Eşsiz Karadelikler Evrende Var Olabilir

Evrenin başlangıcındaki kaotik koşulların, ilk yıldızların oluşumundan önce birçok küçük karadelik oluşturabileceği öne sürülüyor. Bu primitif karadelikler uzun bir süredir teorik olarak var olduğu düşünülüyordu ve belki de evrenin karanlık maddesinin yüzde 85’ini oluşturabilirler.

Ancak bugüne kadar hiçbir primitif karadelik gözlemlenmedi. Buffalo Üniversitesi’nin liderlik ettiği yeni bir araştırmada, bu varlıkların kanıtlanması için çeşitli büyüklükte fikirler öne sürülüyor ve bu karadeliklerin bıraktığı izlerin uzaydaki boş gezegenlerden Dünya’daki mikroskobik tünel materyallerine kadar değişebileceği belirtiliyor.

Physics of the Dark Universe dergisinin Aralık sayısında yayınlanacak olan ve çevrimiçi olarak erişilebilen teorik bir çalışmada, büyük, kayalık bir cisim içine hapsedilen primitif bir karadelikle cismin sıvı çekirdeğini tüketip içini boşaltabileceği öne sürülüyor. Alternatif olarak, daha hızlı bir primitif karadelik, katı maddeden geçerken mikroskopla görülebilecek büyüklükte düz tüneller bırakabilir.

Çalışmanın eş yazarı ve Buffalo Üniversitesi Fen Fakültesi’nde fizik profesörü olan Dejan Stojkovic, “Bu izleri bulma olasılığı düşük olabilir, ancak aramak için çok kaynak gerektirmez” diyor ve ekliyor:

“Ayrıca, primitif bir karadelik bulunduğunda bu, devrim niteliğinde bir bulgu olacaktır. Şimdiye kadar denenenden farklı bir bakış açısına ihtiyacımız var çünkü primitif karadelikleri bulmak için kullanılan yöntemler yetersiz kaldı.”

Çalışmada, bir gezegen benzeri içi boş cismin kendi çökmeden ne kadar büyüyebileceği ve primitif bir karadelikten bir cismin içinden geçme olasılığı hesaplanmış. Makalenin eş yazarı De-Chang Dai, bu uzun süreçten dolayı binlerce, milyonlarca hatta milyarlarca yılla var olmuş somut izler üzerinde durduklarını belirtiyor.

Stojkovic’in çalışması ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenirken, Dai’nin çalışması Tayvan Ulusal Bilim ve Teknoloji Konseyi tarafından desteklenmiştir.

İçi Boş Cisimlerin Sınırları Belli Oldu

Büyük Patlama sonrasında evren hızla genişlerken, uzaydaki bölgeler yoğunlaşarak primitif karadelikleri oluşturmuş olabilirler (PBH’ler).

PBH’ler, ömrünü tamamlamış yıldızlardan oluşan yıldız kütleli karadeliklerden çok daha düşük kütleye sahip olmalarına rağmen yoğunlukları hala inanılmaz derecede yüksektir; bir dağın kütlesini atom boyutundaki bir alana sıkıştırmak gibidir.

Daha önce teorik olarak solucan deliklerinin olası yerlerini öne süren Stojkovic, bir PBH’nin oluştuğunda veya oluştuktan sonra bir gezegenin, uydunun veya asteroidin içine hapsedilip hapsedilemeyeceğini merak etmiştir.

“Eğer cismin sıvı merkezi bir çekirdeği varsa, hapsedilen bir PBH bu sıvı çekirdeği emebilir” diyor Stojkovic. “PBH’nin yoğunluğu dış katmanın yoğunluğundan daha büyük olur.”

Eğer bir asteroid bir cisme çarparsa ve geride içi boş bir kabuk bırakırsa, PBH bu cisimden kurtulabilir.

