Karanlık Madde Kara Delik mi?

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasaKaranlık Madde Evren’deki maddenin yüzde 83’ünü oluşturuyor ve ışıkta görünmüyor. Ancak, galaksideki yıldızları bir arada tutan karanlık maddeyi göremediğimiz için ne olduğunu da bir türlü bulamadık. Oysa yeni teoriye göre karanlık madde uzayda gizlenen mikro kara delikler olabilir. Bunlar büyük patlamadan sonra oluşan ilk kara delikler.

Evren’in tutkalı

Bugün galaksilerin komşu galaksileri yerçekimi ile nasıl kendine çektiğine ve içindeki yıldızları dağılmadan nasıl bir arada tuttuğuna baktığımız zaman, normal maddenin kütlesinin bu güçlü çekim alanını yaratmaya yeterli olmadığını görüyoruz.

Kısacası Evren’deki yıldızları saydığımız ve uzaktan görünmeyen standart kara deliklerle nötron yıldızları gibi soluk cisimleri hesaba kattığımız zaman, bunların sayısı (toplam kütlesi) galaksilerdeki yıldızları ve galaksi gruplarını bir arada tutmaya yetmiyor.

İlgili yazı: Kuyrukluyıldız Dünya’ya Nasıl Hayat Taşıdı?

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Görünmez karanlık madde galaksileri bir araya topluyor ve içindeki yıldızları dağılmadan bir arada tutmalarını sağlıyor.

 

Evren’i saran yerçekimi alanı

Bilim insanları bu ek kütleyi ve yerçekimi alanını karanlık maddenin oluşturduğunu düşünüyorlar. Karanlık demelerinin sebebi ise gizemli maddenin gün ışığında bile görünmez olması.

Fizikçiler son 20 yılda karanlık maddenin ne olduğunu anlamak için birçok teori geliştirdiler ve karanlık madde dedektörleri inşa ettiler. Oysa bu dedektörler bilim insanlarının karanlık madde olduğunu düşündüğü parçacıkların hiçbirini bulamadı ve geriye bir tek WIMP’ler kaldı.

Fizikçiler arasındaki popüler teoriye göre, Zayıf Etkileşimli Masif Parçacıklar denilen WIMP’ler ışığı oluşturan elektromanyetik kuvvetten etkilenmediği için göze görünmüyordu. Dolayısıyla güçlü bir yerçekimi yaratarak maddeyi kendine çekmenin dışında insan vücudunu etkilemiyor ve biz hiç fark etmeden içimizden geçip gidiyordu.

İlgili yazı: İnternetinizi uçuracak en hızlı 10 modem

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

 

Kara delik problemi

Ancak bir sorun vardı: Karanlık madde, normal maddenin çok küçük bir noktada birikmesiyle oluşan ve ışığın bile içinden kaçamadığı güçlü bir yerçekimi alanı üreten kara delikler gibi olsaydı bugün Evren’de çok sayıda kara delik bulunması gerekirdi (karanlık madde kara delikleri).

Oysa Evren’e baktığımızda galaksilerin yıldızlarla ışıl ışıl olduğunu görüyoruz. Sorun bu zaten: Karanlık madde hem galaksilerdeki yıldızları bir arada tutan güçlü bir yerçekimi alanı üretiyor hem de yıldızları yutup kara deliklere dönüştürmüyor. Nasıl olur?

WIMP’lerin fizikte en popüler karanlık madde adayı olmasının sebebi de buydu. Bunlar sıra dışı özelliklere (garip güçlere) sahip olan egzotik parçacıklar.

İlgili yazı: Stephen Hawking Evrenin Haritasını Çıkarıyor

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Kara delikleri doğrudan göremeyiz ama ışığı büktükleri için yerlerini ele verirler.

