Atom büyüklüğündeki ilkel kara delikleri nasıl tespit edebiliriz?

En ilginç tahminlerden biri Einstein’ın genel görelilik teorisi kara deliklerin varlığıdır: yerçekimi alanları o kadar güçlü olan astronomik nesneler ki ışık bile onlardan kaçamaz.

Yeterince büyük bir yıldızın yakıtı bittiğinde patlar ve kalan çekirdek çökerek bir yıldızın oluşmasına yol açar. yıldız kara delik (3 ila 100 güneş kütlesi arasında değişen).

Çoğu galaksinin merkezinde süper kütleli kara delikler de bulunur. Bunlar, güneşimizden yüz bin ila on milyar kat daha fazla kütle içeren en büyük kara delik türüdür.

Gökbilimciler şimdiye kadar iki süper kütleli kara deliğin görüntülerini yakaladılar: biri galaksi M87’nin merkezinde ve en yakın tarihlisi Samanyolu’muzda (Yay A*).

Bu animasyon, bu iki dev arasındaki bir boyut karşılaştırmasını gösterir:

Ancak başka türde bir kara deliğin var olduğuna inanılıyor. ilkel veya ilkel kara delik (PBH’ler). Bunlar, erken evrende son derece yoğun bölgelerin yerçekimsel çöküşüyle ​​oluşan diğer kara deliklerden farklı bir kökene sahiptir.

Teorik olarak, bu ilkel kara delikler herhangi bir kütleye sahip olabilir ve boyutları atom altı bir parçacıktan birkaç yüz kilometreye kadar değişebilir. Örneğin, Everest Dağı’na eşdeğer bir kütleye sahip bir PBH, bir atomun boyutuna sahip olabilir.

Bu küçük kara delikler, büyük muadillerinden daha hızlı bir oranda kütle kaybederler ve sözde yayarlar. Hawking radyasyonusonunda buharlaşana kadar.

Şimdiye kadar, gökbilimciler PBH’leri gözlemleyemediler. Bu, devam eden bir araştırma konusudur çünkü bu ultra-kompakt nesnelerin uzun süredir arananların bir parçası olabileceği varsayılmaktadır. evrenin karanlık maddesi.

Atom büyüklüğündeki ilkel karadelikleri tespit etmek için alternatif bir senaryo önerilmiştir. son yayın. Bu araştırmada, bu küçük karadeliklerden biri ile evrendeki en yoğun nesnelerden biri (bir nötron yıldızı) arasındaki etkileşimin karakteristik sinyali inceleniyor.

Bu yeni astrofiziksel modele geçmeden önce, bu büyüleyici yıldızların temel özelliklerini yorumlayalım.

Evrendeki en yoğun nesnelerden biri

Daha önce bahsedildiği gibi, büyük kütleli bir yıldızın yakıtı bittiğinde patlar ve çekirdeği çökerek bir yıldız karadeliği oluşturur. Bunun her senaryoda böyle olmadığı vurgulanmalıdır: örneğin, çökmekte olan çekirdek yaklaşık üç güneş kütlesinden daha az kütleye sahipse, bir nötron yıldızı oluşturulmuş.

Bunlar çok küçük ve son derece yoğun nesnelerdir. Örneğin, yalnızca 20 kilometre çapında (Manhattan adası büyüklüğünde) bir küreye sıkıştırılmış 1,5 güneş kütlesine sahip bir yıldız düşünün.

Bir nötron yıldızının yoğunluğu son derece yüksektir: bir çorba kaşığı yıldız malzemesi milyonlarca ton ağırlığındadır!

En genç nötron yıldızları, adı verilen bir alt sınıfa aittir. pulsarlar son derece yüksek hızlarda dönen (bir mutfak blenderinden bile daha hızlı). Bu pulsarlar, periyodik olarak Dünya’ya ulaşan dar ışınlar şeklinde radyasyon yayarlar.

Zamanla, bu nesneler soğur ve dönme hızlarını kaybeder, tespit edilmesi zordur (yalnızca en enerjik pulsarlar gözlemlenmiştir).

Atom boyutunda bir PBH’nin bir nötron yıldızı ile etkileşimi

İlkel kara delikler, karanlık madde konsantrasyonunun oldukça yüksek olduğu galaktik bölgelerde bulunabilir. Böylece Evrende dolaşabilirler (farklı hızlarda ve yönlerde hareket ederek) ve sonunda diğer astronomik nesnelerle (kara delikler veya nötron yıldızları gibi) etkileşime girebilirler.

Bu anlamda, atom büyüklüğündeki bir PBH, eski bir nötron yıldızıyla karşılaşabilir (sıcaklığı oldukça düşüktür ve neredeyse tüm dönme hızını kaybetmiştir). Buna göre bu son araştırma, bu karşılaşmaların sıklığı yılda 20 olay olacaktır. Bununla birlikte, bu etkileşimlerin çoğunu gözlemlemek zor olacaktır (çok büyük mesafeler ve Dünya’dan uygun bir yönelim nedeniyle).

İki olası senaryo göz önünde bulundurulur: birincisi, PBH nötron yıldızı tarafından yakalandığında ve ikincisi, küçücük karadelik uzun mesafelerden gelip NS etrafında dönüp tekrar “sonsuzluğa” hareket ettiğinde (yani, bir saçılma) etkinlik). Spesifik yörüngeye (yakalama veya saçılma) bağlı olarak, karakteristik ve benzersiz bir sinyal üretilir.

Aşağıdaki animasyonda, saçılma olayının ayrıntılı bir açıklaması gösterilmektedir:

Yukarıda belirtilen sinyale denir gama ışını patlaması (GRB), muhtemelen Evrendeki en enerjik olaylardan biridir.

Belirli bir GRB türü

Bu yüksek enerjili geçici emisyonlar milisaniyelerden birkaç saate kadar sürer ve kaynakları Dünya’dan milyarlarca ışıkyılı uzaklıkta bulunur. Çok dar ışınlar halinde büyük miktarda enerji açığa çıkar.

Daha kısa GRB’ler, nötron yıldızlarının veya kara deliklerin birleşmesinden kaynaklanırken, daha uzun patlamaların kaynağı, büyük kütleli yıldızların (sözde) ölümüdür. süpernova).

Bizim özel durumumuzda, GRB’nin süresi yaklaşık 35 saniyedir ve çok özel bir koşul vardır: düzgün ve sürekli bir emisyon, ardından saniyenin sadece birkaç yüzde biri kadar bir sürede ani ve hızlı bir düşüş.

Atom boyutunda PBH tespiti: imkansız bir görev mi?

Böylesine küçük karadelikleri aramanın karmaşıklığı göz önüne alındığında, bu, yanıtlaması kolay bir soru değil.

Bununla birlikte, eğer böyle özel bir GRB modern teleskoplarla ölçülürse (ve bu araştırmada bildirilen özel imzayla eşleşirse), erken Evren’de eski bir PBH-nötron yıldızı etkileşiminin meydana geldiği ileri sürülebilir.

Başka bir deyişle, Stephen Hawking’in temel tahminlerinden biri olan bu tür düşük kütleli ilkel kara deliklerin deneysel kanıtlarını sağlayacaktır.

Kolay bir iş olmayacak (belki bu tür GRB’ler hiçbir zaman bulunamayabilir), ancak böyle bir olasılığı tamamen göz ardı edemeyiz: bunu yalnızca zaman gösterecek.

Bu makale şu adresten yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak orijinal makale.