MIT’nin yaptığı çalışma, Mars’ın yörüngesindeki bir sallantının karanlık maddenin bir işareti olabileceğini öne sürüyor. Araştırmacılar, Mars’ın yörüngesindeki değişiklikleri izleyerek, geçen karanlık maddeyi tespit etmenin yeni bir yolu olabileceğini belirtiyorlar. Bu, özellikle ilkel kara deliklerin karanlık maddenin birincil kaynağı olabileceği fikrine destek sağlayabilir.
MIT fizikçileri tarafından yapılan yeni bir çalışmada, evrendeki karanlık maddenin çoğunluğunun mikroskobik ilkel kara deliklerden oluştuğu öneriliyor. Bu fikir ilk olarak 1970’lerde ortaya atılmıştı. Araştırmacılar, bu kara deliklerin her on yılda bir güneş sistemimizden geçmesi gerektiğini öne sürüyorlar. Böyle bir geçişin, Mars’ın yörüngesinde bugünün teknolojisiyle tespit edilebilecek bir sallantıya neden olacağı tahmin ediliyor. Bu tür bir tespit, ilkel kara deliklerin evrendeki karanlık maddenin birincil kaynağı olduğu fikrine destek sağlayabilir.
Çalışmanın yazarı ve MIT’de fizik profesörü olan David Kaiser, “On yıllardır süren hassas telemetri sayesinde, Yer ile Mars arasındaki uzaklığı yaklaşık 10 santimetre doğrulukla biliyoruz,” diyor. “Bu yüksek derecede gözlenebilen uzay bölgesinden yararlanarak olası küçük bir etkiyi görmeye çalışıyoruz. Eğer bunu görürsek, tüm karanlık maddenin Büyük Patlamadan sonra bir saniyeden daha kısa bir sürede oluşan ve 14 milyar yıldır evrende dolaşan kara deliklerden oluştuğu fikrini destekleyecek kanıta ulaşmış olacağız” diyor.
Parçacıkların Ötesinde
Tüm fiziksel maddenin yüzde 20’sinden azı, yıldızlar ve gezegenlerden mutfak lavabosuna kadar görülebilir maddeden oluşur. Geri kalanı ise, elektromanyetik spektrumun tamamında görünmez olan ancak evrene yayılmış ve yıldızlar ile gök adaların hareketini etkileyecek kadar büyük bir çekim kuvveti uyguladığı düşünülen varsayımsal bir madde olan karanlık maddeden oluşur.
Fizikçiler, karanlık maddeyi tespit etmek ve özelliklerini belirlemek için dedektörler kurmuşlardır. Çoğu deney, karanlık maddenin, belirli bir deneyden geçerken gözlemlenebilir parçacıklara saçılabilecek ve bozunabilecek egzotik bir parçacık formunda olduğunu varsayar. Ancak şimdiye kadar, bu tür parçacık tabanlı aramalar sonuçsuz kalmıştır.
Son yıllarda, 1970’lerde ilk kez ortaya atılan tez yeniden gündeme geldi: Karanlık madde, parçacık formunda olmak yerine, Büyük Patlamanın hemen ardından oluşan mikroskobik, ilkel kara delikler olarak var olabilir. Yaşlı yıldızların çöküşünden oluşan astrofiziksel kara deliklerin aksine, ilkel kara delikler, evrenin çok erken dönemlerinde yoğun gaz ceplerinin çöküşünden oluşmuş ve evren genişleyip soğudukça kozmos boyunca dağılmış olabilir.
Bu ilkel kara delikler, muazzam miktarda kütleyi çok küçük bir alana sıkıştırmış olacaktı. Bu ilkel kara deliklerin çoğunluğu, bir atom kadar küçük ve en büyük asteroitler kadar ağır olabilir. Bu nedenle, bu küçük devlerin, karanlık maddenin en azından bir kısmını açıklayabilecek bir çekim kuvveti uygulayabileceği düşünülebilir. MIT ekibi için bu olasılık, başlangıçta önemsiz görünen bir soruyu gündeme getirdi.
Çalışmanın ortak yazarlarından Stanford Üniversitesi’nden yüksek lisans öğrencisi Tung Tran: “Sanırım biri bana bir ilkel kara deliğin bir insan vücudundan geçmesi durumunda ne olacağını sordu. Hızlı bir kalem-kâğıt hesaplaması yaparak, böyle bir kara deliğin bir kişiye 1 metre mesafede geçmesi durumunda, kara deliğin kuvvetinin kişiyi 6 metre uzağa iteceğini buldum” diyor. Tung ayrıca, bir ilkel kara deliğin Dünya’daki bir kişinin yakınından geçme olasılığının astronomik olarak düşük olduğunu da belirletiyor.
İlgileri artan araştırmacılar, Tung’un hesaplamalarını bir adım daha ileri götürerek, bir kara deliğin geçişinin Yer ve Ay gibi çok daha büyük cisimleri nasıl etkileyebileceğini tahmin etmeye çalıştılar.
“Bir kara deliğin Dünya’nın yanından geçip Ay’ın biraz sallanmasına neden olursa ne olacağını görmek için ekstrapolasyon yaptık,” diyor Tung. “Elde ettiğimiz sayılar çok net değildi. Güneş sisteminde, sallantının sönümlenmesine neden olabilecek başka birçok dinamik var.”