 

Garip güçler

Bir kere normal parçacıklardan çok daha büyük bir kütleleri var (Protonun 100 katı) ve Evren’deki bazı bölgelerde (uzay boşluğunda) gaz ve toz bulutları gibi toplanmış bulunuyorlar. Ancak bunlar mikroskobik parçacıklar ve uzayda bir araya geldikleri yerlerde bile çok seyrekler.

Öyle seyrekler ki uzayda bir santimetre küpte bulunan WIMP karanlık madde miktarı şu anda Dünya ile Güneş arasındaki uzay boşluğunda (vakum) yer alan atom sayısından daha az.

Buna rağmen WIMP’ler küçük ama masif parçacıklar ve büyük kütleye sahip oldukları için güçlü yerçekimi yaratıp uzak mesafelerdeki yıldızlarla galaksileri kara deliğe dönüşmeden bir arada tutabiliyorlar.

İlgili yazı: Kozmik Kareler >> 12 Adımda Evren Nasıl Oluştu

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

 

Güzel senaryo

Ancak anlaşılan sadece bir senaryo; çünkü bugüne kadar yapılan WIMP karanlık madde araştırmaları hiçbir sonuç vermedi: NASA, Uluslararası Uzay İstasyonu’na karanlık maddeyi arayan bir dedektör koydu, ama yeterli kanıt bulamadı.

Amerika’daki gururumuz astrofizikçi Esra Bülbül ve ekibi galaksideki X-ışını kaynaklarına bakarak karanlık madde aradı ama bu da kesin sonuç vermedi. Fizikçiler son çare olarak WIMP karanlık madde dedektörlerine baktılar.

Bunlar yeraltında bulunan dev su tanklarıydı ve nötrinolar gibi normal maddeyle pek az etkileşime giren karanlık maddeyi 15-20 yıl boyunca gözlemledikleri zaman tespit edeceklerine inanılıyordu. Ancak hiçbir şey bulamadılar. İngiltere’deki Büyük Yeraltı Zenon dedektörü LUX da WIMP bulamayınca1 geriye bir tek seçenek kaldı:

İlgili yazı: Evren’deki En Şaşırtıcı Gerçek Nedir?

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

 

Kara delikler

Yalnız daha birkaç paragraf önce karanlık maddenin kara delik olamayacağını söyledik! Öyle olsaydı Evren’deki kayıp kütleyi telafi etmek için bugün hesapladığımızdan daha fazla sayıda kara delik olması gerekirdi.

Bu kadar çok kara delik gökleri karartır, ölümcül gama radyasyonu yayar ve çevremizdeki yıldızlarla gezegenleri yutardı.

İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Dünya’dan bakıldığında galaksimizin görünür ışıktaki görünümü. Galaksinin diski üzerinde yer aldığımızdan ona yandan bakıyoruz. Merkezdeki şişlikte galaksimizi bir arada tutan ikinci kuvvet olan süper kütleli kara delik kümesi bulunuyor. Bu resmi sayfanın altındaki mor-siyah gama ışını haritasıyla karşılaştırın.

 

Öyleyse nasıl çözeceğiz?

Yeni bir kara delik türü icat ederek: Bugüne kadarki yazılarda size 2 tür kara delikten söz ettim. 1) Süpernova (patlayan yıldız) artığı olan yıldız kütleli kara delikler ve 2) Galaksilerin merkezinde yer alan ve galaksilerdeki yıldızları bir arada tutan ikinci güç olan süper kütleli kara delikler.

Evren’de kaç yıldız kütleli kara delik olduğunu biliyoruz; çünkü bu kara delikler patlayan yıldızların kalıntısı olarak oluşuyor ve biz de galaksilere bakarak Evren’deki ortalama yıldız sayısını hesaplıyoruz. Süper kütleli kara delikler de irili ufaklı hemen bütün galaksilerin merkezinde yer alıyor. Evren’deki ortalama galaksi sayısını bildiğimiz için bunların sayısını da hesaplıyoruz.

