Kara Delik Çarpışmaları Karanlık Maddenin İzini Taşıyor Olabilir

Evrenin en büyük gizemlerinden biri olan karanlık madde, yıllardır doğrudan gözlemlenemediği için yalnızca etkileri üzerinden incelenebiliyor. Galaksilerin dönüş hızları, ışığın bükülmesi ve kozmik yapıların davranışı, görünmeyen büyük bir madde kaynağının varlığına işaret ediyor. Ancak bilim insanları bugüne kadar karanlık maddenin tam olarak ne olduğunu belirleyebilmiş değil.

Şimdi ise MIT ve Avrupa’daki çeşitli araştırma kurumlarından fizikçiler, karanlık maddeyi tespit etmek için farklı bir yöntem geliştirdi. Araştırmacılar, kara delik birleşmeleri sırasında oluşan kütleçekim dalgalarının içinde karanlık maddeye ait izler bulunabileceğini düşünüyor. Eğer kara delikler çarpışmadan önce yoğun karanlık madde bulutlarının içinden geçiyorsa, ortaya çıkan uzay-zaman dalgaları çok küçük ama ölçülebilir bozulmalar taşıyabilir.

Bu fikir ilk bakışta teorik gibi görünse de ekip geliştirdiği modeli gerçek gözlem verileri üzerinde test etti. LIGO-Virgo-KAGRA adlı uluslararası gözlemevi ağının topladığı veriler incelendiğinde, bir sinyal diğerlerinden farklı davranış gösterdi. “GW190728” adı verilen bu olayın, karanlık maddeyle etkileşim yaşamış bir kara delik birleşmesine ait olabileceği düşünülüyor.

Araştırmacılar bunun kesin bir keşif olmadığını özellikle vurguluyor. Ancak geliştirilen yöntem, gelecekte kütleçekim dalgaları içinde karanlık maddenin izlerini aramak için güçlü bir araç haline gelebilir.

Kütleçekim Dalgaları Neden Bu Kadar Önemli?

Kütleçekim dalgaları ilk kez 2015 yılında doğrudan gözlemlendiğinde fizik dünyasında büyük yankı uyandırmıştı. Einstein’ın genel görelilik teorisinin yüz yıl önce öngördüğü bu dalgalar, devasa gök cisimlerinin hareketleri sırasında uzay-zaman dokusunda oluşan titreşimler olarak tanımlanıyor.

Özellikle kara delik birleşmeleri sırasında ortaya çıkan enerji miktarı inanılmaz boyutlara ulaşıyor. Bu çarpışmalar sırasında oluşan dalgalar milyonlarca hatta milyarlarca ışık yılı uzaklıktan Dünya’ya ulaşabiliyor.

LIGO, Virgo ve KAGRA gözlemevleri tam olarak bu titreşimleri ölçmek için geliştirildi. Sistemler o kadar hassas çalışıyor ki atom çekirdeğinden bile daha küçük mesafelerde oluşan değişimleri tespit edebiliyor.

Bilim insanları şimdi bu dalgaların yalnızca kara deliklerin varlığını göstermekle kalmayabileceğini düşünüyor. Eğer çevrede karanlık madde varsa, dalgaların yapısında küçük sapmalar oluşabilir. İşte yeni araştırmanın temel noktası da burada ortaya çıkıyor.

Kara Delikler Karanlık Maddeyi Yoğunlaştırıyor Olabilir

Mevcut teorilere göre karanlık madde evrenin toplam maddesinin yüzde 85’ten fazlasını oluşturuyor olabilir. Ancak bu madde ışık yaymadığı ve doğrudan etkileşime girmediği için gözlemlenemiyor.

Araştırmacılar karanlık maddenin bazı durumlarda son derece hafif parçacıklardan oluşabileceğini düşünüyor. Bu parçacıklar kara deliklerin çevresinde dalga benzeri davranış gösterebilir.

Özellikle hızlı dönen kara deliklerin çevresinde “süperışıma” adı verilen bir süreç gerçekleşebiliyor. Bu süreçte kara deliğin dönme enerjisi çevredeki karanlık madde dalgalarına aktarılıyor. Sonuç olarak karanlık maddenin yoğunluğu olağanüstü seviyelere ulaşabiliyor.

Araştırmacılar bunu krema çırpıldığında tereyağına dönüşmesine benzetiyor. Başlangıçta dağınık halde bulunan yapı, belirli koşullarda yoğunlaşıp farklı bir davranış sergileyebiliyor.

