Kara Delikler Patlayabilir mi? Az Önce Bunu Görmüş Olabiliriz

Kara Delikler Patlayabilir mi? Az Önce Bunu Görmüş Olabiliriz

2023 yılında, nötrino adı verilen bir atom altı parçacık, imkansız olması gereken kadar yüksek bir enerjiyle Dünya’ya çarptı.

Aslında, evrende bu kadar enerji üretebilen bilinen hiçbir kaynak yok; bu enerji, dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın şimdiye kadar ürettiği en yüksek enerjili parçacıktan 100.000 kat daha fazla.

Bununla birlikte, Massachusetts Amherst Üniversitesi’ndeki bir fizikçi ekibi, “yarı-aşırı ilkel kara delik” adı verilen özel bir kara delik türü patladığında buna benzer bir şeyin olabileceği hipotezini ortaya attı.

Physical Review Letters’da yayınlanan yeni bir araştırmada  , ekip yalnızca aksi takdirde imkansız olan nötrinoyu açıklamakla kalmıyor, aynı zamanda bu temel parçacığın evrenin temel doğasını ortaya çıkarabileceğini de gösteriyor.

Yıldızların çöküşünden evrenin ilk dönemlerine

Kara delikler mevcuttur ve yaşam döngülerini iyi anlıyoruz: Yaşlı, büyük bir yıldız yakıtını kaybeder, muazzam güçlü bir süpernova patlamasıyla içe doğru çöker ve geride, ışık da dahil olmak üzere hiçbir şeyin kaçamayacağı kadar yoğun bir çekim gücüne sahip bir uzay-zaman alanı bırakır. Bu kara delikler inanılmaz derecede ağırdır ve esasen kararlıdır.

Ancak fizikçi Stephen Hawking’in 1970’te belirttiği gibi, başka bir kara delik türü olan ilkel kara delik (PBH), bir yıldızın çökmesiyle değil, Büyük Patlamadan kısa bir süre sonra evrenin ilkel koşullarından oluşabilir.

PBH’ler şu ana kadar sadece teoride var ve standart kara delikler gibi, o kadar yoğunlar ki neredeyse hiçbir şey onlardan kaçamaz; bu da onları “kara” yapan şeydir.

Bununla birlikte, yoğunluklarına rağmen, PBH’ler şu ana kadar gözlemlediğimiz kara deliklerden çok daha hafif olabilirler. Dahası, Hawking, PBH’lerin yeterince ısındıklarında, günümüzde “Hawking radyasyonu” olarak bilinen yolla yavaşça parçacıklar yayabileceğini gösterdi.

Buharlaşan kara delikler nasıl patlayabilir?

UMass Amherst’te fizik yardımcı doçenti ve yeni araştırmanın ortak yazarı Andrea Thamm, “Bir kara delik ne kadar hafifse, o kadar sıcak olmalı ve o kadar çok parçacık yaymalıdır” diyor.

“Kara delikler buharlaştıkça, giderek daha hafif ve dolayısıyla daha sıcak hale gelirler ve patlamaya kadar kontrolden çıkmış bir süreçte daha da fazla radyasyon yayarlar. Teleskoplarımızın tespit edebildiği şey işte bu Hawking radyasyonudur.”

Böyle bir patlama gözlemlenirse, elektronlar, kuarklar ve Higgs bozonları gibi gözlemlediğimiz parçacıklar da dahil olmak üzere, karanlık madde parçacıkları gibi yalnızca hipotez olarak öne sürdüğümüz parçacıklar ve bilim tarafından henüz tamamen bilinmeyen her şey de dahil olmak üzere, var olan tüm atom altı parçacıkların kesin bir kataloğunu elde edebiliriz.

UMass Amherst ekibi daha önce bu tür patlamaların şaşırtıcı bir sıklıkla -her on yılda bir- meydana gelebileceğini ve eğer dikkat edersek, mevcut evren gözlem araçlarımızın bu patlamaları kaydedebileceğini göstermişti.

