Bilim insanları, süper kütleli kara delikler ile karanlık madde parçacıkları arasında, astronomide uzun süredir devam eden “son parsek gizemini” açıklayabilecek bir bağlantı keşfettiler. Hesaplamalara göre, karanlık madde parçacıklarının daha önce açıklanmayan davranışları nedeniyle bir çift süper kütleli kara delik (SMBH), tek bir büyük kara deliğe dönüşebilir. Araştırma bu ay Physical Review Letters dergisinde yayınlandı.
2023 yılında astrofizikçiler, Evren’e nüfuz eden yerçekimsel dalgaların bir “uğultusunun” tespit edildiğini duyurdular; bu dalgaların, her biri Güneşimizden milyarlarca kat daha büyük olan milyonlarca birleşen süper kütleli kara delik çiftinden geldiği düşünülüyordu. Ancak teorik modelleme, bu dev çiftlerinin yaklaşımının yaklaşık bir parsek (yaklaşık üç ışık yılı) uzaklıkta durduğunu ve bu durumun birleşmeyi engellediğini göstermiştir. Bu “son parsek gizemi”, yerçekimsel dalga arka planının kaynağının süper kütleli kara deliklerin birleşimi olduğu teorisiyle ve süper kütleli kara deliklerin daha az kütleli kara deliklerin birleşmesinden oluştuğu teorisiyle çelişiyordu.
Toronto Üniversitesi Fizik Bölümü ve McGill Üniversitesi Fizik Bölümü ve Trottier Uzay Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı olan ortak yazar Gonzalo Alonso-Alvarez şunları söyledi: “Daha önce gözden kaçırılan karanlık madde etkisinin dahil edilmesinin, süper kütleli kara deliklerin bu son parsekin üstesinden gelip birleşmesine yardımcı olun.”
Süper kütleli kara deliklerin çoğu galaksinin merkezinde bulunduğu düşünülüyor ve iki galaksi çarpıştığında süper kütleli kara delikler birbirlerinin yörüngelerine giriyor. Birbirlerinin etrafında dönerken, komşu yıldızların çekim kuvveti onları yavaşlatır ve süper kütleli kara deliklerin yörüngelerinin spiral şeklinde dönmesine neden olur. Alonso-Alvarez ve meslektaşlarının yeni modeli, karanlık madde parçacıklarının birbirleriyle dağılmayacak şekilde etkileşime girdiğini ve karanlık madde halesinin yoğunluğunun, parçacıklar ile süper kütleli kara delikler arasındaki etkileşimlerin küçülmeye devam edecek kadar yüksek kaldığını gösteriyor. süper kütleli kara deliklerin yörüngeleri birleşmeye yol açıyor.
Bu devasa birleşmelerin yarattığı arka plandaki “uğultu”, Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO) ile çalışan astrofizikçiler tarafından ilk kez 2015 yılında tespit edilenlerden çok daha uzun dalga boylarına sahip yerçekimsel dalgalardan oluşuyor. Bu kütleçekim dalgaları, her ikisi de Güneş’in kütlesinin yaklaşık 30 katı olan iki kara deliğin birleşmesiyle oluşmuştur.
Arka plandaki “uğultu”, Pulsar Zamanlama Dizisi ile çalışan bilim adamları tarafından tespit edildi. Dizi, güçlü radyo darbeleri yayan, hızla dönen nötron yıldızları olan pulsarlardan gelen sinyallerdeki küçük değişiklikleri ölçerek yerçekimsel dalgaları tespit ediyor.
Alonso-Alvarez şunları söyledi: “Çalışmamız, karanlık maddenin parçacık doğasını anlamaya yardımcı olacak yeni bir yoldur. “Kara delik yörüngelerinin evriminin, karanlık maddenin mikrofiziğine karşı çok hassas olduğunu bulduk; bu, bu parçacıkları daha iyi anlamak için süper kütleli kara delik birleşmelerinin gözlemlerini kullanabileceğimiz anlamına geliyor.”
Araştırmacılar ayrıca, karanlık madde parçacıkları arasındaki bu etkileşimlerin galaktik karanlık madde halelerinin şekillerini de açıkladığını keşfetti. “Son parsek bulmacasının” ancak karanlık madde parçacıklarının galaktik ölçeklerde karanlık maddenin dağılımını değiştirebilecek hızlarda etkileşime girmesi durumunda çözülebileceğini gördüler. Bu beklenmedik bir durumdu çünkü bu süreçlerin gerçekleştiği fiziksel ölçekler üç veya daha fazla büyüklük düzeyinde farklılık gösteriyor.
Makalenin ortak yazarı Profesör James Clarken şunları söyledi: “Tahminimiz, pulsar dizilerinin zamanlaması tarafından gözlemlenen yerçekimi dalgalarının spektrumunun düşük frekanslarda yumuşatılması gerektiği yönünde. Mevcut veriler zaten bu davranışın ipuçlarını veriyor ve yeni veriler önümüzdeki birkaç yıl içinde bunu doğrulayabilir.”
Araştırmacılar bulgularının aynı zamanda karanlık maddenin doğası hakkında da yeni bilgiler sağladığını belirtiyor. Örneğin bilim insanları, karanlık madde parçacıkları arasında modelledikleri etkileşimlerin aynı zamanda galaktik karanlık madde halelerinin şekillerini de açıkladığını buldu.
Araştırmacılar, karanlık madde parçacıkları arasındaki etkileşimlerin, süper kütleli kara deliklerin büyümesinde ve Evrenin büyük ölçekli yapısının oluşumunda rol oynayabileceğini öne sürüyor. Makalenin yazarları, karanlık maddenin davranışı ve süper kütleli kara deliklerin oluşumu konusundaki keşiflerinin sonuçlarını araştırarak bu alandaki çalışmalarına devam etmeyi planlıyor.
