Büyük Parçacıklar) ve karanlık madde olabilecek diğer parçacıklar, ancak onları asla bulamazlar.
“Karanlık maddenin doğası, temel fizikteki en acil açık sorulardan biri olmaya devam ediyor. Yazarlar, çok sayıda ikna edici kanıtın varlığını göstermesine rağmen mikrofiziksel doğasının hala bilinmediğini belirtiyor.
Romalı ve PBH’lerin güzel yanı onları bulmanın özel bir çaba gerektirmeyecek olmasıdır. Roman zaten gezegenleri arayacak. Yazarlar makalelerinde “Roman’ın Galaktik Bulge Zaman Alanı Araştırması’nın yüzlerce düşük kütleli mikromerceklenme olayını gözlemlemesi ve bu popülasyonun sağlam bir istatistiksel karakterizasyonuna olanak sağlaması bekleniyor” diye yazıyorlar.
Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, karanlık enerji ve karanlık maddenin sırlarını çözmek, dış gezegenleri aramak ve görüntülemek ve kızılötesi astrofizikteki birçok konuyu keşfetmek için tasarlanmış bir NASA gözlemevidir. Kaynak: NASA
Roma Uzay Teleskobu’nun Daha Geniş Misyonu
Fırlattığımız her uzay teleskobu Evrenin bir yönüne açılan yeni bir penceredir. Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu kesinlikle öyle olacak. DeRocco ve araştırma arkadaşları makalelerinde “Galaktik Çıkıntı Zaman Alanı Araştırması bağlı ve bağlı olmayan dış gezegenleri hedef alsa da, Standart Model’in ötesinde fiziğe karşı da benzeri görülmemiş bir duyarlılığa sahip olacağını gösterdik” diye yazıyorlar. Bunun nedeni, “ilkel kara deliklerden oluşan karanlık maddenin oranını araştırabilmesi” diye yazıyorlar.
Sahu, “Bu, Roman’ın gezegenleri ararken elde edeceği verilerle ekstra bilim adamlarının yapabileceği şeylerin heyecan verici bir örneği” dedi. “Ve bilim adamlarının Dünya-kütleli kara deliklerin var olduğuna dair kanıt bulsa da bulmasa da sonuçlar ilginç. Her iki durumda da evrene dair anlayışımızı güçlendirecektir.”
Ve kim Evrenin daha güçlü bir şekilde anlaşılmasını istemez ki?
Orijinal olarak yayınlanan bir makaleden uyarlanmıştır. Bugün Evren.
Referans: William DeRocco, Evan Frangipane, Nick Hamer, Stefano Profumo ve Nolan Smyth tarafından yazılan “Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu ile karasal kütleli ilkel kara deliklerin ortaya çıkarılması”, 8 Ocak 2024, Fiziksel İnceleme D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.109.023013
uzay-2