Nükleer füzyon yerine karanlık maddeyle çalışan yıldızlar, erken evrenin birçok gizemini çözebilir ve bunların gerçek olduğuna dair ilk ipuçlarını tespit etmiş olabiliriz.
Egzotik yıldızlar karanlık maddeden güç alıyor olabilir
Karanlık maddeden güç alan garip yıldızların ilk ipuçlarını görmüş olabiliriz. Bu sözde karanlık yıldızlar, evrendeki en gizemli nesnelerin birçoğunu açıklayabilir ve aynı zamanda bize karanlık maddenin gerçek doğası hakkında ipuçları da verebilir.
Normal yıldızlar, bir gaz bulutu kendi üzerine çöktüğünde ve merkez nükleer füzyonu tetikleyecek kadar yoğunlaştığında oluşur. Bu füzyon, etrafındaki plazma ve gaza büyük miktarda ısı ve enerji pompalayarak yıldıza güç veriyor.
Karanlık yıldızlar, her şeyin, özellikle de karanlık maddenin daha yoğun olduğu erken evrende de benzer şekilde oluşmuş olabilir. Bir yıldız oluşturacak şekilde çöken bulutun içinde yeterince karanlık madde olsaydı, karanlık madde füzyon başlamadan çok önce birbirine çarpmaya ve yok olmaya başlayacak, karanlık yıldızın parlamasını sağlayacak ve onun daha fazla çökmesini önleyecek kadar enerji yayacaktı.
Karanlık bir yıldızın oluşumu oldukça basit olacaktır ve şimdi Austin’deki Texas Üniversitesi’nden Katherine Freese liderliğindeki bir ekip, onun ölümünün nasıl görünebileceğini araştırdı.
Devasa bir düzenli yıldızda, hidrojen ve helyum tükendiğinde, yıldız, sonunda yakıtı bitene ve bir kara delik oluşturacak şekilde çökene kadar daha ağır elementleri bir araya getirmeye devam eder. Yıldızın içine ne kadar çok malzeme atarsanız bu süreç o kadar hızlı gerçekleşir.
Karanlık yıldızlar için durum böyle değil. Freese ekibinin bir parçası olan San Diego’daki Kaliforniya Üniversitesi’nden George Fuller şöyle diyor: “Sıradan, güneş kütlesi türünden bir yıldızı alıp içine biraz karanlık madde koyabilirsiniz, böylece o yıldızın güç kaynağı nükleer reaksiyonlar değil, karanlık madde yok oluşu olur ve onu beslemeye devam edebilirsiniz. Onu yeterince karanlık maddeyle beslemeye devam ettiğiniz sürece, başını belaya sokan nükleer evrimden asla geçmeyecektir” diyor.
Ancak genel görelilik sayesinde karanlık madde bu garip devleri ancak belli bir süreliğine kurtarabilir. Albert Einstein’ın teorisine göre, bir nesnenin yerçekimi alanı kütleyle doğrudan artmaz; yerçekimi daha fazla yerçekimi doğurur. Sonunda, bir nesne o kadar büyür ki kararsız hale gelir ve en ufak bir tedirginlik, yerçekiminin kontrolü ele geçirmesine ve onu bir kara deliğe doğru çökertmesine neden olabilir. Araştırmacılar, karanlık yıldızlar için bunun Güneş’in kütlesinin 1000 ila 10 milyon katı kütlelerde gerçekleşmesi gerektiğini hesapladılar.
Bu kütle aralığı, süper kütleli karanlık yıldızları, erken evrenin en büyük gizemlerinden birini açıklamak için mükemmel bir rakip haline getiriyor: süper kütleli kara delikler. Gökbilimciler devasa kara delikleri evrenin tarihinde son derece erken bir zamanda tespit ettiler, ancak bunların nasıl bu kadar hızlı oluştukları belli değil. Öne çıkan hipotezlerden biri, bunların normal yıldızlardan ziyade bir tür devasa “tohumdan” oluştuğudur.
Freese, “100 güneş kütlesinde bir kara deliğiniz varsa, birkaç yüz milyon yılda 1 milyar güneş kütlesine nasıl ulaşacaksınız? Yalnızca standart yıldızlardan kara delikler oluşturuyorsanız bu mümkün değil” diyor. “Oysa oldukça büyük tohumlarla başlıyorsanız bu gerçekten fark yaratır.” Karanlık yıldızlar bu tohumlar olabilir.
