Maddeyi enerjiye dönüştüren kara delikler, karanlık enerjiyi açıklayabilir ve diğer iki kozmik soruyu yanıtlayabilir. Şimdi asıl zorluk onları bulmak
Uzay-zaman birbirinden ayrılıyor. Geçen her saniye evren daha hızlı genişliyor. Ancak bu dramatik ivmeyi harekete geçiren şey bir muammadır; bilim adamlarının onlarca yıldır bildiği ve araştırdığı bir şey. Yine de onu anlamaya yaklaşmış değiliz. Biz buna karanlık enerji diyoruz ama ne olduğu ya da nereden geldiği hakkında neredeyse hiçbir şey bilmiyoruz. Bununla birlikte evrenin yaklaşık yüzde 68’ini oluşturur.
Bununla birlikte, bu gizemin kara deliklerle hiçbir ilgisi olmadığını varsaymak mantıklı olacaktır: Yerçekimi açısından o kadar güçlü devler ki, bir şey belirli bir noktanın ötesine çekildiğinde asla kaçamaz. Maddeyi kendilerine doğru çekiyorlar, peki evrenin genişlemesini nasıl sağlıyorlar? Ancak küçük bir astrofizikçi grubunun önerdiği şey tam olarak budur.
Hikaye şöyle devam ediyor: Kara deliklere düşen her madde, onu bir tür radyasyona dönüştüren bir süreçten geçiyor. Bu da etrafındaki boşluğa bir kuvvet uygular. Böyle bir etki yakın çevrede fark edilemeyecek kadar küçük olacaktır, ancak evrendeki tüm kara delikleri bir araya getirdiğimizde, her şeyi amansız bir şekilde diğer her şeyden uzaklaştırabilecek bir şeye dönüşmeye başlar.
Bu çılgın fikir kenarda başladı ve onlarca yıl boyunca pek çok kez tekrarlanarak ortaya çıktı. Ancak son birkaç yıldır giderek daha fazla kozmolog buna dikkat ediyor; evrenin bir değil, iki değil üç gizemine potansiyel bir açıklama sunduğu ortaya çıktı. Arizona Eyalet Üniversitesi’nden kozmolog Kevin Croker, “Artık saçmalık değil” diyor. “Son derece tartışmalı, ancak uç nokta değil.”
Kara delikler tam da çok kafa karıştırıcı oldukları için kendilerini potansiyel bir karanlık enerji kaynağı olarak sunuyorlar. Kanada’daki Waterloo Üniversitesi’nden kozmolog Niayesh Afshordi, “Galaksiler ve kümeler gibi evrendeki yapıların çoğunun karanlık enerji üzerinde çok az etkisi var. Ancak her zaman olası bir istisna olmuştur” diyor. “Kara delikler (sonuçta) her şeyden çok daha gizemlidir.”
Kara delik tekilliği
Her şey, yerçekiminin o kadar güçlü olduğu ve maddenin sonsuz yoğunluğa sıkıştırıldığı bir kara deliğin merkezindeki noktaya gelir. Astrofiziksel tekillik olarak bilinen bu, her zaman henüz anlamadığımız fizik için bir yer tutucu olarak görülmüştür. Michigan Üniversitesi’nden kozmolog ve astrofizikçi olan ve kozmolojik olarak eşleşmiş bu kara deliklere ilişkin çalışmalarda önde gelen isimlerden biri olan Gregory Tarlé, “Kimse tekilliğe inanmıyor” diyor. Gerçekte bir şeyin tekilliğin oluşmasını engellediğini söylüyor. “Bunu durduracak şey, bu çöküşe neden olan maddenin bir şekilde karanlık enerjiye dönüşmesidir.”
Kimse bunun nasıl olacağını tam olarak bilmiyor. Ancak Tarlé bunu, her şeyin sıcak bir radyasyon çorbası olduğu evrenin ilk anlarıyla karşılaştırıyor. Büyük patlamadan sonraki anlarda evren soğudu ve bu radyasyonun büyük kısmı maddeye dönüştü. Kozmolojik olarak eşleşmiş kara deliklerin içinde bu süreç tersine işleyecektir. Ancak bu, maddeye değil, enerji yoğunluğuna dayalı olan çekim kuvvetini etkilemez.
İtalya’daki Trento Üniversitesi’nden fizikçi ve kozmolog Massimiliano Rinaldi, “Tek bir toz parçacığının nasıl radyasyona dönüştüğünü anlamaya çalışırsanız, bu bilinmemektedir” diyor. “Fakat bunun olabileceğini varsayıyoruz; bu dönüşüm göründüğü kadar çılgınca değil.”
