Yaklaşan Roma Uzay Teleskobu, mevcut kara delik oluşumu teorilerine meydan okuyan yeni bir “tüy kadar hafif” kara delik sınıfını ortaya çıkarabilir. Dünya kütlesindeki bu kara delikler bulunursa, evrenin erken dönemleri ve karanlık maddenin doğası hakkındaki bilgilerimiz açısından önemli sonuçlar doğurabilir. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi
NASANancy Grace’in Roma Uzay Teleskobu Dünya’nınkine benzer kütlelere sahip, daha önce tespit edilmemiş “tüy ağırlığı” kara delikleri ortaya çıkarabilir. Evrenin erken dönemlerinde oluşan bu ilkel kara delikler, astronomi ve parçacık fiziği anlayışımızı önemli ölçüde etkileyebilir ve evrendeki karanlık maddenin bir kısmını potansiyel olarak açıklayabilir.
Gökbilimciler, Güneş’in kütlesinin birkaç katı ile on milyarlarca arasında değişen kara delikler keşfettiler. Şimdi bir grup bilim insanı, NASA’nın Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu’nun şimdiye kadar tespit edilemeyen bir tür “tüy hafifliğinde” kara delik bulabileceğini tahmin ediyor.
Günümüzde kara delikler ya büyük bir yıldızın çökmesi ya da ağır cisimlerin birleşmesi sonucu oluşuyor. Ancak bilim adamları, bazıları Dünya’nınkine benzer kütlelere sahip olan daha küçük “ilkel” kara deliklerin, erken evrenin ilk kaotik anlarında oluşmuş olabileceğinden şüpheleniyorlar.
California Santa Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan William DeRocco, “Dünya büyüklüğünde ilkel kara delik popülasyonunu tespit etmek hem astronomi hem de parçacık fiziği açısından inanılmaz bir adım olacaktır çünkü bu nesneler bilinen herhangi bir fiziksel süreç tarafından oluşturulamaz” dedi. Roman’ın bunları nasıl ortaya çıkarabileceğine dair bir çalışmaya öncülük eden Cruz. Sonuçları açıklayan bir makale dergide yayınlandı Fiziksel İnceleme D. “Eğer onları bulursak teorik fizik alanını sarsacak.”
NASA’nın Roma Uzay Teleskobu ile Dünya kütlesindeki ilkel kara deliklerin keşfedilmesi, evren ve karanlık maddeye dair anlayışımızı değiştirebilir. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi
İlkel Kara Delik Tarifi
Günümüzde oluşan en küçük kara delikler, büyük bir yıldızın yakıtının bitmesiyle ortaya çıkıyor. Nükleer füzyon sona erdikçe dışarı doğru olan basınç da azalıyor, dolayısıyla içeriye doğru olan çekim kuvveti çekişmeyi kazanıyor. Yıldız büzülür ve o kadar yoğunlaşabilir ki Kara delik.
Ancak gereken minimum kütle var: Güneşimizin kütlesinin en az sekiz katı. Daha hafif yıldızlar ya beyaz cüceye ya da nötron yıldızına dönüşecek.
Ancak evrenin erken dönemlerindeki koşullar, çok daha hafif kara deliklerin oluşmasına izin vermiş olabilir. Dünya kütlesindeki bir olay ufku, düşen nesnelerin geri dönüşü olmayan noktası kadar, yaklaşık bir ABD kuruşluk madeni para kadar geniş olacaktır.
Bilim adamları, evrenin doğuşu sırasında, uzayın ışık hızından daha hızlı genişlediği, şişme olarak bilinen kısa ama yoğun bir aşamanın yaşandığını düşünüyor. Bu özel koşullarda, çevrelerinden daha yoğun olan alanlar çökerek düşük kütleli ilkel kara delikler oluşturabilir.
Teori, evren şu andaki yaşına ulaşmadan en küçüklerin buharlaşması gerektiğini öngörse de, Dünya’ya benzer kütlelere sahip olanlar hayatta kalabilirdi.
Bu küçük nesnelerin keşfedilmesinin fizik ve astronomi üzerinde muazzam bir etkisi olacaktır.
Çalışmada yer almayan Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden gökbilimci Kailash Sahu, “Galaksinin oluşumundan evrenin karanlık madde içeriğine ve kozmik tarihe kadar her şeyi etkileyecektir” dedi. “Kimliklerini doğrulamak zor bir iş olacak ve gökbilimcilerin çok fazla ikna edilmeye ihtiyacı olacak ama buna değecek.”
