Karanlık Enerjinin Kaynağı Kara Delikler Olabilir, Kanıtlar Var
Mānoa’daki Hawai’i Üniversitesi’nde astrofizikçi ve iki yeni çalışmanın başyazarı olan Dr. Duncan Farrah, “Aynı anda iki şey söylüyoruz: tipik kara delik çözümlerinin uzun, uzun bir zaman ölçeğinde sizin için işe yaramadığına dair kanıtlar var ve karanlık enerji için önerilen ilk astrofiziksel kaynağa sahibiz” dedi.
“Bunun anlamı, diğer insanların karanlık enerji için kaynak önermediği değil, ancak bu, karanlık enerji için kaynak olarak Evrene yeni bir şey eklemediğimiz ilk gözlemsel makale: Einstein’ın yerçekimi teorisindeki kara delikler karanlık enerjidir.”
“Bu yeni ölçümler, daha fazla kanıtla desteklenirse, kara deliğin ne olduğuna dair anlayışımızı yeniden tanımlayacaktır.”
Astrophysical Journal’da yayınlanan ilk çalışmalarında Dr. Farrah ve meslektaşları, kozmolojik bağlantı aramak için kara deliklerin mevcut ölçümlerini nasıl kullanacaklarını belirlediler.
Kara delikleri uzun zaman ölçeklerinde gözlemlemek de zordur. Gözlemler birkaç saniye veya en fazla onlarca yıl boyunca yapılabilir – bir kara deliğin Evren’in ömrü boyunca nasıl değişebileceğini tespit etmek için yeterli zaman yoktur. Kara deliklerin milyarlarca yıllık bir ölçekte nasıl değiştiğini görmek daha büyük bir görevdir.
Michigan Üniversitesi’nde fizikçi olan Dr. Gregory Tarlé, “Bir kara delik popülasyonunu tanımlamanız ve milyarlarca yıl önceki kütle dağılımlarını belirlemeniz gerekir” dedi.
“Daha sonra aynı popülasyonu ya da atasal olarak bağlantılı bir popülasyonu günümüzde görmeniz ve kütlelerini tekrar ölçebilmeniz gerekir. Bunu yapmak gerçekten zor bir şey.”
Galaksilerin milyarlarca yıllık yaşam süreleri olabileceğinden ve çoğu galaksi süper kütleli bir kara delik içerdiğinden, yazarlar galaksilerin anahtarı elinde tuttuğunu fark ettiler, ancak doğru galaksi türlerini seçmek çok önemliydi.
NorthWest Research Associates’te galaksi uzmanı olan Dr. Sara Petty, “Literatürde galaksilerdeki kara delikler için ölçülen birçok farklı davranış vardı ve gerçekten herhangi bir fikir birliği yoktu” dedi.
“Sadece pasif olarak evrimleşen eliptik galaksilerdeki kara deliklere odaklanarak bu konuyu çözmeye yardımcı olabileceğimize karar verdik.”
Eliptik galaksiler çok büyüktür ve erken oluşmuşlardır. Onlar galaksi birleşiminin fosilleridir.
Gökbilimciler bunların, trilyonlarca eski yıldızla devasa boyutlara ulaşan galaksi çarpışmalarının nihai sonucu olduğuna inanıyor.
Araştırmacılar, yalnızca yakın zamanda herhangi bir faaliyet göstermemiş eliptik galaksilere bakarak, galaksilerin kara delik kütlelerindeki herhangi bir değişikliğin bilinen diğer süreçlerden kaynaklanamayacağını iddia edebilirler.
Bu popülasyonları kullanarak, merkezi kara deliklerinin kütlesinin son 9 milyar yıl boyunca nasıl değiştiğini incelediler.
Eğer kara deliklerin kütle büyümesi sadece yığılma veya birleşme yoluyla gerçekleşseydi, bu kara deliklerin kütlelerinin çok fazla değişmesi beklenmezdi.
Ancak kara delikler genişleyen Evren‘e bağlanarak kütle kazanıyorsa, pasif olarak evrimleşen bu eliptik galaksiler bu olguyu ortaya çıkarabilir.
Bilim insanları, zaman içinde ne kadar geriye bakarlarsa, kara deliklerin kütlelerinin bugünkü kütlelerine göre o kadar küçük olduğunu buldular.
