Bilim insanları, evrendeki en gizemli varlıklar olan karadeliklerin çarpışması sonucu ortaya çıkan ve 'karadelik lokmaları' olarak adlandırılan minik, yoğun nesnelerin, uzay ve zamanın kuantum yapısını anlamamız için eşsiz bir fırsat sunabileceğini teorik bir çalışmayla ortaya koydu. Daha da çarpıcı olanı, bu lokmalardan yayılan sinyallerin mevcut gözlem araçlarıyla tespit edilebileceği öne sürülüyor.
Yapılan bu yeni çalışmaya göre, eğer bu 'karadelik lokmaları' oluşursa, yaydıkları radyasyonun mevcut gama ışını gözlemevleri aracılığıyla tespit edilebileceği belirtiliyor.
Çalışmanın ortak yazarlarından biri olan ve Danimarka Güney Üniversitesi'nde teorik fizikçi olarak görev yapan Francesco Sannino, bu nesnelerin oluşması durumunda, yaydıkları radyasyonun mevcut gama ışını teleskoplarıyla tespit edilebileceğini ifade etti.
Hawking Radyasyonu ve En Küçük Karadelikler
Modern fiziğin en derin gizemlerinden biri, yerçekiminin kuantum seviyesinde nasıl davrandığıdır. Yeni çalışma, devasa karadelik çarpışmalarının ardından oluşan minik karadeliklerin yaydığı ışıltıyı inceleyerek bu alana cesur bir yaklaşım sunuyor.
Karadeliklerin tamamen kara olmadığını ve dolayısıyla zayıf bir radyasyon yayabileceğini ilk kez 1970'lerde Stephen Hawking ortaya atmıştı. Hesaplamaları, bir karadeliğin olay ufkunda meydana gelen kuantum etkilerinin, radyasyon yaymasına ve kütle kaybetmesine neden olacağını göstermişti. Bu süreç günümüzde Hawking radyasyonu olarak biliniyor. Karadeliğin sıcaklığının kütlesiyle ters orantılı olduğu öngörülüyor. Bu nedenle, astrofiziksel karadelikler için bu etki son derece küçüktür ve sıcaklıkları o kadar düşüktür ki, radyasyon pratik olarak tespit edilemez. Ancak çok küçük karadelikler söz konusu olduğunda durum farklıdır.
Çalışmanın diğer bir ortak yazarı ve Fransa Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi'nde (CNRS) kıdemli araştırmacı olan Giacomo Cacciapaglia, "Karadelik lokmaları, iki astrofiziksel karadeliğin şiddetli birleşmesi sırasında oluşabilecek varsayımsal mikro-karadeliklerdir," dedi. "Daha büyük olan ana karadeliğin aksine, bu lokmalar çok daha küçüktür; kütleleri asteroidlere benzetilebilir ve bu nedenle karadelik kütlesi ile Hawking sıcaklığı arasındaki ters ilişki nedeniyle çok daha sıcaktırlar."
Bu yüksek sıcaklık nedeniyle, bu lokmalar nispeten hızlı bir şekilde buharlaşır ve gama ışınları ile nötrinolar gibi yüksek enerjili parçacık patlamaları yayar. Ekibin analizi, bu radyasyonun, günümüz dedektörlerinin menzilinde olabilecek belirgin bir sinyal oluşturabileceğini öne sürüyor.
Kuantum Kütleçekimi İçin Yeni Bir Pencere
Henüz böyle bir lokma gözlemlenmemiş olsa da, araştırmacılar bu minik karadeliklerin oluşumunun teorik olarak mümkün olduğunu savunuyor. Çalışmanın bir başka ortak yazarı ve Lyon İki Sonsuzluk Fizik Enstitüsü'nden kıdemli araştırmacı Stefan Hohenegger, "Fikir, nötron yıldızı birleşmelerindeki benzer süreçlerden esinlendi," açıklamasında bulundu. "Genel Görelilik ötesi çerçevelerden, sicim teorisi ve ekstra boyut modelleri de dahil olmak üzere tahminlerle destekleniyor."
