Son zamanlarda Dünya'ya çarpan inanılmaz derecede güçlü bir "hayalet parçacık", nadir görülen bir tür patlayan kara delikten gelmiş olabilir. Eğer bu iddia doğruysa, bu olağanüstü olay hem parçacık fiziği hem de karanlık madde hakkındaki anlayışımızı kökten değiştirebilir. Ancak bu sadece bir teori ve gerçekleştiğine dair henüz kesin bir kanıt bulunmuyor.
2023'ün başlarında, Akdeniz'in dibinde yeni inşa edilen devasa bir sensör dizisi olan Kübik Kilometre Nötrino Teleskobu (KM3NeT) araştırmacıları, neredeyse hiç kütlesi olmayan ve çoğu maddeyle etkileşime girmeyen hayaletimsi bir parçacık olan nötrinoyu tespit etti. Bu spesifik parçacık, nötrinoların tipik tuhaflıklarının yanı sıra, sıra dışı yoğunluğuyla da dikkat çekiciydi. Gezegenimize yaklaşık 220 katrilyon elektron volt'luk bir enerjiyle çarptı; bu, bugüne kadar tespit edilen diğer tüm nötrinolardan en az 100 kat daha güçlü ve CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi insan yapımı parçacık hızlandırıcılarında gözlemlenen her şeyden yaklaşık 100.000 kat daha fazladır.
İmkansızı Açıklamak
Araştırmacılar başlangıçta bu "imkansız" nötrinonun kaynağı konusunda emin olamadılar. Bir kozmik ışının Dünya atmosferine girmesi ve gezegen yüzeyine yağan yüksek enerjili parçacıklar zincirini tetiklemesiyle oluşmuş olabilir. Ancak eşi benzeri görülmemiş gücü, uzmanları tam olarak anlamadığımız yüksek enerjili bir kozmik olaydan kaynaklandığını varsaymaya yöneltti.
Physical Review Letters dergisinde yayımlanmaya kabul edilen yeni makalede, bir araştırma grubu nötrinoyu doğuranın ilkel bir patlayan kara delik (PBH) olduğuna inanıyor.
PBH'ler, atom boyutundan toplu iğne başına kadar değişebilen ve Büyük Patlama'nın ilk anlarına ait olduğu düşünülen son derece küçük bir kara delik sınıfıdır. Bu konsept, ilk olarak 1970'lerin başlarında İngiliz fizikçi Stephen Hawking tarafından popülerleştirildi. Hawking, bu minyatür tekilliklerin, yavaşça buharlaşırken Hawking radyasyonu olarak adlandırılan büyük miktarlarda yüksek enerjili parçacık yayacağını öne sürdü. Teorik olarak bu, patlama kapasitesine sahip oldukları anlamına da gelirdi.
Araştırmanın ortak yazarlarından Andrea Thamm, yaptığı açıklamada, "Bir kara delik ne kadar hafifse, o kadar sıcak olmalı ve o kadar çok parçacık yaymalıdır. PBH'ler buharlaştıkça giderek hafifler ve daha sıcak hale gelir, patlamaya kadar giden bir süreçte daha da fazla radyasyon yayarlar." dedi.
İmkansız nötrinonun muazzam gücünün yanı sıra en büyük gizemlerinden biri, Antarktika'nın buzlu yüzeyinin altına gömülü IceCube Nötrino Gözlemevi gibi dünyanın diğer nötrino dedektörleri tarafından tespit edilmemiş olmasıdır. PBH'lerin evrende oldukça yaygın olduğu varsayıldığından, benzer şekilde güçlü parçacıkların da bu olası keşiften önce veya sonra tespit edilmiş olması beklenirdi, özellikle de nötrino dedektörlerinin sayısı hızla artarken.
Araştırmacılar, bunun sebebinin nötrinonun, "karanlık yük" adı verilen, "karanlık elektron" olarak adlandırılan ağır, varsayımsal bir elektron versiyonunu içeren normal elektrik kuvvetinin bir çeşidine sahip özel bir PBH türü tarafından yayıldığını söylüyorlar.
Bu teorik PBH türünün karanlık özellikleri, bu kara deliklerin patlamalarının tespit edilmesini daha az olası hale getiriyor. Araştırmacılar, bugüne kadar tespit edilen daha az güçlü nötrinoların bu olayların kısmen eksik tespitleri olabileceğini de ekliyorlar.
Thamm, "Karanlık yüke sahip bir PBH'nin benzersiz özellikleri vardır ve diğer, daha basit PBH modellerinden farklı şekillerde davranır. Bunun, görünüşte tutarsız olan deneysel verilerin tümünü açıklayabileceğini gösterdik." dedi.
Kozmik Anlayışı Yeniden Şekillendirmek
Yeni araştırma quasi-ekstremal PBH'lerin varlığına işaret etse de, onları doğrulamıyor veya araştırmacıların düşündüğü gibi patladıklarını kanıtlamıyor. (Normal PBH'ler de doğrudan gözlemlenmiş olmasa da, var olduklarına dair güçlü bir fikir birliği var.)
Ancak ekip, bu karanlık patlamaların gerçekliğini kanıtlamanın uzun sürmeyeceğinden emin. Aynı araştırma grubu yakın zamanda, 2035 yılına kadar ilk quasi-ekstremal PBH'nin patlama olasılığının %90 olduğunu öngördü ve bu iki ana nedenden dolayı son derece heyecan verici olacaktır.
İlk olarak, bu patlamalar o kadar güçlü olacaktır ki, muhtemelen "var olan tüm atom altı parçacıkların kesin bir kataloğunu", Higgs bozonu gibi bilinen varlıkları; gravitonlar veya zaman yolculuğu yapan takyonlar gibi teorik parçacıkları ve "şimdilik bilim tarafından tamamen bilinmeyen her şeyi" yayacaklardır.
İkinci olarak, bu kara delikler karanlık maddenin gizemli kimliğini ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir. Karanlık madde, göremediğimiz ancak neredeyse her gözlemlenen galakside, Milky Way dahil, kütleçekimsel etkisini algılayabildiğimiz görünmez maddedir. Araştırmacılar, quasi-ekstremal PBH'lerin "evrendeki gözlemlenen tüm karanlık maddeyi oluşturabileceğini" yazıyorlar, bu nedenle birini bulmak bu gizemi çözmeye yardımcı olabilir. (Benzer isimlere rağmen, karanlık madde doğrudan karanlık yük veya karanlık elektronlarla ilgili değildir.)
Araştırmacılar ve fizikteki diğer birkaç ekip, ilk patlamanın ne zaman tespit edileceğini merakla bekliyor.
Araştırmanın baş yazarlarından Michael Baker, "Bu inanılmaz olay", "evrene yeni bir pencere açacak" ve "bu açıklanamayan fenomeni açıklamaya" yardımcı olacaktır dedi.
