Kara Delikten Karanlık Madde Olur mu?
Galaksilerdeki yıldızları bir arada tutan ek yerçekimini sağlayan görünmez maddeye karanlık madde diyoruz. Peki karanlık madde kara delikten oluşuyor olabilir mi? Sonuçta evrende eksik bir şeyler var ve evdeki hesap çarşıya uymuyor. Galaksilerdeki yıldızlar galaktik merkezdeki süper kütleli kara deliğin etrafında kütlesine göre çok hızlı dönüyor. Yıldızlarla bulutsular gibi görünen maddenin yerçekimi yetersiz kaldığı için yıldızların galaksiden kopup uzayın derinliklerine savrulması gerekiyor ama karanlık maddenin ek yerçekimi galaksileri derli toplu tutuyor. Peki karanlık madde nedir?
Kara delikten karanlık maddeye
Karanlık maddeyle ilgili iki büyük sorumuz var: 1) Var olduğunu biliyoruz ama 2) Ne olduğunu bilmiyoruz ve ne olduğunu bir türlü bulamıyoruz. Zayıf etkileşen cüsseli parçacıklardan (WIMP) tutun da Axionlar ve steril nötrinoya kadar birçok teorik karanlık madde adayı var fakat hiçbirini bulamadık. O zaman da astrofizikçiler yoksa kara delikler karanlık madde olmasın diye düşünmeye başladı.
Bu 50 yıllık bir fikir ve son 10 yılda defalarca popüler olup gözden düştü. Peki son durum nedir? Kara delikten karanlık madde olur mu? Astrofizikteki son gözlemler ışığında bu tartışmaya son noktayı koymak istiyorum. Haydi karanlık uzayı bilimin mum ışığıyla aydınlatalım:
İlgili yazı: Dört Temel Fizik Kuvveti Nedir ve Nasıl Çalışır?
Kara delikten çare ummak
Evrendeki hesap çarşıya uymuyor. Sadece galaksilerdeki yıldızların kütlesinin onları bir arada tutmaya yeterli olmaması değil sorun… Standart modele göre evrende ne kadar madde olması gerektiğini de hesaplıyoruz ki gözlemler doğru hesapladığımızı gösteriyor. Öte yandan süper galaksi kümelerinin büyüklüğü ve uzaydaki hızına, aynı zamanda galaksilerin nasıl çarpıştığına baktığımızda evrendeki kütlenin görebildiğimiz kütlenin 6 katı olduğunu fark ediyoruz! İşte bunun sebebi karanlık maddedir.
Evrenin yüzde 68’i karanlık enerji, yüzde 27’si karanlık madde ve sadece yüzde 5’i, aslında ondan azı bildiğimiz normal maddeden oluşuyor. Karanlık maddenin kara deliklerden oluştuğunu göstermek içinse evrendeki madde yoğunluğuna, yani kütlenin uzaydaki dağılımına bakmamız lazım (galaksiler uzayda iç içe geçmiş ağsı halkalar halinde yer alır. Bu ne demek derseniz sizi büyük patlamadan kalan ses dalgalarına alalım). Peki uzaydaki madde ve galaksilerin dağılımını nasıl ölçüyoruz?
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Madde dağılımını 4 şekilde ölçeriz
- Büyük patlamanın ışığından kozmik mikrodalga artalan ışıması (CMB) haritasına bakarsınız. Buradaki mavi benekler düşük madde yoğunluklu soğuk bölgeleri ve kırmızı-sarı benekler de çok sayıda galaksi içeren yüksek yoğunluklu sıcak bölgeleri gösterir. CMB üzerindeki madde yoğunluğunu standart modelde öngörülen normal maddeyle karşılaştırarak karanlık madde oranını hesaplarız.