Böylesine aşırı ortamlarda, küçük ölçekli kararsızlıklar, birleşme sırasında minik karadelikleri koparabilir. Bu nesneler de, kütlelerine bağlı olarak milisaniyelerden yıllara kadar değişen zaman ölçeklerinde Hawking radyasyonu yoluyla buharlaşabilir.
En önemlisi, eğer böyle bir radyasyon tespit edilirse, bu yeni fiziğe bir pencere açabilir. Sannino, "Hawking radyasyonu, uzay-zamanın temel kuantum yapısı hakkındaki bilgileri kodlar," diyerek, "Spektral özellikleri, aşırı enerji ölçeğindeki Standart Model'den sapmaları ortaya çıkarabilir ve potansiyel olarak bilinmeyen parçacıkların veya çeşitli teorilerle öngörülen ekstra boyutlar gibi olguların keşfedilmesine yol açabilir."
Bu enerji ölçekleri, CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi en güçlü parçacık çarpıştırıcılarının bile ulaşamayacağı kadar uzaktır. Karadelik lokmalarının, bu fiziği incelemek için doğal bir "hızlandırıcı" sağlama olasılığı, onları bu kadar ilgi çekici kılan şeydir.
Ekibe göre, bir karadelik lokmasının imzası, tipik gama ışını patlamalarının aksine her yöne yayılan gecikmiş bir yüksek enerjili gama ışını patlaması olacaktır. Bu patlamalar genellikle odaklanmış bir demet halindedir.
Bu tür yüksek enerjili sinyalleri tespit edebilen enstrümanlar arasında, Namibya'daki Yüksek Enerjili Stereoskopik Sistem (HESS), Meksika'daki Yüksek Rakım Su Cherenkov Gözlemevi (HAWC) ve Çin'deki Büyük Rakım Hava Duşu Gözlemevi (LHAASO) gibi atmosferik Cherenkov teleskopları ile Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu gibi uydu tabanlı dedektörler bulunuyor. Hohenegger, "Bu enstrümanların bazılarının zaten gerekli hassasiyete sahip olduğunu belirtti."
Araştırmacılar sadece teorik çalışmalarla yetinmedi. Bilinen karadelik birleşmeleri sırasında lokma biçiminde ne kadar kütlenin yayılabileceğine dair üst sınırlar koymak için HESS ve HAWC'den elde edilen mevcut verileri kullandılar. Bu sınırlar, bu tür olgulara ilişkin ilk gözlemsel kısıtlamaları temsil ediyor.
Cacciapaglia, "Karadelik lokmalarının birleşmeler sırasında oluşması durumunda, lokmaların zamanlamasının kütlelerine bağlı olduğu bir yüksek enerjili gama ışını patlaması üreteceğini gösterdik," dedi. "Analizimiz, bu yeni çoklu-mesajcı imzasının kuantum kütleçekimsel olgulara deneysel erişim sağlayabileceğini gösteriyor."
Sonraki Adımlar
Çalışma, lokmalar için ikna edici bir argüman sunsa da, birçok belirsizlik devam ediyor. Oluşumları için kesin koşullar hala tam olarak anlaşılamamıştır ve onları modellemek için gereken ölçeklerde tam simülasyonlar henüz gerçekleştirilmemiştir. Ancak araştırmacılar iyimser.
Sannino, "Gelecekteki çalışmalar, lokma oluşumu için teorik modelleri iyileştirmeyi ve daha gerçekçi kütle ve dönüş dağılımlarını içerecek şekilde analizi genişletmeyi içerecektir." dedi. Ekip ayrıca, hem arşivlenmiş hem de gelecek veri kümelerinde özel aramalar yapmak için gözlemsel astronomlarla işbirliği yapmayı umuyor.
Hohenegger, "Umarız bu araştırma çizgisi, kütleçekimin kuantum doğasını ve uzay-zamanın yapısını anlamak için yeni bir pencere açar." diye ekledi.
Eğer karadelik lokmaları mevcutsa, gökyüzünü egzotik radyasyonla aydınlatmakla kalmayıp, fizikteki en derin çözülmemiş sorulara da ışık tutabilir.