Yakın Karşılaşmalar
Daha net bir resim elde etmek için ekip, tüm gezegenlerin yörüngelerini ve kütleçekimsel etkileşimlerini içeren nispeten basit bir güneş sistemi simülasyonu oluşturdu. Bu simülasyon, en büyük uydulardan bazılarını da kapsıyordu.
Son teknoloji güneş sistemi simülasyonları, her biri küçük bir artık etkiye sahip olan bir milyondan fazla nesneyi içeriyor,” diye belirtiyor Lehmann. “Ancak dikkatli bir simülasyonda iki düzine nesneyi modelleyerek bile, inceleyebileceğimiz gerçek bir etki olduğunu görebildik.”
Ekip, belirli bir uzay bölgesinde bulunduğu tahmin edilen karanlık madde miktarına ve geçen bir kara deliğin kütlesine dayanarak, bir ilkel kara deliğin güneş sisteminden geçme oranını hesapladı. Bu durumda, güneş sistemindeki en büyük asteroitler kadar büyük bir kütleye sahip olduğunu varsaydılar ve bu, diğer astrofiziksel kısıtlamalarla tutarlıydı.
“İlkel kara delikler güneş sisteminde yaşamazlar. Daha ziyade, evrende kendi yollarında akıp giderler,” diyor ortak yazar Sarah Geller. “Ve olasılık, her 10 yılda bir iç güneş sisteminden geçtikleridir.”
Bu oran göz önüne alındığında, araştırmacılar, güneş sisteminden çeşitli açılardan ve saniyede yaklaşık 250 kilometre süratle geçen asteroit kütleli kara delikleri simüle ettiler. (Yönler ve hızlar, gök adamızdaki karanlık maddenin dağılımına ilişkin diğer çalışmalardan alınmıştır.) Araştırmacılar, çevredeki nesnelerde bir tür etki yaratan “yakın karşılaşmalar” gibi görünen geçişlere odaklandılar. Yer veya Ay üzerindeki herhangi bir etkinin belirli bir kara deliğe bağlanamayacak kadar belirsiz olduğunu hızla fark ettiler. Ancak Mars, daha net bir resim sundu.
Araştırmacılar, bir ilkel kara deliğin Mars’a birkaç yüz milyon kilometre uzaktan geçmesi durumunda, Mars’ın yörüngesinde “sallanma” veya hafif bir sapmaya neden olacağını buldular. Böyle bir karşılaşma birkaç yıl içinde, Mars’ın yörüngesi yaklaşık bir metre kaymasına neden olacaktır — bu, gezegenin Yer’den 220 milyon kilometreden fazla uzakta olduğu düşünüldüğünde inanılmaz derecede küçük bir sallantıdır. Yine de, bu sallantı, bugün Mars’ı izleyen çeşitli yüksek hassasiyetli aletler tarafından tespit edilebilir.
Önümüzdeki birkaç on yıl içinde böyle bir sallantı tespit edilse bile, araştırmacılar, bu itmenin sıradan bir asteroitten ziyade geçen bir kara delikten geldiğini doğrulamak için çok fazla çalışmaya ihtiyaç duyulacağını kabul ediyorlar.
“Beklenen arka planların, yani uzay kayalarının tipik hızları ve dağılımları ile bu ilkel kara deliklerin karşılaştırılması konusunda olabildiğince netliğe ihtiyacımız var,” diyor Kaiser. “Neyse ki, gökbilimciler onlarca yıldır sıradan uzay kayalarını izliyorlar, bu yüzden yörüngelerinin tipik özelliklerini hesaplayabilir ve bunları ilkel kara deliklerin izlemesi gereken çok farklı türdeki yollar ve hızlarla karşılaştırmaya başlayabiliriz.”
Bu konuda yardımcı olmak için, araştırmacılar, güneş sisteminde çok daha fazla nesneyi simüle etme konusunda geniş uzmanlığa sahip bir grupla yeni bir iş birliği olasılığını araştırıyorlar.
Geller: “Şu anda gezegenlerden uydulara ve kayalara kadar çok sayıda nesneyi ve bunların uzun zaman ölçeklerinde nasıl hareket ettiklerini simüle etmek için çalışıyoruz,” diyor. “Yakın karşılaşma senaryolarını eklemek ve etkilerini daha yüksek hassasiyetle incelemek istiyoruz.”
Çalışmayı inceleyen Illinois State Üniversitesi’nden fizikçi Matt Caplan: “Önerdikleri test gerçekten çok ilginç ve en yakın kara deliğin düşündüğümüzden daha yakın olup olmadığını bize gösterebilir,” diyor. “Biraz şansın da rol oynadığını vurgulamalıyım. Bir aramanın yüksek ve net bir sinyal bulup bulmaması, dolaşan bir kara deliğin güneş sistemi içindeki tam yoluna bağlıdır. Bu fikri simülasyonlarla kontrol ettikten sonra, şimdi zor kısmı yapmaları gerekiyor — gerçek verileri kontrol etmek.”
Çalışma Physical Review D dergisinde yayınlandı.