Her iki kara delik türünün toplam kütlesini hesapladığımız zaman Evren’de gözlemlenen kütlenin yüzde 8’i çıkıyor. Normal madde toplam kütlenin sadece yüzde 17’si olduğu için geri kalan yüzde 9 da yıldızlar, gezegenler, gaz ve toz bulutları gibi gökcisimlerine ait bulunuyor.

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Beyaz dairenin içinde bizi oluşturan normal madde yer alıyor. Onu saran koyu bölgede karanlık madde adayları var. Hiçbiri gerçek olmayabilir veya biri ya da bir kısmı gerçek olabilir. Şimdi bunlara bir de mikro kara delikler eklendi.

 

Hesap tutmuyor

Zaten karanlık madde teorileri de bu eksik kütleyi, yüzde 83’ü açıklamak için geliştirildi! Ancak Evren’de üçüncü tür bir kara delik var. Hem de en az 40 yıldır bildiğimiz bir kara delik türü: Evren’in başlangıcında oluşmuş mikro kara delikler.

Bunlar atom kadar küçük kara delikler, ama Evren’de en az Dünya’daki mikroplar kadar yaygın olmaları gerek. Karanlık maddenin en güçlü adayı olan WIMP parçacıklarını keşfedemediğimize göre, karanlık madde aslında bu mikro kara deliklerden oluşuyor olabilir.

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Yeraltındaki LUX deney aygıtı WIMP karanlık madde parçacıklarını aradı ama bulamadı.

 

Madem öyle

Neden bu zamana kadar kimse karanlık madde mikro kara deliklerden oluşuyor demedi? Peki demediklerini nereden biliyorsunuz? Aşağıda anlatacağım gibi astrofizikçiler uzayı teleskoplarla taradılar ve kara deliklerin güçlü çekim etkisinin yıldız ışığını nasıl büktüğüne baktılar.

Böylece Evren’deki yıldız kütleli kara delikleri ve süper kütleli kara delikleri buldular; ama uzayda gizlenen mikro kara delik bulutlarının ışığı büktüğüne dair bir iz bulamadılar. Gördükleri olayları mikro kara delik olmadan da açıklayabildikleri için çaresiz kalmışlardı. Bu yüzden mikro kara delik teorisini terk edip WIMP’leri icat ettiler.

Ancak, şimdi Darth Vader’ın Star Wars Bölüm V’te dediği gibi çember tamamlandı ve WIMP’leri bulamayınca kara delik senaryosuna geri döndük. Bu yazıda karanlık madde ile mikro kara deliklerin sırlarını, hemen aşağıda kara delik harici yeni bir karanlık madde adayını ve bu alandaki son keşifleri anlatıyoruz.

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Güneş’i yakan nükleer reaksiyonlar her gün sayısız nötrino üretiyor ve her saniye içimizden 1 milyar nötrino geçiyor; ama fark etmiyoruz.

Nötrinodan beter

Nötrinolar öncelikle Güneş’in merkezindeki nükleer reaksiyonlarla üretilen ve sadece nükleer radyasyondan sorumlu olan zayıf çekirdek kuvveti ile yerçekimiyle etkileşime giren parçacıklar. Bunların kütlesi çok küçük: O kadar küçük ki bir saniyede içimizden 1 milyar nötrino geçiyor ama hiç farkına varmıyoruz. 1 saniyede içimizden o kadar proton geçseydi radyasyondan ölürdük.

WIMP’leri bulamayan ve mikro kara delik senaryosuna da inanmayan bilim insanları nötrinoların garip özelliklerinden esinlenerek yeni bir karanlık madde parçacığı tasarladılar.

Bunlar nötrinolar gibi maddeyle çok az etkileşime giriyor, ama onlardan çok daha kütleliler: Atom çekirdeğindeki protonlardan 10 milyar milyar kat daha kütleliler (yani protondan çok daha küçük, ama 1 mikrogramlık insan hücresi kadar ağır olan parçacıklar!)