Bu makale kozmolojideki krize ilişkin özel sayımızın bir parçasıdır
Paketin tamamını burada keşfedin
Uzun zamandır kara deliklerin yalnızca yakın çevrelerini gerçekten etkileyebileceği konusunda fikir birliği vardı. Kozmolojik olarak eşleşmiş kara delik kavramının öncülerinden biri olan Croker, “Ana fikir bir nevi ‘Vegas’ta olan Vegas’ta kalır’dı ama bu doğru değil” diyor. “İnsanlar bir nedensellik argümanı öne sürmeyi seviyorlar: Buradaki şeyler neden bu kadar uzaktaki şeyleri etkiliyor? Ama bunlardan sadece biri değil, tonlarca var ve her yerdeler. Bu, toplu bir etki.”
Kozmolojik olarak eşleşmiş tek bir kara deliğe bir miktar madde atarsanız, bunun kozmosu büyük ölçüde etkilemeyebileceğini söylüyor. Öte yandan, evrenin her yerindeki bu kara deliklere madde döken bir kozmik damperli kamyon filonuz olsaydı, onun genişlemesini hızlandırabilirdiniz. Bu biraz birçok küçük balonla dolu bir balona benziyor: küçükleri şişirdiğinizde büyük olan da genişlemeye zorlanacaktır. Eğer bu kara delikler gerçekse, o zaman popülasyon olarak evrenin genel yapısına ayrılmaz bir şekilde bağlı olmaları gerekir.
Kozmolojik olarak eşleşmiş kara deliklerin kanıtı
Ve bunların hepsi teorik de değil. Kara deliklerin kozmolojik olarak bağlantılı olabileceğine dair ilk kanıt, 2023 yılında Croker, Tarlé ve meslektaşlarının küçük balonların aslında genişliyor gibi göründüğünü ortaya çıkarmasıyla geldi: evrendeki kara delikler beklenmedik derecede yüksek hızlarda büyüyor gibi görünüyor. Croker’ın “maksimum derecede sıkıcı” olarak adlandırdığı ve neredeyse hiç büyümesi gereken süper kütleli kara delikler bile evrenin genişlemesine ayak uyduruyor. Tarlé, “Kara delikler oluştuktan sonra bu karanlık enerjiyi yarattıklarını ve ardından evren genişledikçe (karanlık) enerjinin de büyüdüğünü söyleyen önemli bir şeyi ilk kez gördük” diyor.
Belki de bu hipoteze yönelik en büyük itiraz, kozmolojik olarak eşleşmiş kara deliklerin neye benzeyeceği veya tam olarak nasıl davranacakları hakkında hiçbir fikrimizin olmamasıdır. Rinaldi, “Sorun şu ki, bu nesneleri tanımlayan matematiksel açıdan kesin bir çözümümüz yok; bir ortalamamız var” diyor. Bu çözüm olmadan, örneğin kozmolojik olarak eşleşmiş kara deliklerin birleşirkenki davranışının, bu sürece ilişkin gözlemlerimizle eşleşip eşleşmeyeceğini söylemek imkansızdır. “Görev çok ama çok zor, çünkü denklemler berbat, ama bir noktada bir ilerleme olabilir, sadece zamana ihtiyacı var” diyor.
Fikir ilk geliştirildiğinden bu yana geçen birkaç yıl içinde, zaman ve yoğun araştırmalar onu birçok ciddi kozmolog tarafından reddedilen bir şey olmaktan çıkarıp en azından makul görülen bir şey haline getirdi. Bunun bir nedeni, Arizona’daki Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrümanı’ndan (DESI) elde edilen bazı kafa karıştırıcı yeni sonuçlarla örtüşüyor gibi görünmesidir.
DESI sonuçları
DESI, evrendeki milyonlarca galaksinin konumlarını ölçüyor ve aralarındaki mesafelerin kozmik tarih boyunca nasıl değiştiğine dair kesin bir harita oluşturuyor. Bu mesafeler, evrenin çeşitli dönemlerde ne kadar hızlı genişlediğini hesaplamamıza olanak tanır. Ve son iki yılda ilk sonuçlar açıklandı. Karanlık enerjinin zamanla zayıflayabileceğini öne sürüyorlar ki bu da bomba etkisi yaratıyor: Kozmolojinin standart modeli, karanlık enerjinin sabit olmasını gerektirir. Tarlé, “Verileri ilk kez görünce ağzımız açık kaldı” diyor. “Karanlık enerjinin zamanla değiştiği çok açıktı.”
Ancak karanlık enerjinin etkileri kara deliklerle kozmolojik eşleşmeden kaynaklanıyorsa DESI sonuçları anlamlıdır. Kara deliklerin oluşumu, yaklaşık 10 milyar yıl önce zirveye ulaşan ve o zamandan bu yana giderek yavaşlayan yıldız oluşumuyla aynı eğilimi izliyor. Bu sadece DESI tarafından ima edilen karanlık enerji miktarının azaldığını açıklamakla kalmayacak, aynı zamanda başka bir büyük kozmik gizemin açıklanmasına da yardımcı olacaktır.