Stephen Hawking, radyasyon kaçarken kara deliklerin yavaş yavaş küçülebileceğini teorileştirdi. Şu anda Hawking radyasyonu olarak bilinen şeyin yavaş yavaş sızması, zamanla kara deliğin buharlaşmasına neden olacaktır. Bu infografik, çeşitli küçük kütlelere sahip kara deliklerin tahmini ömürlerini ve olay ufkunu (içeriye düşen nesnelerin bir kara deliğin yerçekimsel etkisinden kaçamayacağı nokta) çaplarını gösterir. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi
Gizli Ev Sahiplerinin İpuçları
Gözlemler, bu tür nesnelerin galaksimizde gizlenmiş olabileceğine dair ipuçlarını zaten ortaya çıkardı. İlkel kara delikler görünmez olabilir ancak uzay-zamandaki kırışıklıklar bazı olası şüphelilerin yakalanmasına yardımcı oldu.
Mikro mercekleme, bir bowling topunun trambolin üzerine konulduğunda oluşturduğu iz gibi, kütlenin varlığının uzay-zaman dokusunu çarpıtması nedeniyle ortaya çıkan gözlemsel bir etkidir. Araya giren bir nesne bizim görüş noktamızdan arka plandaki bir yıldızın yakınında sürükleniyor gibi göründüğünde, yıldızın ışığı nesnenin etrafındaki çarpık uzay-zamanı geçmek zorundadır. Hizalama özellikle yakınsa, nesne doğal bir mercek gibi davranarak arka plandaki yıldızın ışığını odaklayabilir ve güçlendirebilir.
Yeni Zelanda’daki Mount John Üniversitesi Gözlemevi’ni kullanarak mikro mercekleme gözlemleri gerçekleştiren bir işbirliği olan MOA (Astrofizikte Mikro Mercekleme Gözlemleri) ve OGLE’den (Optik Yerçekimi Mercekleme Deneyi) elde edilen verileri kullanan ayrı gökbilimci grupları, şunu buldu: Beklenmedik derecede büyük izole edilmiş Dünya kütlesindeki nesne popülasyonu.
Gezegen oluşumu ve evrim teorileri, galakside bir yıldıza bağlı olmadan dolaşan dünyalar olan başıboş gezegenlerin belirli kütlelerini ve bolluğunu öngörüyor. MOA ve OGLE gözlemleri, galakside modellerin öngördüğünden daha fazla Dünya kütlesinde nesnenin sürüklendiğini gösteriyor.
Bu sanatçının konsepti, küçük ilkel kara delikleri hayal etme konusunda hayal ürünü bir yaklaşım benimsiyor. Gerçekte bu kadar küçük kara delikler, onları burada görünür kılan birikim disklerini oluşturmakta zorlanır. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi
DeRocco, “Durum bazında Dünya kütleli kara delikler ile başıboş gezegenler arasında ayrım yapmanın bir yolu yok” dedi. Ancak bilim insanları, Roman’ın bu kütle aralığında yer tabanlı teleskoplara kıyasla 10 kat daha fazla nesne bulmasını bekliyor. “Roman ikisini istatistiksel olarak ayırmada son derece güçlü olacak.”
DeRocco, bu kütle aralığında kaç tane başıboş gezegen olması gerektiğini ve Roman’ın bunlar arasında kaç tane ilkel kara delik ayırt edebileceğini belirlemek için bir çaba başlattı.
İlkel kara deliklerin bulunması, evrenin çok erken dönemleri hakkında yeni bilgiler ortaya çıkaracak ve erken bir enflasyon döneminin gerçekten meydana geldiğini güçlü bir şekilde ortaya koyacaktır. Bu aynı zamanda bilim adamlarının evrenimizin kütlesinin büyük kısmını oluşturduğunu söylediği ancak şu ana kadar tanımlayamadıkları gizemli karanlık maddenin küçük bir yüzdesini de açıklayabilir.
Sahu, “Bu, Roman’ın gezegenleri ararken elde edeceği verilerle ekstra bilim adamlarının yapabileceği şeylerin heyecan verici bir örneği” dedi. “Ve bilim adamlarının Dünya-kütleli kara deliklerin var olduğuna dair kanıt bulsa da bulmasa da sonuçlar ilginç. Her iki durumda da evrene dair anlayışımızı güçlendirecektir.”
Referans: William DeRocco, Evan Frangipane, Nick Hamer, Stefano Profumo ve Nolan Smyth tarafından yazılan “Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu ile karasal kütleli ilkel kara deliklerin ortaya çıkarılması”, 8 Ocak 2024, Fiziksel İnceleme D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.109.023013
Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde, NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı ve Güney Kaliforniya’daki Caltech/IPAC, Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü ve çeşitli bilim adamlarından oluşan bir bilim ekibinin katılımıyla yönetilmektedir. araştırma kurumları. Ana endüstriyel ortaklar Boulder, Colorado’daki BAE Systems, Inc; L3Harris Technologies, Rochester, New York’ta; ve Thousand Oaks, California’daki Teledyne Scientific & Imaging.