Araştırmacı, kütle çekim dalgalarının karanlık madde ve Büyük Patlama gizemlerine nasıl işaret ettiğini tartışıyor

Einstein’ın yaklaşık bir asır önce öngördüğü uzay-zamandaki dalgalanmalar olan kütle çekim dalgaları, ilk kez 2015 yılında tespit edildi. Kaliforniya Üniversitesi, Riverside’da fizik ve astronomi alanında doçent olan Yanou Cui liderliğindeki yeni bir çalışma, maddenin çok basit formlarının Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra tespit edilebilir kütle çekim dalgası arka planları yaratabileceğini bildiriyor.

Cui, “Bu tespit edilebilir kütle çekim dalgası arka planları yaratma mekanizması, pulsar zamanlama gözlemevleri tarafından yakın zamanda yakalanan şaşırtıcı kütle çekim dalgası sinyaline ışık tutabilir,” dedi. “Bir diğer heyecan verici çıkarım da, aynı madde formunun, evrenin kütlesinin çoğunu oluşturduğuna inanılan ve bilim insanlarını onlarca yıldır şaşırtan gizemli madde olan karanlık madde olarak tanımlanabileceğidir.”

Çalışma, yayınlanan içinde Fiziksel İnceleme Mektuplarıevrenin kendisi olan en büyük laboratuvarı kullanarak yeni temel fiziğin ortaya çıkarılmasının yolunu açıyor. Aşağıdaki Soru-Cevap bölümünde Cui, araştırmayla ilgili birkaç soruyu yanıtlıyor.

Peki maddenin bu çok basit formları nelerdir?

Maddenin basit biçimi, bir tür ultra hafif skaler alan maddesidir. Skaler, maddenin iç rotasyonu (spin) olmadığı anlamına gelir ve Higgs bozonuna benzer. Bu madde biçimleri çok hafiftir, her biri bir elektronun kütlesinin milyonda biri veya milyarda biri kadar kütleye sahiptir. Çok küçük kütleleri nedeniyle parçacıklardan çok dalgalar gibi davranırlar ve evrene nüfuz ederler.

Yerçekimi dalgalarının (GW), elektromanyetik dalgalara benzer şekilde, mevcut deneylerin onları yakalayabilecek kadar hassas olması için yeterince yüksek yoğunluğa sahip olması gerekir. Ayrıca, bu deneylerin hassas olduğu frekans bantlarında olmaları gerekir; şimdiye kadar, teknoloji kısıtlamaları nedeniyle yalnızca belirli GW frekans aralıkları tespit edilebilmiştir.

Maddenin bu basit formları, Büyük Patlama’dan hemen sonra ve başka hiçbir zaman değil, kütle çekim dalgalarının tespit edilebilir bir radyasyon arka planını mı oluşturuyor?

Evet, GW’ler evrenin genişleme oranının skaler alanın kütlesi civarında olduğu bir çağda üretilir. Bu noktadan sonra dururdu çünkü parçacık üretimi iç mekanizma tarafından bir noktada durdurulurdu. Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra dediğimde, bundan sonra hala bir saniyenin kesri kadardır. Büyük Patlama’dan çok sonra, Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi’nin gözlemlediği kara delik birleşmeleri gibi astrofizik kaynaklardan GW üretimi olabilir.

Maddenin bu basit halleri neden bugüne kadar bilinmiyordu?

Bilinen maddeyle süper zayıf kütle çekim etkileşimi dışında bir şekilde etkileşime girmezler. Gösterdiğimiz GW sinyali onları tespit etmenin yoludur. Ancak karanlık maddeyse, karanlık maddenin genel kanıtlarından bunları biliyoruz. Tekrar ediyorum, yalnızca görünür maddeyle kütle çekimsel olarak etkileşime girdikleri için, ki bu çok zayıftır, daha önce onlar hakkında pek bir şey bilmiyorduk.

Bu basit madde formunu karanlık madde olarak tanımlamanın heyecan verici olacağını söylüyorsunuz. Bunun nedeni, sonunda karanlık maddenin neyden oluştuğunu bileceğimiz mi?

Evet, bu öne çıkanlardan biri. Ama ayrıca, tespit edilebilir GW’ler üretmek son derece önemsiz değil ve basit bir madde biçimi, muhtemelen karanlık madde, böyle GW’ler üretebilir bulduk – önemli bir teorik başarı. Ayrıca, daha önce de belirtildiği gibi, geçen yılki kafa karıştırıcı pulsar zamanlaması bulgusu bu mekanizma ile açıklanabilir.