Karanlık enerjiyle birlikte evrendeki karanlık maddenin düzeni (yukarıda gösterilmiştir) evrenin yapısını şekillendirir.
Hubble gerilimi, evrenin genişlemesini hesaplamanın iki ana yolu arasındaki tutarsızlıkla ilgilidir; biri nispeten yakındaki nesnelerin ölçümlerine dayanır, diğeri ise büyük patlamadan kalan ışığın ölçümlerinden ileriye doğru tahmin yapmak için standart kozmoloji modelini kullanmaya dayanır. Kozmoloji modelimize kozmolojik olarak eşleşmiş kara delikler eklemek, bu sorunu tamamen çözemeyebilir, ancak iki yöntemin neden çelişkili sonuçlar verdiğine dair bir açıklama sağlayarak gerilimi önemli ölçüde hafifletir: kozmik tarihte araştırdıkları zamanlar farklı genişleme oranlarına sahip olurdu.
Hubble gerilimi ve karanlık enerjideki bariz zayıflama için önerilen başka açıklamalar da var, ancak bunlar standart fizik anlayışımızın ötesindeki egzotik varsayımsal olaylara güvenme eğilimindedir. Rinaldi, “(Kozmolojik olarak eşleşmiş kara delikler fikri) genel göreliliğe dayanır ve başka hiçbir şeye dayanmaz – ve bu bir artı” diyor. Belki de şaşırtıcı bir şekilde bu, bu iki sorun bağlamında nispeten muhafazakar bir öneri haline geliyor.
Şimdi Tarlé, Croker ve bir grup meslektaşı, “üç ayaklı tabure” olarak adlandırdıkları gözlemlere, tahminleriyle örtüşen başka bir kanıt daha eklediler. Bu son bacak, parçacık fiziğinde bir gizem olması bakımından diğer ikisinden biraz farklıdır. Evrenin davranışı, kozmologların, içerdiği kütle miktarına ilişkin bir bütçe oluşturmasına olanak tanır ve bu, daha sonra her bir parçacık türünün kütlesini hesaplamak için kullanılabilir.
Her şey yolunda ve güzel, ancak konu nötrinolara gelince, bunlar diğer maddelerle çok nadiren etkileşime giren ve bazen “hayalet parçacıklar” olarak anılan küçük – ama en önemlisi kütlesiz olmayan – parçacıklar. Yeni DESI verileri dikkate alındığında, bütçe hesaplamalarının işe yaraması için nötrinoların negatif bir kütleye sahip olması gerekiyor. Negatif olmasına izin verilmemesi gerektiğinden sıfır olmalıdır.
Ancak kara deliklerin içinde madde karanlık enerjiye dönüşüyorsa bu, evrenin dengesini etkiler. Kozmolojik olarak eşleşmiş kara delikler, normal maddeyi karanlık enerjiye dönüştürerek kütle bütçesinde yer açacaktır. Nötrinoların yalnızca pozitif bir kütleye sahip olması için değil, aynı zamanda deneysel ölçümlerle uyumlu olması için de yeterli alan yaratacakları ortaya çıktı.
Bu üç kanıt, kozmolojik olarak eşleşmiş kara delikler hipotezini tamamen ortaya çıkarmak için yeterli mi? Croker, “Şu anda sunduğumuz delillerin üç ayağı var. Üzerine oturabileceğimizi düşünüyoruz” diyor. “Topluluktaki diğer insanlar bunun tehlikeli derecede saçmalık olduğunu düşünebilir, ancak umudum bir noktada diğer bazı insanların da bu işe atlayacağıdır.”
Bu zaten gerçekleşmeye başladı. Kozmolojik olarak eşleşmiş kara deliklere ilişkin daha önceki araştırmalar, her biri yalnızca bir avuç ortak çalışandan oluşan küçük araştırma grupları tarafından yapılmıştı, ancak nötrino kütleleri üzerine yapılan son makalenin 50 ortak yazarı var.
Bu tür tartışmalı tekliflerde her zaman olduğu gibi, araştırmacıların asıl ihtiyaç duyduğu şey daha iyi modeller (bu durumda “korkunç” denklemlerin çözümleri) ve daha fazla veridir. En azından ikincisi yakında çıkacak. DESI hala galaksilere ilişkin daha fazla gözlem topluyor ve evrene ilişkin diğer birçok büyük araştırma da sürüyor. Afshordi, “Bu bir dedektif hikayesi: çok şüpheli davranan bariz bir şüpheli var ve bariz bir suç var” diyor. Evrenin hızlanan genişlemesinin arkasında kara deliklerin olabileceğine dair üç ipucu varken, giderek daha fazla dedektif bu olayla ilgileniyor. “Fakat tabii ki işin zor kısmı bu bağlantıyı kurmak.”