Ancak bu kabuk, kendisini destekleyecek kadar sağlam mı yoksa kendi gerilimi altında mı çökecek? Araştırmacılar, içi boş bir cismin Dünya’nın yarıçapının onda birinden fazlası olamayacağını hesaplayarak granit ve demir gibi doğal elementlerin kuvvetini yüzey gerilimi ve yüzey yoğunluğu ile karşılaştırıyorlar. Bu durum, cismi düzgün bir gezegenden ziyade ufak bir gezegen haline getiriyor.

“Büyükse çöker” diyor Stojkovic.

Bu tür içi boş cisimler teleskoplar aracılığıyla tespit edilebilir. Bir cismin yörüngesi incelenerek kütlesi ve dolayısıyla yoğunluğu belirlenebilir.

“Cismin yoğunluğu boyutuna göre çok düşükse, bu içi boş olduğunu gösteren güzel bir işarettir” diyor Stojkovic.

Gündelik Nesneler Karadeliği Tespit Edebilir

Çalışmada, PBH’lerin sıvı bir çekirdeğe sahip olmayan cisimlerin sadece içinden geçerek düz bir tünel bırakabileceği öne sürülüyor. Örneğin, 10 üzeri 22 gram kütleli bir PBH (10’un yanında 22 sıfır) 0.1 mikron kalınlığında bir tünel bırakabilir.

Metal ya da başka bir maddeden yapılmış büyük bir levha, söz konusu tünellerin aniden oluşmasını gözlemleyerek etkili bir karadelik detektörü olabilir. Ancak Stojkovic, mevcut tünellerin çok eski materyallerde aranması durumunda daha başarılı olunabileceğini belirtiyor; bu materyaller yüzyıllık binalardan milyarlarca yıl öncesine kadar değişebilir.

Karanlık maddenin PBH’lerden oluştuğu varsayılsa da araştırmacılar, bir PBH’nin bir milyar yaşındaki bir kaya parçasından geçme olasılığını 0.000001 olarak hesaplamıştır.

“Maliyetle getiri arasında denge sağlamalısınız. Bu çok maliyetli bir iş mi? Hayır, değil” diyor Stojkovic.

Bu nedenle bir PBH’nin yaşamınız boyunca içinden geçme olasılığı düşüktür. Hatta geçse bile muhtemelen fark etmezdiniz.

İnsan dokusu, bir kayaya kıyasla daha az gerilime sahiptir. Bu nedenle PBH ile parçalanmazdı. Ayrıca, bir PBH’nin kinetik enerjisi devasa olsa bile çarpışma sırasında bu enerjiyi serbest bırakamazdı çünkü çok hızlı hareket eder.

“Bir mermi bir ortamda sesten daha hızlı hareket ediyorsa, ortamın moleküler yapısı yanıt verme fırsatı bulamaz” diyor Stojkovic. “Eğer bir taşı bir pencereden fırlatırsanız, taş muhtemelen parçalanır. Ancak bir kovanla pencereye ateş ederseniz, pencerede sadece bir delik oluşur.”

Yenilikçi Kuramsal Çerçevelere İhtiyaç Var

Stojkovic, bu tür teorik çalışmaların oldukça önemli olduğunu vurgulayarak, bazı zamanlar mantıksız gelen birçok fizik kavramının günümüzde mümkün görüldüğünü belirtiyor.

Stojkovic, bu alanda ciddi sorunlarla karşı karşıya olunduğunu ve karanlık maddenin bunlardan biri olduğunu ekliyor. Son büyük devrimlerin (kuantum mekaniği ve genel görelilik) yüz yaşına geldiğini belirtiyor.

“Gezegendeki en parlak zekalılar bu sorunlarla 80 yıldır uğraşıyorlar ve hala bir çözüme ulaşamadılar” diyor. “Mevcut modellerin doğrudan bir uzantısına değil, muhtemelen tamamen yeni bir çerçeveye ihtiyacımız var.”