- Süper galaksi kümeleri ve daha küçük kümelerin dağılımına teleskopla bakarsanız. Bunların ağsı şekillerini inceleyip normal madde kütlesiyle karşılaştırarak karanlık maddenin uzayda nasıl toplandığını görürsünüz: Karanlık madde uzaya örümcek ağı gibi dağılmıştır ve galaksiler de bu ağın düğümlerinde toplanan görünmez karanlık madde bulutlarının içinde su buharı gibi damlacıklar halinde yoğuşur. Karanlık madde ipliklerine inci taneleri gibi dizilir.
- Biraz şiirsel anlattım ama şaşırmamak lazım: Karanlık maddenin toplam yerçekimi maddeden 5,4 kat fazladır. Galaksilerin dev karanlık madde öbeklerinin yerçekimine kapılarak toplanan gaz bulutlarından oluştuğunu biliyoruz.
- Karanlık madde gözetlemenin daha eğlenceli bir yolu var: Uzak galaksilere bakar ve yerçekimi merceği etkisini gözlemlersiniz. Kütle uzayı ve ışığı büker. Bu nedenle yerçekimi mercek gibi davranarak uzaktaki galaksilerin ışığını odaklayıp göremeyeceğimiz kadar uzaktaki galaksileri görmemizi sağlayabilir. Bunu genellikle galaksilerle aramıza giren bir kara delik yapar ama boş uzayda bile oluyorsa görünmez karanlık maddenin yerçekimi ışığı büküyor deriz.
İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler
Kara delikten maddeye geçiş
Karanlık madde ile göremediğimiz maddeyi ayırt etmeye de çalışırız. Örneğin nötron yıldızları ve beyaz cüceler çok soluktur. Bunları görmekten çok yerçekimini hissederiz. Keza gaz ve toz bulutlarının yıldız ışığını gölgelediğine dikkat ederiz. Gezegen ve asteroitler gibi ışık saçmayan gökcisimlerini hesaba katarız. Astrofizikten yola çıkarak galaksilerdeki maddenin ne kadarının yıldız ve ne kadarının gezegen olduğunu hesaplarız. Hatta geçenlerde kayıp normal maddeyi bile bulduk (üçte biri kayıptı).
Sonuç olarak evrendeki madde ve karanlık madde miktarından pek eminiz. Şimdi bunları sıraya koymak lazım. Özellikle de normal maddeden oluşan yıldızlar ve galaksiler arası nötr/iyonize gazı hesaba katarak… Bütün bunlara rağmen evrendeki madde oranını yüzde 5’in üzerine çıkaramadığımız için karanlık maddeyi ciddiye almamız gerekiyor. Bu arada bir de soğuk ve sıcak karanlık madde ayrımı var. Bunların detaylarını yukarıda verdiğim linklerde bulabilirsiniz ama özetle:
Karanlık maddenin kaynağı çok az kütleye sahip standart nötrinolar ve büyük patlamadan kalma hızlı hareket eden hafif parçacıklar olamaz. Bunlar sıcak karanlık madde teorilerini oluşturur ama karanlık madde sıcak olsaydı galaksilerin ve galaksi kümelerinin şekliyle dağılımını etkilerdi. Karanlık madde soğuk ve maddeden 5,4 kat bol olmalı.
Ayrıca bir ipucu daha var: Karanlık madde yoğunluğunu CMB’de görebiliyoruz. Demek ki büyük patlama sırasında oluştu ve bu da ne olabileceğini sınırlıyor. O zaman karanlık madde kara deliklerden oluşuyor olabilir mi? Ne de olsa bunlar:
- Karanlıktır. 😊
- Işık saçmaz.
- Güçlü yerçekimi yaratır.
- Üstelik var olduklarını biliyoruz!
Şimdi karanlık madde = kara delik teorisi doğru mu, görelim.
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Kara delikten evrenin kütlesine
Evrenin on binde 7’si kara deliklerden oluşuyor. buna yıldız kütleli (2,6 – 1000 Güneş kütlesi), orta boy (100-100 bin Güneş kütlesi), süper kütleli (100 bin – 20 milyar Güneş kütlesi) ve hiper kütleli kara delikler dahildir (+20 milyar Güneş kütlesi). Ancak, süper kütleli kara deliklerin çarpışan kara delikler yazısında anlattığım sebeple galaktik merkezlere çöktüğünü biliyoruz. Bu da süper kütleli kara deliklerin nadir ve yıldız kütleli kara deliklerin çok yaygın olduğunu gösteriyor (evren yaşlandıkça bu değişecek).