İlgili yazı: Dev Macellan Teleskopu Evren’in başlangıcını görecek

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Bu da yer altındaki bir su tankının içinde bulunan nötrino dedektörü. Nötrinoları saptamayı başardık.

 

Çaresizlik insana neler yaptırıyor

Ancak uçuk fikirler de gerçek olabilir ve PIDM denilen bu teorik parçacıklar da bir parçacığın kara deliğe dönüşmeden evvel sahip olabileceği maksimum kütleye sahip olduğu için, mikro kara deliklere geçmeden önce bunlara değinmemiz gerekiyor.

Güney Danimarka Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmalar yürüten McCullen Sandora, PIDM parçacıklarının aslında WIMP sınıfına girdiğini söylüyor. Ancak bunlar Evren’deki fizik yasalarının işlediği en küçük boyuttaki, Planck ölçeğindeki parçacıklar.

PIDM adı buradan geliyor ve Planck ölçeğinde etkileşime giren karanlık madde demek. PIDM’lerin süper ağır olduğunu söyledik değil mi? Einstein’ın görelilikle teorisine göre kütlenin enerjiye dönüşebildiğini de biliyoruz.

Bunlar çok ağır olduğu için PIDM’leri dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) bile üretemeyiz. Bunun için bize 20 yıl sonra inşa edilecek yeni ve daha güçlü bir parçacık hızlandırıcı lazım. O da LHC’Den en az 40 kat güçlü olmalı.

İlgili yazı: Evren Gerçekten Ne Kadar Büyük?

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Gereksiz radyasyon sinyallerini durdurmak için bir su tankını kalkan olarak kullanan LUX adlı karanlık madde dedektörünün içinin kuşbakışı görünümü.

 

Karanlık madde Evren’e nasıl şekil verdi?

Evren’i oluşturan büyük patlamanın ardından, saniyenin çok küçük bir kesrinde Evren (uzay boşluğu) ışıktan hızlı genişledi.

Böylece büyük patlamadan hemen sonra kuantum fiziğindeki Heisenberg’in belirsizlik ilkesi sebebiyle oluşan kuantum salınımlarına bağlı mikroskobik madde topakları balon gibi şişerek Evren’e dev lekeler halinde, ama ortalama eşit yoğunlukta dağıldı.

Şişme modeline göre bu kuantum salınımlarının torunları görünmez karanlık madde lekeleriydi ve galaksileri oluşturan bildiğimiz madde bu lekelerin içinde toplandı.

Nitekim bugün Evren’e 1 milyar ışık yılı ölçeğinde bakarsak bütün Evren’in örümcek ağına benzeyen ipliksi karanlık madde ağlarıyla kaplı olduğunu görüyoruz. Galaksiler de bu karanlık madde ağlarının üzerinde inci gibi diziliyor (çünkü karanlık madde normal maddeyi üstüne çekti).

İlgili yazı: Evren’in Celladı Büyük Yırtılma

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

LUX’un dışarıdan görünüşü.

 

PIDM’ler nasıl oluştu?

Karanlık maddenin Evren’e nasıl şekil verdiğine baktığımıza göre artık yeni karanlık madde adayı olan PIDM’lerin nasıl oluştuğuna geçebiliriz. Sandora, “Maddeyi Evren’e büyük ölçeklerde eşit miktarda dağıtan; yani bir anlamda Evren’in kumaşını ütüleyerek uzayı düzleştiren şişme sırasında, uzay boşluğu aniden soğudu” diyor.

Evren, sıcak yemek tabağını masada unutup beklettiğimiz için soğumadı tabii. Uzay aniden şişince madde ve enerji yoğunluğu azaldığı için soğudu. Ancak, Evren yeterince soğuyunca karanlık madde ve normal madde topakları oluştu. Bunlar kısa sürede uzayı aydınlatan ilk yıldızları ve ilk normal kara delikleri oluşturdular.