Bu değişiklikler büyüktü: kara delikler bugün 9 milyar yıl öncesine göre 7 ila 20 kat daha büyüktü – araştırmacıların kozmolojik eşleşmenin suçlu olabileceğinden şüphelenmelerine neden olacak kadar büyüktü.
Astrofizikçiler, Astrophysical Journal Letters’da yayınlanan ikinci çalışmalarında, ilk çalışmada ölçülen kara deliklerdeki büyümenin yalnızca kozmolojik eşleşme ile açıklanıp açıklanamayacağını araştırdılar.
“İşte size oyuncak bir benzetme. Birleştirilmiş bir kara deliği, genişledikçe Evren’le birlikte gerilen bir lastik bant gibi düşünebilirsiniz,” diyor Mānoa’daki Hawai’i Üniversitesi’nde astrofizikçi olan Dr. Kevin Croker.
“Gerildikçe enerjisi de artıyor. Einstein’ın E = mc2’si size kütle ve enerjinin orantılı olduğunu söyler, bu nedenle kara deliğin kütlesi de artar.”
Kütlenin ne kadar artacağı, araştırmacıların k adını verdikleri bir değişken olan bağlantı gücüne bağlıdır.
“Lastik bant ne kadar sert olursa gerilmesi o kadar zor olur, dolayısıyla gerildiğinde daha fazla enerji açığa çıkar. Özetle, bu k’dır” diyor Dr. Croker.
Kozmolojik bağlantıdan kaynaklanan kara deliklerin kütle büyümesi Evren’in büyüklüğüne bağlı olduğundan ve Evren geçmişte daha küçük olduğundan, kozmolojik bağlantı açıklamasının işe yaraması için ilk çalışmadaki kara deliklerin doğru miktarda daha az kütleli olması gerekir.
Araştırmacılar, üç farklı eliptik galaksi koleksiyonundaki beş farklı kara delik popülasyonunu, Evren’in bugünkü boyutunun kabaca yarısı ve üçte biri olduğu zamanlardan alarak incelediler.
Her karşılaştırmada, k değerinin neredeyse pozitif 3 olduğunu ölçtüler.
2019’da bu değer, tekillik yerine vakum enerjisi içeren kara delikler için öngörülmüştü.
Sonuç çok derin: bilim insanları, eğer k 3 ise, Evrendeki tüm kara deliklerin, tıpkı karanlık enerji ölçümlerinin önerdiği gibi, toplu olarak neredeyse sabit bir karanlık enerji yoğunluğuna katkıda bulunduğunu zaten göstermişlerdi.
Kara delikler ölü büyük yıldızlardan gelir, bu nedenle kaç tane büyük yıldız ürettiğinizi biliyorsanız, kaç tane kara delik ürettiğinizi ve kozmolojik eşleşmenin bir sonucu olarak ne kadar büyüdüklerini tahmin edebilirsiniz.
Ekip, NASA/ESA/CSA James Webb Uzay Teleskobu tarafından sağlanan en erken yıldız oluşum oranının en son ölçümlerini kullandı ve sayıların aynı hizada olduğunu buldu.
Yeni çalışmalar, teorik fizikçiler ve astronomların daha fazla test etmeleri ve Karanlık Enerji Spektroskopik Aracı ve Karanlık Enerji Araştırması gibi mevcut nesil karanlık enerji deneylerinin bu fikre ışık tutması için bir çerçeve sunuyor.
Dr. Farrah, “Eğer doğrulanırsa bu, yeni nesil kara delik çözümlerine giden yolu işaret eden dikkate değer bir sonuç olacaktır” dedi.
Dr. Croker ise “Evrenin şu anda neden hızlandığını açıklayan bu ölçüm, Einstein’ın kütleçekiminin gerçek gücüne güzel bir bakış sunuyor” dedi.
“Evrene yayılmış küçük seslerden oluşan bir koro, tüm kozmosu yönlendirmek için birlikte çalışabilir. Ne kadar harika değil mi?”
Duncan Farrah et al. 2023. A Preferential Growth Channel for Supermassive Black Holes in Elliptical Galaxies at z ≲ 2. ApJ 943, 133; doi: 10.3847/1538-4357/acac2e
Duncan Farrah et al. 2023. Observational Evidence for Cosmological Coupling of Black Holes and its Implications for an Astrophysical Source of Dark Energy. ApJL 944, L31; doi: 10.3847/2041-8213/acb704