Şimdiye kadar her şey teorik.

‘İmkansız’ bir nötrino ortaya çıkıyor

Ardından, 2023’te KM3NeT İşbirliği adı verilen bir deney, imkansız görünen o nötrinoyu yakaladı; bu da UMass Amherst ekibinin yakında görebileceğimizi varsaydığı türden bir kanıttı.

Ama bir pürüz vardı: Yüksek enerjili kozmik nötrinoları yakalamak için kurulmuş IceCube adlı benzer bir deney, bu olayı kaydetmek bir yana, bugüne kadar gücünün yüzde biri kadar bile bir şey tespit etmemişti.

Eğer evren ilksel kara deliklerle (PBH’lerle) görece yoğun bir şekilde doluysa ve bunlar sık sık patlıyorsa, yüksek enerjili nötrinoların adeta üzerimize yağması gerekmez miydi?
Peki bu tutarsızlık nasıl açıklanabilir?

Karanlık yük açıklaması

UMass Amherst’te fizik alanında doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ortak yazarlarından biri olan Joaquim Iguaz Juan, “Bizce ‘karanlık yüke’ sahip PBH’ler (biz bunlara yarı-ekstrem PBH’ler diyoruz) eksik halkayı oluşturuyor” diyor.

Karanlık yük, bildiğimiz normal elektrik kuvvetinin bir kopyasıdır, ancak ekip tarafından “karanlık elektron” olarak adlandırılan, çok ağır, varsayımsal bir elektron versiyonunu içerir.

UMass Amherst’te fizik yardımcı doçenti ve çalışmanın ortak yazarı Michael Baker, “Piyasada PBH’lerin daha basit başka modelleri de var,” diyor; “bizim karanlık yük modelimiz daha karmaşık, bu da gerçekliğin daha doğru bir modelini sağlayabileceği anlamına geliyor. En harika olan şey, modelimizin aksi halde açıklanamayan bu fenomeni açıklayabilmesi.”

Thamm, “Karanlık yüke sahip bir PBH, benzersiz özelliklere sahiptir ve diğer, daha basit PBH modellerinden farklı şekilde davranır. Bunun, görünüşte tutarsız olan tüm deneysel verileri açıklayabileceğini gösterdik” diye ekliyor.

Nötrinoları karanlık maddeye bağlamak

Ekip, karanlık yüklü model PBH’lerinin yalnızca nötrinoyu açıklamakla kalmayıp, karanlık madde gizemini de çözebileceğinden emin. Baker, “Galaksilerin ve kozmik mikrodalga arka planının gözlemleri, bir tür karanlık maddenin var olduğunu gösteriyor” diyor.

Iguaz Juan, “Eğer varsayımsal karanlık yükümüz doğruysa,” diye ekliyor, “o zaman diğer astrofiziksel gözlemlerle tutarlı olacak ve evrendeki eksik karanlık maddenin tamamını açıklayacak önemli bir PBH popülasyonu olabileceğine inanıyoruz.”

Baker, “Yüksek enerjili nötrinoyu gözlemlemek inanılmaz bir olaydı,” diye sonuçlandırıyor. “Bize evrene dair yeni bir pencere açtı.

Ancak şimdi Hawking radyasyonunu deneysel olarak doğrulamaya, hem ilkel kara delikler hem de Standart Modelin ötesindeki yeni parçacıklar için kanıt elde etmeye ve karanlık maddenin gizemini açıklamaya çok yakın olabiliriz.”

Derleyen: Feyza ÇETİNKOL

Kaynak: Kara Delikler Patlayabilir mi? Az Önce Bunu Görmüş Olabiliriz

Radyo Sinyalleri, Bir Yıldızın Süpernovadan Önceki Son Yıllarını Ortaya Çıkardı

Kara Delikler Patlayabilir mi? Az Önce Bunu Görmüş Olabiliriz/Kara Delikler Patlayabilir mi? Az Önce Bunu Görmüş Olabiliriz