İlgili yazı: Evren’in En Hızlı Yıldızı

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Planck teleskopu Evren’in bebekliğinin fotoğrafını çekti. Resimde Evren 300 bin yaşındayken görülen kozmik mikro dalga arka plan ışınımı görülüyor. Küçük noktalar dev galaksi gruplarına karşılık geliyor. Eğri çizgi kuzey göğünü güney göğünden ayırıyor.

 

PDIM’ler daha önce ortaya çıktı

Sandora’ya göre PDIM’ler gerçekten varsa ilk kara deliklerden önce ortaya çıktılar ve bu durumda Evren’deki karanlık maddeye ait haritanın şekli değişik olmalı. Bunu da büyük patlamadan kalan ışığın kalıntısı olan kozmik mikro dalga arka plan ışımasına bakarak görebiliriz (PDIM karanlık madde teorisinde mikro kara deliklerin olmadığını hatırlayalım).

2013’te Planck uzay teleskopu en yeni haritayı çıkardı, ama fizikçiler henüz PDIM parçacıklarını tasarlamamıştı ve Planck gözlemevi Evren’in karanlık madde haritasında PDIM’lere bağlı küçük izleri görecek kadar hassas değildi. Yeni bir Planck’a ise 10 yıl var.

İlgili yazı: Yapay Kaslı İnsana Benzer Robot

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

 

Ama önce mikro kara delikler

Fizikçiler sabırlı insanlar. Evren’in sırlarını keşfetmek için yüzlerce yıl bekleyebilirler; ama bu boş oturacakları anlamına gelmiyor.

Mademki klasik WIMP karanlık madde parçacıklarını bulamadık ve mademki WIMP’lerin özel bir türü olan PDIM’leri bulmaya 20-30 yıl var, o sırada çok daha basit bir çözüme bakabiliriz. Karanlık maddeyi mikro kara deliklerle açıklayabiliriz. Şimdi buna bakalım:

NASA Goddard Uzay Uçuşları Merkezi’nden astrofizikçi Alexander Kashlinsky, önce çarpışan kara deliklere bağlı kütleçekim dalgalarını ilk kez gözlemleyen LIGO gözlemevi verilerine baktı. Bunlar çarpışan yıldız kütleli kara deliklerin beklenenden daha ağır olduğunu gösteriyordu.

Ardından, küçük kara deliklerin birleşmesiyle oluşan ve galaksilerin merkezinde yer alan süper kütleli kara deliklerin tahminlerden daha hızlı büyüdüğüne dair gözlemleri inceledi. Son olarak da bütün Evren’i kaplayan kozmik kızılötesi ve X-ışını arka plan ışımasının beklenenden daha parlak olduğuna dikkat etti.

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

LUX dedektörü bakıma alınırken.

 

Yeni karanlık madde

Bütün bunları bir araya getiren Kashlinsky, Evren’de sanılandan daha çok daha fazla kara delik olduğuna karar verdi. Ancak bunlar klasik kara delik olamazdı, çünkü bunların sayısını zaten biliyorduk; ama standart kara deliklerin beklenenden ağır olması ve daha hızlı büyümesini bir şekilde açıklamak gerekiyordu.

Böylece Kashlinsky Evren’de çok sayıda mikro kara delik olduğu sonucuna vardı.2 Bu teoriye göre yıldız kütleli kara delikler uzayda giderken mikro kara delikleri yutuyor ve hızla büyüyordu. Aynı sebeple yıldız kütleli kara deliklerin çarpışmasıyla oluşan süper kütleli kara delikler de daha hızlı büyüyordu.

Öyleyse Evren’deki karanlık maddenin asıl kaynağı WIMP ve DIMP gibi garip özelliklere sahip olan henüz gözlemlenmemiş egzotik parçacıklar değil de mikroskobik boyuttaki mikro kara delikler olabilirdi.

X-ışınlarının gücü adına

Nitekim Esra Bülbül ve ekibi Evren’i kaplayan X-ışını arka plan ışımasının beklenenden daha parlak olduğunu gösterdi ve bu da kara delik çarpışmalarının sanılandan daha sık gerçekleştiğine yönelik LIGO verileriyle uyuşuyor (çarpışan kara delikler X-ışınları üretiyor).

