Yerçekimi dalgalarının mikro merceklenmesi. Kredi: Roshni Samuel / Parameswaran Ajith / ICTS
Modern kozmolojideki en büyük bilmecelerden biri, evrendeki maddenin çoğunu oluşturan karanlık maddenin varlığıdır. Uluslararası bir bilim adamları ekibi tarafından yapılan son araştırmalar, karanlık maddenin doğasını araştırmak için yerçekimi dalgalarını kullandı. Bu çalışma yakın zamanda şurada yayınlandı: Astrofizik Dergi Mektupları.
Karanlık madde
Birkaç astronomik gözlem, geleneksel madde ile yalnızca yerçekimi yoluyla etkileşime giren karanlık maddenin varlığını ortaya koydu. Karanlık madde herhangi bir ışık yaymaz ve bu nedenle bir doğrudan astronomik gözlem. Galaksiler, bizimki de dahil Samanyoluboyutları görünür galaksiden çok daha fazla uzanan bir karanlık madde halesi ile çevrilidir.
Parçacık Fiziğinin Standart Modeli, tüm normal maddeyi oluşturan tüm temel parçacıkları tanımlar. Standart Model tarafından tanımlanmayan parçacıklar evrende var olabilir ve karanlık madde oluşturabilir. Birkaç büyük deney, son birkaç on yılda bu tür zor parçacıkları tespit etmeye çalışıyor, ancak başarılı olamadı.
Başka bir olasılık da, karanlık maddenin çok sayıda büyük ve kompakt nesne içermesidir; ilkel kara delikler. Bu tür kara delikler, gökbilimcilerin tipik olarak gözlemlediği, büyük kütleli yıldızların ölümüyle oluşan kara deliklerden farklıdır. İlkel kara delikler erken evrende oluşur ve çeşitli kütlelerde var olabilir. Asteroitler kadar hafif olabilirler veya trilyonlarca güneş kütlesi ağırlığında olabilirler.
Ancak astronomlar,‘t ilkel kara deliklerin kesin bir tespitini yaptı. Ayrıca, çeşitli astronomik gözlemler, ilkel kara deliklerin bolluğunu sınırladı. Örneğin, bu tür kara delikler uzak yıldızlardan gelen ışığı bükebilir; denilen bir fenomen yerçekimi mikro mercekleme. Şimdiye kadar, bilim adamları, kapsamlı araştırmalara rağmen, bu tür kara delikler tarafından üretilen mikro merceklenmeyi gözlemlemede başarısız oldular. Bu, yıldız ışığının mikro merceklenmesine neden olabilecek Güneş’ten çok daha hafif kara deliklerin nadir olduğu anlamına gelir. Var olsalar bile, karanlık maddenin sadece çok küçük bir kısmını oluştururlar. Bununla birlikte, başka kütlelerin karadeliklerinin karanlık maddeye katkıda bulunması oldukça olasıdır.
Yeni bir karanlık madde sondası olarak yerçekimi dalgalarının mikro merceklenmesi
Son gözlemler yerçekimi dalgaları astronomlara evreni gözlemlemenin yeni bir yolunu sağladılar. Yerçekimi dalgaları, ışık hızıyla hareket eden uzay-zamandaki dalgalanmalardır. ABD ve İtalya’da bulunan gözlemevleri LIGO ve Virgo, son birkaç yılda yaklaşık yüz yerçekimi dalgası sinyali gözlemledi.
Einstein’a göre‘Teoriye göre, yerçekimi dalgaları, kaynak ve gözlemci arasındaki büyük nesneler tarafından da bükülür. Karanlık maddenin önemli bir kısmı kara delikler şeklindeyse, gözlemlenen sinyallerde mikro mercekleme etkilerine neden olmaları gerekir. Mikro mercekleme, yerçekimi dalgalarını bilim adamlarının tam olarak hesaplayabileceği şekilde bozacaktır. Ancak uluslararası ekip tarafından gözlemlenen sinyallerde böyle bir bozulma gözlemlemedi. LİGO ve Başak.
Mevcut çalışma, karanlık maddenin hangi bölümünün kara delikler şeklinde olabileceğini değerlendirmek için yerçekimi dalgası sinyallerinde bu tür merceklenme etkilerinin gözlemlenmemesini kullanıyor. Kütleçekimsel dalgaların mikro merceklenmesine neden olan kara delikler, ışığın mikro merceklenmesine neden olanlardan çok daha büyüktür. Bilim adamları, karanlık maddenin sadece yarısından azının, 100 ila 100.000 güneş kütlesi kütle aralığında kara delikler şeklinde olabileceği sonucuna varıyorlar. Bu bir üst sınırdır; gerçek kesir çok daha küçük olabilir.
Gelecek gözlemler
Kütleçekimsel dalga mercekleme gözlemlerinden gelen mevcut kısıtlamalar, diğer astronomik ölçümlerden elde edilenlerle karşılaştırıldığında o kadar sıkı değildir. gibi diğer gözlemler kozmik mikrodalga arka plan, bize böyle devasa ilkel kara deliklerin karanlık maddenin sadece çok daha küçük bir kısmına katkıda bulunabileceğini söyleyin. Ancak bilim insanlarının bu yöntem hakkında heyecan duymasının iki nedeni var. İlk olarak, her gözlem kendi hatalarıyla gelir; bilim insanlarının farklı gözlemler ve deneyler kullanarak aynı sonuçlara varması önemlidir. İkincisi, yerçekimi dalgası gözlemleri yakın gelecekte çok daha iyi kısıtlamalar sağlayabilecek.
Önümüzdeki birkaç yıl içinde, LIGO ve Virgo, KAGRA ve LIGO-Hindistan gibi yaklaşmakta olan dedektörlerle birlikte binlerce yerçekimi dalgası sinyalini gözlemleyecek. Bilim adamları bu kütleçekimsel dalga sinyallerinde herhangi bir mikro merceklenme izi gözlemlemezlerse, karanlık maddenin yalnızca çok küçük bir bölümünün bu tür ağır kara delikler biçiminde olabileceği sonucuna varabilecekler. Öte yandan, yerçekimi dalgası sinyallerinin iyi bir kısmı merceklenme imzaları içeriyorsa, bu, çok aranan ilkel kara deliklerin dumanı tüten bir silah kanıtı olacaktır. Her iki durumda da, yerçekimi dalgalarının mikro merceklenmesi, karanlık maddenin doğasını araştırmak için benzersiz bir yol sunar.
Referans: S. Basak, A. Ganguly, K. Haris, S. Kapadia, AK Mehta ve P. Ajith, 21 Şubat 2022, “Yerçekimi Dalgası Mikro Merceklemeden Kompakt Karanlık Madde Üzerindeki Kısıtlamalar”, Astrofizik Dergi Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac4dfa