Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu nihayet bize ilkel kara deliklerin var olup olmadığını söyleyebildi

Evren, Büyük Patlama ile ortaya çıktığında, içindeki tüm maddeler küçücük bir alana sıkıştırılmıştı. Kozmologlar, bazı bölgelerde atom altı maddenin o kadar sıkı bir şekilde paketlenmiş olabileceğini ve maddenin ilkel kara deliklere çökebileceğini teorileştiriyor. Eğer bu ilkel kara delikler mevcutsa, bunlar küçüktür ve serbestçe yüzen gezegenlerin popülasyonu arasında saklanıyor olabilirler.

Kara delikler doğanın en kafa karıştırıcı nesneleridir. Einstein’ın görelilik teorisi bunların varlığını öngörüyordu ancak kara deliklerin gerçekten oluşabileceği konusunda aynı fikirde değildi. Diğer bilim insanları denklemler üzerinde çalıştıkça sonunda kara deliklerin var olabileceğini gösterdiler.

Artık öyle olduklarını biliyoruz ve o kadar yoğun olduklarını biliyoruz ki uzay-zamanı büküyorlar ve her şeyi kendilerine doğru çekiyorlar. Işık bile kaçamaz.

Araştırmacılar kara deliklerin aile ağacını ortaya çıkarmaya çalışıyor. Bazı büyük yıldızların yaşamlarının sonuna doğru kendi üzerine çökeceğini ve yıldız kütleli kara delikler oluşturacağını biliyorlar. Samanyolu gibi büyük galaksilerin kalbinde süper kütleli kara deliklerin (SMBH’ler) bulunduğunu biliyorlar. Daha küçük yıldız kütleli kara delikler ile devasa SMBH’ler arasında yer alan orta kütleli kara deliklere (IMBH’ler) ilişkin kanıtlar da artıyor.

Peki ya ilksel kara delikler (PBH’ler)? Eğer varsalar, ilk yıldızın hayata geçmesinden çok önce oluşmuşlardır. Teoriye göre herhangi bir boyutta olabilirler ve galaksi oluşumunda rol oynamış olabilirler. Kara deliklerin nasıl bu kadar büyük hale geldiğini anlama mücadelesinde PBH’ler önemli bir boşluğu doldurabilir. Ayrıca, eğer varsalar, bunların karanlık maddenin bileşenleri olabileceğine dair ümit verici göstergeler de mevcut.

Yeni araştırma, NASA’nın Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu’nun PBH’leri nasıl bulabileceğini gösteriyor. Düşük kütleli nesnelerden oluşan gizemli bir popülasyonun arasında saklanıyor olabilirler. Nesneler, başıboş gezegenler olarak da adlandırılan serbest yüzen gezegenler (FFP’ler) olabilir veya PBH’ler olabilir ve yakında çıkacak olan uzay teleskopu onları bulma gücüne sahip olabilir.

Kağıt, “Haydut dünyalar karanlık tarafla buluşuyor: Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu ile karasal kütleli ilkel kara delikleri ortaya çıkarmak,” ön baskı sunucusunda yayınlandı arXiv. Baş yazar, UC Santa Cruz Fizik Bölümü’nden William DeRocco’dur.

Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu birkaç yıl içinde fırlatıldığında güçlü bir kızılötesi teleskop olacak. Gözlem menüsünde karanlık enerjiyi, göreliliği ve uzay-zamanın eğriliğini ölçmek gibi bazı büyük astrofiziksel yemekler var. Ayrıca herhangi bir yıldıza bağlı olmayan, Mars kadar küçük, düşük kütleli nesneleri de arayacak. Bunu yaparken ilkel kara deliklere ışık tutabilir.

Bu düşük kütleli nesneleri aramak ve bunların FFP mi yoksa PBH mi olduğunu belirlemek için Roma Uzay Teleskobu’nun yardıma ihtiyacı var. Bu bulunması zor nesneleri gökyüzünde aramak için yerçekimsel mikro merceklemeyi kullanacak. Tek bir atom altı parçacık kadar küçükten küçük bir gezegen kadar büyük bir boyuta kadar herhangi bir boyutta olabilirler.

