Journal of Cosmology and Astroparticle Physics dergisinde yayınlanan yeni bir makaleye göre kara delikler evrenin genişlemesinden etkileniyor olabilir.
Evrenin en büyük gizemlerinden birisi olan kara delikler, 10 yılı aşkın süren çalışmanın ardından 1917’de Albert Einstein tarafından ortaya atıldığından bu yana tartışılıyor. ABD’de Hawaii Üniversitesi’nden Duncan Farrah önderliğinde, farklı üniversitelerden bir araya gelen bilim insanlarının Arizona’da bulunan DESI’den (Dark Energy Spectroscopic Instrument) elde edilen verilerle yürüttüğü çalışmada kara deliklerin evrenin genişlemesiyle ilintili özellikler sergileyebileceğini ortaya kondu. Araştırma sonuçlarını içeren makale 28 Ekim 2024’te Journal of Cosmology and Astroparticle Physics dergisinde yayınlandı. Çalışmanın baş yazarı Dr. Farrah, 2N News’in sorularını yanıtladı.
Yeni bir terim: kozmolojik akuple kara delikler
Dr. Farrah ve meslektaşları kara delikler, karanlık enerji ve evrenin genişlemesi arasındaki bağlantı üzerine uzun yıllardır çalışıyor. Araştırma ekibi, 2023 yılında bu konu hakkında daha çok teoride gelişim sağlanması amacıyla hazırladıkları başka bir makalede ‘kozmolojik akuple kara delikler’ (cosmologically coupled black holes) terimini astrofizik literatürüne kazandırıyor. Bu yeni terim ve teorik altyapısı, 28 Ekim 2024’te yayınlanan, DESI verileriyle desteklenerek kara deliklerin evrenin genişlemesiyle bağlantılı olduğunu ortaya koyan makalenin temel yapı taşını oluşturuyor.
(Hawaii Üniversitesi)
2N News’ün sorularını yanıtlayan Dr. Farrah, kozmolojik akuple kara delikler teriminin, kara deliklerin evrenin genişlemesiyle ilişkili (korelatif) olduğunu ifade ettiğini belirtiyor. Dev ölçek farklarından kaynaklanan ve felsefede “kozmik kayıtsızlık” olarak ifade edilen durumu Dr. Farrah, karınca örneği ile açıklıyor:
“Evren inanılmaz bir ölçekte genişliyor. Biz bu genişlemeyi ancak galaksilerin arasındaki mesafelerin değişimlerine bakarak ölçebiliyoruz. Dolayısıyla galaksilerdeki gezegenler ya da diğer gök cisimleri bu genişlemeden ‘habersiz’. Bir karıncanın, Dünya’nın Güneş’in etrafında döndüğünden ‘habersiz;’ olması gibi.”
Evrenin devasa ölçeklerinde bu ‘habersizlikten’ muaf sayılabilecek bir şey daha bulunuyor; ışık. Dr. Farrah’a göre, ışık evrende en çok mesafe katedebilen madde olarak, evrenin genişlediğinden pek de habersiz değil. Burada ifade edilen ‘habersiz’ kelimesi elbette insanın bilinci bağlamındaki ‘bilmek’ ya da ‘farkına varmak’ gibi eylemlere karşılık gelmiyor. Kastedilenin, evrenin genişlediğine dair bilgilere ulaşmamızın yollarından birinin ışığı incelemek olduğu belirtiliyor. Evren genişledikçe, ışık seyahati boyunca ‘kızıla kayıyor’, yani dalga boyları arasındaki mesafe büyüyor; dolayısıyla enerji kaybediyor.
İşte Dr. Farrah ve meslektaşları tarafından ortaya atılan kozmolojik akuple kara delikler terimi de, evrenin genişlediğine dair bilgi elde edebileceğimiz tek şeyin ışık olmadığını, kara deliklerin de evrenin genişlediğine dair tepkiler ürettiğini öne sürüyor.
Tayfın anahtarı kızıla kayma
20. yüzyılın başlarında, Wilson Gözlemevinde çalışan astronom Vesto Slipher ve Edwin Hubble, galaksilerden yayılan ışığın tayfını (ışınların dalga boylarına göre sıralanması) inceliyordu. Galaksilerden gelen ışık tayfının özellikleri, galaksilerin konumlarına, durumlarına, hareketlerine ve kökenlerine dair ipuçları içeriyordu. Slipher ve Hubble’ın yaklaşık olarak 1912’de başlayan gözlem çalışmaları galaksilerin Dünya’ya olan uzaklıkları ile orantılı hızlarda Dünya’dan uzaklaştıklarını ortaya koydu. Galaksilerden gelen ışık tayfları dalga boyu skalasında kırmızıya doğru kayıyordu. Tayf kırmızıya ne kadar yakınsa, dalga boyu o kadar büyük, yani o kadar uzaktan geliyor demek oluyordu. Böylece Hubble, tayflardaki kırmızıya kaymanın galaksilerin birbirinden uzaklaşmasının bir sonucu olduğunu buldu. Ancak Hubble’ın en büyük başarısı kırmızıya kaymanın yani uzaklaşma süratinin, uzaklıkla doğru orantılı olduğunu ortaya koymasaydı. Hubble’ın bu gözlemlerine dair yazılan makale 1929’da yayınlandı.