Ancak erken evrende karanlık yıldızların çözebileceği tek gizem bu değil. James Webb Uzay Teleskobu (JWST), sırasıyla küçük kırmızı noktalar ve mavi canavarlar olarak adlandırılan iki beklenmedik nesne türü daha tespit etti. Her ikisi de son derece uzak nesnelerdir ve her birinin ilk açıklaması onların kompakt galaksiler olmasıdır.
Ancak süper kütleli kara delikler gibi, bu nesneler de çok uzaktır ve dolayısıyla evrenin tarihinde, nasıl oluştuklarını kolayca açıklayabilmemiz için çok erkendir; sadece yeterli zaman yoktu. Freese ve başka bir grup meslektaşı, onlarla ilgili yaptığımız gözlemlerden, hem küçük kırmızı noktaların hem de mavi canavarların aslında bireysel, son derece büyük karanlık yıldızlar olabileceğini hesapladı.
Eğer karanlık yıldızlarsa ışıklarında bir imza olması gerekir. Bu imza, eğer varsa karanlık yıldızların absorbe etmesi gereken ışığın belirli bir dalga boyuyla ilgilidir. Sıradan yıldızlar ve bunlarla dolu galaksiler bu ışığı absorbe edemeyecek kadar sıcaktır.
Freese ve meslektaşları, bu uzak nesnelerin birçoğunun ilk JWST gözlemlerinde bu emilimin ipuçlarını buldular, ancak veriler, bunun orada olduğundan emin olmak için çok gürültülü. Freese, “Şu anda elimizdeki tüm adaylar için tayflara eşit derecede uyabilecek iki şey var: süper kütleli bir karanlık yıldız veya normal yıldızlardan oluşan bir galaksi” diyor. “Eğer bu eğimi görürseniz, bunun normal yıldızlarla dolu bir galaksi olmadığı kesin, bu karanlık bir yıldızdır. Ama şimdilik elimizde olan tek şey acınası küçük bir ipucu.”
Henüz karanlık yıldızları kesin olarak tespit ettiğimizi söyleyemeyiz ancak bu ileriye doğru atılmış bir adımdır. Wisconsin-Madison Üniversitesi’nden Dan Hooper, “Bu çok derin ve kesin bir delil değil, ama aradıkları gerçekten iyi motive edilmiş bir şey ve JWST’nin gördüğü şeylerin bu tür bir yöne işaret eden bazı yönleri var” diyor.
Bu nesnelerin gerçekten karanlık yıldızlar olup olmadığını belirlemek için ideal olarak daha yüksek hassasiyetlerde daha fazla gözleme ihtiyacımız olacak, ancak JWST’nin bu kadar uzaktaki galaksiler veya karanlık yıldızlar için gerekli ayrıntı düzeyine ulaşıp ulaşamayacağı henüz belli değil.
Japonya’daki Yüksek Enerji Hızlandırıcı Araştırma Organizasyonu’ndan Volodymyr Takhistov, “Karanlık yıldızın varlığını doğrulamak büyük bir keşif olacaktır” diyor. Bunun temel fizik üzerine yeni bir gözlem penceresi açabileceğini söylüyor. Bunun nedeni, karanlık yıldızların yalnızca süper kütleli kara deliklerin, küçük kırmızı noktaların ve mavi canavarların kozmik gizemlerini çözmekle kalmayıp, aynı zamanda onları şu anda hakkında çok az şey bildiğimiz karanlık maddenin doğasını araştırmak için de kullanabilmemizdir.
Bu özellikle süper kütleli kara deliklerin tohumları ise geçerlidir. Freese, Fuller ve ekibi çöküp kara delikler oluşturacakları kütlenin, çekirdeklerinde yok olan karanlık madde parçacıklarının kütlesine bağlı olduğunu hesapladı. Bu, karanlık maddenin özelliklerini ölçmek veya en azından sınırlamak için süper kütleli kara delikleri kullanabileceğimiz anlamına geliyor. Elbette öncelikle karanlık yıldızların var olduğunu doğrulamamız gerekiyor. Hooper, “Eğer bu şeyler oradaysa, nadirdir” diyor. “Nadir ama olağanüstü.”