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Karanlık madde Abell galaksi gruplarını bir arada tutuyor.

 

Mikro kara delik mi, mini kara delik mi?

İşte orası fizikte biraz karışık. 🙂 Bu yüzden devam etmeden önce kısaca değinelim: Evren’in nasıl oluştuğunu açıklayan ve sicim teorisinden türetilen zar kozmolojisine göre Evren’de 3 uzay ve 1 zaman boyutu değil, 10 uzay ve 1 bir zaman boyutu var.

Ancak uzunluk, genişlik ve yükseklik dışındaki ekstra boyutlar göremeyeceğimiz kadar küçük. Yalnız ekstra boyutlar varsa Evren’de daha çok sayıda mikroskobik kara delik oluşabilir. Bu da yerçekiminin mikroskobik boyutlarda ne kadar güçlü olduğuna bağlı.

Kuantum fiziğini ve ekstra boyutları işin içine katmazsak mikro kara delikler ancak fizik yasalarının geçerli olduğu en küçük ölçekte, yani Planck ölçeğinde oluşabilir. Örneğin, proton ve elektron dediğimiz parçacıklar aslında mikro kara deliktir diyemeyiz.

Bunun sebebi bir cismin kara deliğe dönüşmesi için çok küçük bir noktaya çok fazla kütle toplanmış olması gerektiği. Proton ve elektronun kütlesi çapına göre onları mikro kara delik yapmaya yeterli değil. Ancak aşağıda göreceğimiz gibi; mikro kara delik yerine parmak, insan veya asteroit boyunda mini kara delikler olabilir.

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Karanlık madde varsa kozmik mikrodalga, kızılötesi ve X-ışını arka plan ışımasında izler bırakmalı. Solda galaksiler ve sağda Evren’in bebekliğinde bu galaksileri oluşturan nüvelerin kozmik mikrodalga arka plan ışımasındaki izleri.

 

CERN’de kara delik korkusu

Nedenine gelince: Zar kozmolojisinin dediği gibi uzayda mikroskobik ekstra boyutlar varsa işin rengi değişiyor; çünkü kütleçekim kuvveti bu boyutlardan geçerken mikroskobik ölçekte zayıflıyor.

Bu da Planck ölçeğinden daha büyük olan ve parçacık hızlandırıcılarda daha düşük enerji düzeylerinde üretilebilecek mikro kara deliklerin oluşmasına izin veriyor. 2012 yılında, “Fizikçiler LHC’nin gücünü artırınca yanlışlıkla mikro kara delik oluşturacak bu da dünyayı yutacak!” diyen sahte haberlerin çıkmasının sebebi buydu.

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Mikro kara delikler uzayda nerede gizleniyor? Resimde aktif bir kara delik kendini saran soğuk gaz bulutunun içine saklanmış. Işık saçmıyor ama merkezde henüz yutmadığı gaz gittikçe ısınıp ışık saçıyor.

 

Dünya’yı yutar mı?

İster atom boyunda olsun ister Planck ve isterse hücre boyunda, mikro kara delikler Dünya’yı yutmaz. Mikro kara delik yapıp Dünya’nın süper yoğun çekirdeğine koysanız bile yutmaz; çünkü yerçekimi iki cisim arasındaki uzaklığın karesi oranında azalıyor ve yerçekimi gücü de kara deliğin yüzey alanına bağlı.

Kısacası mikro kara delik ancak kendisine temas eden yakındaki birkaç atomu yutabilir ve bu sırada çok az büyüyebilir. Atomlar arasında bize göre küçük, ama atomlara göre büyük bir boşluk var. Bu yüzden mikro kara delik asla yakınında şişip bütün Dünya’yı yutacak kadar çok madde bulamaz.