Bu detay ne anlama geliyor derseniz: Uzaydaki kara deliklerin kütlesine göre oranı ve dağılımını biliyoruz. Karanlık maddenin kütlesi ve dağılımını da biliyoruz. Karanlık madde kara deliklerden oluşuyorsa bu oranlar uyuşmak zorunda. İşte ilk iki sıkıntı burada çıkıyor:
1) Karanlık madde uzaya geniş ve seyrek olarak dağılmıştır. Kara delikler ise genellikle galaksilerin içinde ve merkezde bulunuyor. 2) Karanlık madde kara delik gibi noktasal yerçekimi üretemez, yoksa bütün galaksi kümeleri merkezde oluşan muazzam karanlık madde kara deliklerinin içine düşerek yok olurdu. Bu nedenle yıldız kütleli, orta boy, süper ve hiper kütleli kara delikler karanlık madde olamaz.
Peki geriye ne kaldı? İlkin kara delikler: Bunlar büyük patlamada evren çok küçük ve yoğunken madde kabarcıklarının çökmesiyle oluşan küçük kara deliklerdir. Bugün varsa mikroskobik olamazlar; çünkü mikroskobik kara delikler anında buharlaşır. Mikro kara delikler daha büyük olmalıdır ve yeni buharlaşıyor olmaları gerekir (0,25 mm çap ve Ay kütlesindeki mikro kara delikler). Peki CMB’de madde yoğunluğunun yüksek olduğu yerleri gösteren benekler mikro kara delik oluşturacak kadar yoğun mu?
İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu
Kara delik gerçeği
Öncelikle CMB evren 380 bin yaşındayken uzaya yayılan ama büyük patlamadan kalan ışıktır ve evrenin 1 aylık halini gösterir. CMB üzerindeki bir beneğin (aslında milyonlarca ışık yılı çapında bir bölgenin) bol miktarda mikro kara delik üretebilmesi için civar uzaydan sadece yüzde 68 daha yoğun olması yeterlidir. Mikro kara delikler böyle oluştuysa evrendeki karanlık madde dağılımını açıklayabilir.
Üstelik galaksilerin bugün görülen dağılımını da değiştirmez ve karanlık madde kara delikse yerçekimi mercek etkisi gibi yöntemlerle bunu ayırt edemeyiz. Karanlık madde parçacıklarından ve kara deliklerden oluşan evren birbirine çok benzeyecektir.
Ancak, karanlık maddenin kara delik olmadığını biliyoruz; çünkü CMB üzerinde gökyüzünü gözlemlenebilir evrenin tamamından 1 açı saniyesinin binde 7’sine kadar yüksek kesinlikle ölçebiliyoruz. CMB üzerindeki yoğunluk farkları sadece 30 binde 1 çıkıyor, yüzde 68 değil. Bu da büyük patlama anında karanlık madde olacak kadar çok sayıda mikro kara delik oluşmadığını gösteriyor.
Peki karanlık madde bizden önce var olan bir evrenden kalan öncel mikro kara delikler olabilir mi? Onu da şimdi görebilir ve yerçekimini taşıyan teorik graviton parçacığının kütleli olduğunu söyleyen cüsseli yerçekimi teorisine hemen bakabilirsiniz. Holografik ilke bağlamında evren 2B hologram mı diye sorarak uzayda gizlenen 7 ekstra boyutu arayabilirsiniz. Bilimle dolu muhteşem bir hafta olsun.
Mikro kara delikler
1Observational Aspect of Black Hole Dark Matter
2Quantum Gravity Effects On Charged Micro Black Holes Thermodynamics
3Nature of Microscopic Black Holes and Gravity in Theories with Particle Species