Eğer kara delik birleşmesi böyle yoğun bir ortamda gerçekleşirse, ortaya çıkan kütleçekim dalgaları da normalden farklı görünebilir. Bilim insanları tam olarak bu farklılığı yakalamaya çalıştı.

28 Büyük Olay İncelendi

Ekip, LIGO-Virgo-KAGRA gözlemevlerinin ilk üç gözlem döneminde kaydettiği verileri analiz etti. Özellikle en güçlü 28 kara delik birleşmesi sinyali üzerinde duruldu.

27 olayda elde edilen veriler boş uzay ortamındaki klasik kara delik birleşmeleriyle uyumlu çıktı. Ancak GW190728 adı verilen olay dikkat çekici biçimde ayrıştı.

Bu sinyal ilk olarak 28 Temmuz 2019 tarihinde tespit edilmişti. Önceki analizler, olayın toplam kütlesi Güneş’in yaklaşık 20 katı olan iki kara deliğin birleşmesinden kaynaklandığını göstermişti.

Yeni çalışmaya göre ise bu birleşme sıradan bir boşlukta gerçekleşmemiş olabilir. Araştırmacılar, kara deliklerin yoğun karanlık madde bulutunun içinde birleşmiş olabileceğini düşünüyor.

Bu durum henüz kesinleşmiş değil. Çünkü sinyalin istatistiksel gücü doğrudan keşif ilan etmek için yeterli görülmüyor. Ancak araştırmacılar bağımsız ekiplerin aynı verileri yeniden analiz etmesini bekliyor.

Yeni Bir Dönemin Başlangıcı Olabilir

Bilim insanlarına göre önümüzdeki yıllarda kütleçekim dalgası gözlemlerinin sayısı hızla artacak. Bu da benzer sinyalleri karşılaştırmayı kolaylaştıracak.

Özellikle yeni nesil gözlemevleri devreye girdiğinde daha hassas ölçümler yapılabilecek. Böylece bugün yalnızca küçük bir sapma gibi görünen detaylar ileride güçlü kanıtlara dönüşebilir.

Çalışmanın önemli taraflarından biri de karanlık madde araştırmalarına tamamen farklı bir pencere açması. Bugüne kadar araştırmalar daha çok parçacık dedektörleri veya teleskop gözlemleri üzerinden yürütülüyordu. Şimdi ise doğrudan uzay-zaman dalgalarının kullanılması gündeme geliyor.

Bu yaklaşım başarılı olursa kara delikler yalnızca yıkıcı kozmik cisimler olarak değil, aynı zamanda evrenin görünmeyen maddesini araştıran doğal laboratuvarlar haline gelebilir.

Modern Fizik için bu oldukça önemli bir ihtimal. Çünkü karanlık maddenin ne olduğunun anlaşılması, evrenin yapısını açıklayan mevcut teorilerin yeniden şekillenmesine yol açabilir.

Kaynak: sciencedaily.com - A strange ripple in spacetime could be the first fingerprint of dark matter

Gökhan Yalta'nın Yorumu: Karanlık madde konusu bana göre modern fiziğin en ilginç problemlerinden biri. Çünkü ortada çok güçlü dolaylı kanıtlar var ama doğrudan elimizde hiçbir şey yok. Sanki evrenin büyük kısmı gözümüzün önünde duruyor ama biz ona dokunamıyoruz. Bu yüzden bilim insanlarının kara delik birleşmelerini kullanarak yeni bir yöntem geliştirmesi oldukça önemli.

Özellikle hoşuma giden taraf, burada kullanılan yaklaşımın yaratıcı olması. Çünkü yıllardır karanlık maddeyi bulmak için yer altı dedektörleri kuruldu, parçacık hızlandırıcıları kullanıldı ve sayısız deney yapıldı. Şimdi ise araştırmacılar doğrudan uzay-zamanın kendisini bir ölçüm aracı gibi kullanmaya çalışıyor. Bu fikir bile başlı başına etkileyici.

Eğer ileride benzer sinyaller artarsa ve gerçekten karanlık maddeyle ilişkili oldukları doğrulanırsa, bu durum fizik tarihinde çok büyük bir dönüm noktası olabilir. Çünkü ilk kez evrenin görünmeyen kısmına ait somut bir iz yakalanmış olacak. Belki de bugün küçük bir anomali gibi görünen GW190728 sinyali, gelecekte ders kitaplarında anlatılacak büyük keşfin ilk işareti olarak hatırlanacak.