Bilim insanları, 2019 yılında karanlık maddeyi tesadüfen tespit etmiş olabileceklerini duyurdu. Bu potansiyel olarak tarihi keşif, uzay-zamanın dokusundaki dalgalanmalar olan kütle çekim dalgaları verilerinde saklı olabilir.
Amerika Birleşik Devletleri, İngiltere ve Avrupa'dan fizikçiler, iki kara deliğin karanlık madde bulutu içinde çarpışması durumunda, yaydıkları kütle çekim dalgalarının bu ortamın izini taşıyabileceğini öne sürüyor. Bilim insanları, bu modeli onlarca kütle çekim dalgası tespitine uyguladıklarında, potansiyel olarak bu senaryoya uyan bir olay buldular.
Bu henüz bir doğrulama olmaktan uzak olsa da, ekip bunun hem kütle çekim dalgalarını hem de karanlık maddeyi incelemek için yeni bir yol açabileceğini belirtiyor. Amsterdam Üniversitesi'nden fizikçi Rodrigo Vicente, "Kara delikleri karanlık madde aramak için kullanmak harika olurdu" diyor ve ekliyor: "Karanlık maddeyi daha önce hiç olmadığı kadar küçük ölçeklerde inceleyebileceğiz."
1916'da Einstein, yer çekimini uzay-zamanın eğriliğiyle ilişkilendirilen bir ürün olarak tanımlayan genel görelilik teorisini yayınladı. Teorinin öngörüleri gözlemlerle doğrulansa da, yaklaşık bir yüzyıl boyunca açıklanamayan bir gizem vardı. Einstein, kara delikler veya nötron yıldızlarının çarpışması gibi yüksek kütleli nesnelerin hareketlerinin, uzay-zamanda ışık hızında dalgalanmalar yaratabileceğini öngörmüştü.
Bu kütle çekim dalgalarının doğrudan tespiti ise ancak 2015'te gerçekleşti ve o zamandan beri yüzlerce olay kaydedildi. Her bir kütle çekim dalgası, olayla ilgili bilgileri, dahil olan nesnelerin kütlelerini ve dolayısıyla kimliklerini içeriyor. Genellikle farklı boyutlardaki kara deliklerin birleşmesi, nötron yıldızlarının çarpışması veya kara deliklerin yıldız kalıntılarını yutması gibi olaylar tespit ediliyor. Bazı sinyaller ise paralel evrenlere açılan solucan delikleri gibi daha egzotik nesnelere işaret edebiliyor.
Yeni araştırmanın arkasındaki ekip, kütle çekim dalgası sinyallerinde başka bilgilerin gizlenip gizlenmediğini merak etti. Özellikle, evreni doldurduğu ve yalnızca yer çekimi etkisiyle normal maddeyle etkileşime girdiği tahmin edilen gizemli madde olan karanlık madde gizemini çözmeye yardımcı olabilirler miydi?
Bir model, karanlık maddeyi ultra hafif parçacıklardan oluştuğu şeklinde tanımlıyor. Bu parçacıklar bir alan oluşturabilir ve kara deliklerin yoğun yer çekimi gibi aşırı ortamlarda toplu olarak bir dalga gibi davranabilir. Dönmekte olan kara deliklerin uzay-zamanı kendileriyle birlikte sürüklediği biliniyor. Bu dönüş enerjisinin, etrafındaki karanlık madde bulutlarını da etkileyebileceğini düşünmek büyük bir sıçrama sayılmaz. Buna karşılık, bu bulutların, birbirine çarpan ikili kara deliklerin dinamiğini değiştirmesi beklenir ve araştırmacılara göre bu, yaydıkları kütle çekim dalgalarına belirli izler bırakacaktır.
Ekip, bu fenomenin Dünya'daki dedektörlerimize ulaştığında kütle çekim dalgası sinyalleri üzerindeki etkisini modelledi ve karanlık madde bulutu olmadan meydana gelen birleşmelerle karşılaştırdı. Son olarak, modellerini Amerika Birleşik Devletleri'ndeki LIGO, İtalya'daki Virgo ve Japonya'daki KAGRA'dan oluşan kütle çekim dalgası gözlemevlerinin LVK ağının yaptığı 28 tespitine uyguladılar. Bu tespitlerden 27'si, bir boşlukta meydana gelmiş örüntüler gösterdi. Ancak Temmuz 2019'da tespit edilen ve GW190728 olarak adlandırılan bir olay, yoğun bir karanlık madde bulutu içinde çarpışan bir çift kara delikle tutarlı bir örüntü sergiledi.
Bu sonuç kesinlikle ilgi çekici olsa da, araştırmacılar henüz güçlü sonuçlar çıkarmamaya dikkat çekiyor. MIT'den fizikçi Josu Aurrekoetxea, "Bunun istatistiksel anlamlılığı, karanlık madde tespiti iddiasında bulunmak için yeterince yüksek değil ve bağımsız gruplar tarafından daha fazla kontrol yapılmalıdır" diyor. Aurrekoetxea, "Önemli bulduğumuz şey, bizim gibi dalga formu modelleri olmadan, karanlık madde ortamlarındaki kara delik birleşmelerini tespit edebileceğimiz, ancak sistematik olarak vakumda meydana gelmiş gibi sınıflandırabileceğimizdir" diye ekliyor.
Elbette, karanlık maddenin ne biçimde olduğunu hala bilmiyoruz. Belki de bu şekilde bulutlar oluşturmuyordur. Belki de karanlık madde WIMP'ler veya MACHO'lar olabilir; kendi kendine etkileşimli veya inert olabilir; elektromanyetizma ile etkileşime girebilir veya küçük, ilkel kara delikler olabilir. Ya da hiç var olmayabilir ve yer çekimi modellerimizi değiştirmemiz gerekebilir. Karanlık maddeye ışık tutmak için çok daha fazla çalışma gerekecek.
Yeni araştırma, Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.