İlgili yazı: 7 Adımda Yeni Tesla Yol Haritası

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Evren’i görünmez karanlık madde iplikleri sarıyor. Galaksi grupları bunların üzerine inci gibi diziliyor. Resimdeki küçük noktalar yıldız değil, her biri milyarlarca yıldız içeren binlerce galaksiden oluşan galaksi grupları.

 

Öyleyse kara delikler ne boy?

Karanlık maddeyi oluşturduğu düşünülen küçük kara deliklerin büyüklüğü nedir? Bunlar atom boyunda mikro kara delikler mi, adam boyunda mini kara delikler mi, yoksa asteroit boyundaki küçük kara delikler mi?

1) Teorik açıdan bakarsak fizik yasaları hepsine izin veriyor; ama elimizdeki teleskoplarla biz ancak mini ve küçük kara deliklerin maddeyi yutması, birbiriyle çarpışması veya Hawking radyasyonu ile zaman içinde buharlaşmasından kaynaklanan X-ışınlarını görebiliriz.

Bunun sebebine gelince: Bir kara delik ne kadar küçükse o kadar hızlı buharlaşıyor. Evren’in doğumunda Planck boyundaki mikro kara delikler oluştuysa bunlar çoktan buharlaştılar. O yüzden onları teoriye havale edip bugün teleskopla görebileceğimiz mikro kara deliklere bakalım.

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Evren’in doğumunda oluşan kara deliklerin çevresi neye benziyordu?

 

Bebek Evren’in sivilceleri

2) Büyük patlamadan hemen sonra ve şişmeden hemen önce Evren çok küçüktü ve içindeki madde ve enerji yoğunluğu çok yüksekti. Ancak, Evren’deki madde o küçük boyutta eşit olarak dağılmış olduğundan Evren’in tamamı hemen çöküp kara deliğe dönüşmedi.

Oysa küçük Evren’in daha da küçük bölgelerindeki madde yoğunluğu aşırı yüksek olabilir. Bu sebeple buralarda bizim bugün görebileceğimiz yerel mini ve küçük kara delikler oluşmuş olabilir. Şişmenin ardından Evren aşırı genişleyince bu ufak kara delikler uzayın her yerine yayıldı.

3) Kashlinsky, Esra Bülbül ve diğer astrofizikçilerin X-ışını gözlemlerine bakıp LIGO’nun kara delik çarpışması verilerini ekleyince; gökyüzündeki X-ışını kaynaklarının en az 5’te birinin Evren oluştuğu zaman ortaya çıkan ilkin kara delikler olduğuna karar verdi.

Bugüne dek mini veya küçük kara delik göremedik; ama X-ışını ve LIGO gözlemleri Güneş’ten 30 kat kütleli orta boy kara deliklerin sanılandan yaygın olduğunu gösteriyor (sık sık çarpıştıklarını görüyoruz!). Bunların bir kısmı Evren’in doğumunda, diğerleri ise küçük kara deliklerin çarpışmasıyla oluşmuş olabilir.

İlgili yazı: Atoma Veri Kaydeden Hard Disk

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

İlk kara delikler ilk yıldızlar önce oluştu.

 

Orta boy kara delikler neden yaygın?

Mikro kara deliklerin ve mini kara deliklerin Dünya’yı yutamayacağını söylemiştik. Bunlar varsa Güneş’ten 30 kat kütleli kara delikleri birleşerek değil de dolaylı yollardan yaratmış olmalılar; çünkü Kashlinsky’ye göre Evren’deki karanlık maddenin kaynağı henüz göremediğimiz bu kara delikler.

Başa dönecek olursak karanlık maddenin yerçekimi maddeyi kendine çekiyor. Bu madde yıldızları oluşturuyor. Yıldızların bir kısmı patlayıp kara deliklere dönüşüyor ve bunlar da karanlık maddenin çekim etkisiyle birbirine daha hızlı yaklaşıp daha sık çarpışarak 30 kat kütleli orta boy kara delikleri oluşturuyor.