Yazarlar makalelerinde “Kütleçekimsel mikromercekleme, ışıklı olmayan astrofiziksel cisimleri gözlemlemek için en güçlü gözlem tekniklerinden biridir” diye yazıyorlar. “Mevcut mikro mercekleme gözlemleri, kökeni bilinmeyen düşük kütleli nesnelerden oluşan bir popülasyonun cesaret verici kanıtlarını sağlıyor.”

Soru şu: Bu kafa karıştırıcı nesneler başıboş gezegenler mi? Yoksa onlar PBH’ler mi?

Bu nesneleri gözlemlemeye çalışmanın sorunu, bunların tek tek yeterince iyi çözülememesidir. Bunun yerine istatistiksel olarak ortaya çıkarılmaları gerekiyor ve bu da onlarla ilgili geniş bir araştırmaya ihtiyacımız olduğu anlamına geliyor.

“Ancak, indüklenen ışık eğrisi aynı kütleye sahip mercek cisimleri için dejenere olduğundan, bu nesnelerin doğası olay bazında çözülemez. Bunun yerine merceklenmenin doğasını belirlemek için merceklenme olaylarının dağılımlarını istatistiksel olarak karşılaştırmak gerekir. nüfus” diye yazıyor yazarlar.

Roma Uzay Teleskobu’nun 2027 yılında fırlatılması planlandıktan sonra pek çok şey yapılacak. Temel gözlem programlarından biri doğrudan bu düşük kütleli astrofiziksel nesneleri hedef alıyor. Buna Galaktik Bulge Zaman Alanı Araştırması deniyor.

Bu araştırma galaktik çıkıntıdaki yıldız yoğunluğuna dayanıyor. Çıkıntıya doğru hem yıldız mercekleri hem de kaynaklar yüksek yoğunlukta bulunuyor ve Roma Teleskobu bu yoğun bölgeleri Geniş Alan Aracı (WFI) ile tekrar tekrar inceleyecek.

Yeni makalenin arkasındaki araştırma ekibi, araştırmanın bu düşük kütleli nesnelere ilişkin anlayışımızı değiştirme potansiyeline sahip olduğunu söylüyor. “Özetle, sonuçlarımız, Roman’ın tespit eşiği ve FFP’lerin altında yatan arka plan hakkındaki muhafazakar varsayımlar altında bile Galaktik Bulge Zaman Alanı Araştırması’nın, parametre uzayının yeni bölgelerindeki PBH popülasyonunu tespit etmede oldukça hassas olacağını gösteriyor.”

“Bu nedenle Roman, yalnızca FFP kütle dağılımının ilk kesin ölçümlerini yapmakla kalmayıp, muhtemelen bunun içinde yer alan PBH’lerin bir alt popülasyonunu da ortaya çıkarmaya hazırlanıyor” diye sonuçlandırıyorlar.

Modern uzay bilimindeki çağı tanımlayan iki soru, karanlık enerji ve karanlık maddeyle ilgilidir. Karanlık enerji, evrenin genişlemesini sağlayan güce verilen addır. Karanlık madde, evrene şeklini veren, galaksiler ve galaksi kümeleri gibi büyük ölçekli yapısını düzenleyen, gözle görülmeyen kütleye verilen isimdir. Ancak karanlık maddenin ne olduğunu hâlâ bilmiyoruz.

İlkel kara delikler, karanlık maddenin önde gelen adaylarından biridir. Eğer PBH’ler evrendeki karanlık maddenin tamamını veya önemli bir kısmını oluşturuyorsa, bu evrenin büyük ölçekli yapısını açıklıyor. Ayrıca sıradan maddeyle açıklanamayan bazı yerçekimsel merceklenmeleri de açıklayabilirler. PBH’lerin karanlık madde olduğuna dair kanıtlar kesin olmaktan uzak, ancak bazı bilim adamları bunların evrenin karanlık maddesinin tamamını veya bir kısmını oluşturduğunu iddia ediyor.

Yazarlar, “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 açıklıyor. Ellerindeki bu anket verileriyle bilim insanları karanlık madde sorusunda gerçek bir ilerleme kaydetmeye ve evrenin en derin gizemlerini çözmeye hazır olabilirler.

Ancak birkaç yıl beklememiz gerekecek.