Hubble yasası ya da kızıla kayma olarak da adlandırılan bu olay, evrenin Einstein’ın iddia ettiği gibi statik/durağan olmadığını, aksine sürekli genişleyen, hareketli bir yapı olduğunu kanıtladı. Bu gelişmenin ardından Einstein, genel görelilik kuramına evrenin sabit olduğunu varsayarak eklediği ‘kozmolojik sabit’in kariyerindeki en büyük hata olarak değerlendirdi ve Hubble’ı tebrik etti. Hubble yasası, modern fizikte evrenin kökenlerine dair en popüler teorilerden biri olan Big Bang teorisinde dahi en büyük kanıt olarak gösteriliyor.
Kara delikler için daha fazlası gerek: DESI
Tıpkı Hubble’ın Wilson Gözlemevinde yürüttüğü çalışmalar gibi, Arizona’da bulunan DESI de, karanlık enerjinin evrenin genişlemesi üzerindeki etkisini araştırmayı amaçlıyor. DESI projesi, Kitt Peak Ulusal Gözlemevindeki Mayall isimli 4 metrelik ve üzerinde 5 binden fazla gözlem enstrümanı bulunan bir teleskopla yürütülüyor. Proje, evrenin yaklaşık 11 milyar ışık yılı büyüklüğündeki bir alanını kapsayan üç boyutlu bir harita çıkarmayı hedefliyor.
Işığın kızıla kayma özelliğini anlayarak evrenin genişlediğine dair kanıtlar toplanabilse de, kara deliklerde bu genişlemeye dair gözlemler yapabilmek için kızıla kaymadan daha farklı özellikleri incelemek gerekiyor. Bu noktada devreye DESI giriyor. İnsanoğlunun geliştirdiği en ilginç gözlem aletlerinden biri olan DESI’den elde edilen verilere göre kara delikler, ışığın kızıla kayma sırasında enerji kaybetmesinin aksine evren genişledikçe kütle kazanıyor. Dr. Farrah, çalışmalarında kara deliklerin evren genişledikçe ‘gerildiğini’ (stretched), dolayısıyla enerjilerinin arttığını gözlemlediklerini ifade ediyor; tıpkı bir lastik farklı yönlere doğru çekilerek gerildiğinde enerjisinin artması gibi.
DESI’den elde edilen gözlemlere dayalı olarak geliştirilen bu genişleme modeli, kozmolojik akuple kara delik modelinin bir diğer temelini oluşturuyor. Dr. Farrah, bu kara delik modelinin Einstein’ın Genel Görelilik kuramında modellediği kara delik ile temel olarak aynı özelliklere sahip olduğunu, tek farkın ise öne sürdükleri kozmolojik akuple kara deliklerin Genel Göreliliktekinin aksine evrenin genişlemesinden etkilenmesi, ve buna tepki vermesi.
Kozmolojik akuple kara deliklerin çözümleyebileceği bir diğer konu ise kayıp baryon problemi (missing baryon problem). Kayıp baryon problemi, kuantum kozmolojisi gibi farklı çerçevelere ve koşullara göre bir problem olarak görülmeyebiliyor. Ancak klasik kozmolojide en temelinde Big Bang (büyük patlama) teoreminin en temel sorunlarından biri olarak ele alınıyor. Dr. Farrah’a göre Big Bang teoreminde ortaya çıkması beklenen ‘normal maddenin’ bir kısmının bulunamadığına dair bazı kanıtlar bulunuyor. Burada ‘normal madde’ derken karanlık madde veya karanlık enerjinin dışında kalan, gözlemlenebilen gezegenler, yıldızlar, ve gözlemlenebilen diğer her şeyi oluşturan madde kastediliyor. Bu maddelere de kısaca baryon adı veriliyor. Bazı kanıtlara göre ise Big Bang teoremindeki hesaplara göre ortaya çıkması beklenen baryon miktarının bir kısmı bulunamıyor.
DESI’den elde edilen veriler, evren genişledikçe kara deliklerin kütlesinin ve enerjisinin artıyor olabileceğini gösteriyor. Kayıp baryon problemine de bir çözüm olarak bu ‘kayıp’ baryonların kara deliklerde birikmiş olabileceği öne sürülüyor. Dr. Farrah bunu, “Eğer kayıp baryon problemine dair kanıtlar gerçekten doğruysa, yani baryonların bir kısmı gerçekten kayıpsa, kozmolojik akuple kara delikler bu sorunun da bir çözümü olabilir. Çünkü kozmolojik akuple, kara deliğin kütlesinin gittikçe artmasını, böylece daha fazla baryonyn kara deliklerin içinde birikmesine neden olabilir,” ifadeleriyle açıklıyor.
Öne sürülen bu önermeler, DESI’den elde edilen verilerle desteklense de, tam olarak bir ‘kanıt’ değerinde gözlem bulunmuyor. Yine de, kara deliklerin evrenin genişlemesinden etkilenmesi, tepki vermesi, başka bir deyişle kozmolojik kayıtsızlığa tabii olmaması ve bunun verilerle desteklenmesi oldukça heyecan verici bir düşünce olarak görülüyor. Dr. Farrah ve meslektaşları, bilimin peşinde olduğu en gizemli araştırma alanlarından birine kozmolojik akuple kara delikler önermesiyle yeni bir bakış kazandırmayı amaçlıyor.
Kaynak: 2N News