Bunlar çarpışırken X-ışınları saçıyor ve LIGO’nun gözlemlediği kütleçekim dalgalarını oluşturuyor. Döngü böylece tamamlanıyor. Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki AMS deneyi ve Fermi Gama Işınları Uzay Teleskopu kara delik çarpışmalarından kalan radyasyonu ölçmeye devam ediyor.

Bunlar mikro ve mini kara deliklerin yol açtığı radyasyonu tek tek göremeyecek, ama orta boy kara deliklerin sayısını daha iyi ölçmemizi sağlayarak küçüklerin sayısını da tahmin etmemizi sağlayacaklar. Aynı zamanda genel radyasyon parlaklığı da küçük kara deliklerin uzaydaki dağılım haritasını çıkarmamızı sağlayacak.

İlgili yazı: Özgür İnternet için TOR’dan 10 Kat Hızlı Riffle

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Tüm galaksiler kendisinden birkaç kat büyük görünmez bir karanlık madde aylasının içinde yer alıyor. Resimde galaksimizin gama ışın kaynakları haritası görülüyor. Karanlık maddenin kaynağı olan mikro kara delikler bu ışın kaynaklarının 5’te birini oluşturuyor. Tabii teori doğruysa.

 

Yıldızlardan önce kara delikler vardı

Karanlık madde nedir sorusuna ister WIMP deyin, ister PDIM, ister mikro kara delik, Evren’de yıldızlardan önce kara delikler vardı; çünkü Evren ilk 500 milyon yılda yıldızların oluşamayacağı kadar sıcaktı. Gazlar sürekli genleştiği için çöküp yıldızları oluşturamıyordu.

Ancak karanlık madde sıcakta genişlemediği için topaklandı. Böylece mikro, mini ve küçük ölçekteki ilk kara delikleri oluşturdu. Bunların bir kısmı milyarlarca yıl önce buharlaştı ve izlerini gökyüzünü kızılötesi dalga boyunda tarayınca görebiliyoruz. Diğerleri ise daha yeni buharlaşarak X ve gama ışınları üretiyor.

İlgili yazı: Pokemon Go ile Nasıl Para Kazanırsınız?

karanlık_madde-kara_delik-kütleçekim_dalgaları-ligo-nasa

Isıya duyarlı Öklit kızılötesi uzay teleskopu, Evren’in doğumunda oluşan ve milyarlarca yıl önce buharlaşan kara deliklerden kalma termal izleri arayacak.

 

Son kararın

Kashlinsky, “Gelecekteki LIGO gözlemleri Dünya’nın içinden geçen mini kara deliklerin ürettiği ses dalgalarını tespit edebilir” diyor. Her durumda radyasyon ve yerçekimi gözlemleri uzaydaki kara delik çarpışma sıklığını ölçmemizi sağlayacak. Bu da karanlık madde mikro kara delik mi sorusunu yanıtlamayı sağlayacak.

Ancak, 30 Güneş kütleli kara delikler, mini kara delikler yerine kendi aralarında çarpışan normal kara deliklerden de oluşmuş olabilir. Bu sebeple “karanlık madde mikro kara deliktir” teorisini kanıtlamanın tek yolu Evren’in doğumunda oluşan, ama milyarlarca yıl önce buharlaşan kara deliklerin izini görmek.

2020 yılında Avrupa Uzay Dairesi (ESA) uzaya Öklit uydusunu gönderecek. LIBRAE projesi kapsamındaki bu uzay teleskopu gökyüzünün kızılötesi dalga boyundaki en detaylı haritasını çıkaracak. Biz de eski mikro kara deliklerin izini (varsa) bu haritada görecek ve karanlık madde nedir sorusuna cevap bulacağız.

Çarpışan kara delik simülasyonu

1http://luxdarkmatter.org/
2Ligo Gravitational Wave Detection, Primordial Black Holes, And The Near-IR Cosmic Infrared Background Anisotropies

2 Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*