Primordial Kara Deliklerin Kanıtları, Gezegenlerde ve Hatta Dünya’daki Günlük Nesnelerde Gizleniyor Olabilir

Bir siyah delik oluşumunu hayal ettiğinizde, muhtemelen büyük bir yıldızın yakıtının tükenip kendi içine çökmesini düşünürsünüz. Ancak erken evrenin kaotik koşulları, ilk yıldızlardan çok önce pek çok küçük siyah deliğin oluşmasına da izin vermiş olabilir.

Bu primer siyah delikler, onlarca yıldır teorize edilmiştir ve hatta evrenin toplam kütlesinin %85’ini oluşturan görünmeyen madde olan karanlık maddenin kendisi olabilirler.

Ancak, bugüne kadar hiçbir primer siyah delik gözlemlenmemiştir.

Buffalo Üniversitesi tarafından ortaklaşa yürütülen yeni bir araştırma, bu deliklerin varlığını doğrulamak için büyük ve küçük düşünmeyi öneriyor. Araştırmaya göre, bu deliklerin izleri, uzaydaki büyük boş gezegenimsi cisimlerden, Dünya’daki kaya, metal ve cam gibi günlük malzemelerde bulunan mikroskobik tünellere kadar değişebilir.

Fizik dergisi Physics of the Dark Universe’un Aralık sayısında yayımlanacak ve şu anda çevrimiçi olarak erişime sunulan bu teorik çalışma, uzaydaki büyük bir kaya parçasının içinde hapsolan bir primer siyah deliğin, sıvı çekirdeğini tüketip içini boşaltarak bir delik bırakabileceğini öne sürüyor. Alternatif olarak, daha hızlı hareket eden bir primer siyah delik, katı malzemelerden, hatta Dünya üzerindeki malzemelerden geçerken ardında gözle görülebilen düz tüneller bırakabilir.

Çalışmanın ortak yazarı, Buffalo Üniversitesi Fen Fakültesi’nde fizik profesörü olan Dejan Stojkovic, “Bu izleri bulma olasılığı küçük, ancak bunları aramak çok fazla kaynağa ihtiyaç duymaz ve ilk primer siyah delik kanıtını bulmak, devasa bir ödül olur,” diyor. “Kutunun dışında düşünmemiz gerekiyor çünkü daha önce primer siyah delikleri bulmak için yapılanlar işe yaramadı.“

Çalışma, bir gezegen, uydu veya asteroit içinde hapsolan bir primer siyah deliğin sıvı çekirdeğini nasıl emebileceğini ve Dünya’daki bir nesneden geçerken ne gibi izler bırakabileceğini hesapladı. (Eğer bir primer siyah deliğin vücudunuzdan geçmesinden endişeleniyorsanız, buna gerek olmadığını belirtelim; çalışma, bunun ölümcül olmayacağını öngörüyor.)

“Bu uzun olasılıklar nedeniyle, binlerce, milyonlarca hatta milyarlarca yıl boyunca var olan katı izlere odaklandık,” diyor çalışmanın ortak yazarı De-Chang Dai, National Dong Hwa Üniversitesi ve Case Western Reserve Üniversitesi’nden.

Stojkovic’in çalışması, Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenirken, Dai’nin çalışması Tayvan Ulusal Bilim ve Teknoloji Konseyi tarafından desteklendi.

Boş Cisimler, Dünya’dan 1/10 Daha Küçük Olabilir

Büyük Patlama’dan sonra evren hızla genişlerken, uzaydaki bazı bölgeler çevrelerinden daha yoğun hale gelebilir ve bu bölgelerde primer siyah delikler oluşabilir.

Primer siyah delikler, ölü yıldızlar tarafından oluşturulan yıldız siyah deliklerinden çok daha az kütleye sahip olmasına rağmen, yine de son derece yoğun olurlar; bir dağın kütlesi, bir atom boyutuna sıkıştırılmıştır.

Stojkovic, daha önce teorik solucan deliklerinin nerede bulunabileceğini öne sürmüştü ve bir primer siyah deliğin, bir gezegen, uydu veya asteroit içinde, oluşumu sırasında ya da sonrasında hapsolup kalıp kalamayacağını sorgulamaya başladı.

“Eğer nesnenin sıvı bir merkezi varsa, o zaman hapsedilen bir primer siyah delik, dış katmanından daha yoğun olan sıvı çekirdeği emebilir,” diyor Stojkovic.

PBH, nesneye bir asteroit çarptığında dışarı çıkabilir ve geriye sadece bir boş kabuk bırakabilir.

Ancak, bu tür bir kabuk, kendi gerilmesine dayanabilecek kadar güçlü olur muydu? Doğal malzemelerin, örneğin granit ve demirin, yüzey gerilmesi ve yoğunluğu ile karşılaştırarak, araştırmacılar bu boş nesnenin, Dünya’nın çapının onda biri büyüklüğünden büyük olamayacağını hesapladılar; bu da onun gerçek bir gezegen değil, daha çok küçük bir gezegenimsi cisim olma olasılığını artırıyor.

“Bu büyüklükten daha büyükse, çökecektir,” diyor Stojkovic.

Bu boş cisimler, teleskoplarla tespit edilebilir. Bir nesnenin kütlesi ve dolayısıyla yoğunluğu, yörüngesini inceleyerek belirlenebilir.

“Eğer nesnenin yoğunluğu boyutuna göre çok düşükse, bu, onun boş olduğunu gösteren iyi bir işarettir,” diyor Stojkovic.

Günlük Nesneler Siyah Delik Dedektörü Olabilir

Sıvı çekirdeği olmayan nesnelerde, PBH’ler yalnızca geçip gidebilir ve düz bir tünel bırakabilir, diyor çalışma. Örneğin, 10^22 gram kütlesi olan bir PBH, 0.1 mikron kalınlığında bir tünel bırakabilir.

Büyük bir metal levha veya başka bir malzeme, bu tünellerin aniden oluşup oluşmadığını izleyerek etkili bir siyah delik dedektörü olabilir, ancak Stojkovic, çok eski malzemelerde – yüzlerce yıl önce inşa edilmiş binalarda ya da milyarlarca yaşındaki kayalarda – bu tünelleri aramanın daha iyi bir seçenek olacağını belirtiyor.

Yine de, karanlık maddenin gerçekten primer siyah deliklerden oluştuğunu varsayarsak, bir primer siyah deliğin milyarlarca yıl yaşındaki bir kayadan geçme olasılığı, 0.000001 olarak hesaplanıyor.

“Bu durumu maliyetle karşılaştırdığınızda, bunun çok büyük bir maliyeti olmadığını görüyorsunuz,” diyor Stojkovic.

Yani bir primer siyah deliğin, yaşamınız boyunca vücudunuzdan geçme olasılığı oldukça düşük. Hatta geçse bile, bunu fark etmeniz muhtemel değil.

Bir kaya gibi, insan dokusunun gerilme miktarı çok azdır, bu nedenle bir PBH, dokuyu yırtmaz. Ve bir PBH’nin kinetik enerjisi büyük olabilir, ancak çok hızlı hareket ettiği için çarpışma sırasında çok fazla enerji salamaz.

“Eğer bir mermi bir ortamdan ses hızından daha hızlı geçiyorsa, ortamın moleküler yapısının tepki verme zamanı olmaz,” diyor Stojkovic. “Bir taşı camdan geçirirseniz, muhtemelen cam parçalanır. Bir camı tabancayla vurursanız, sadece bir delik bırakır.“

Yeni Teorik Çerçeveler Gerekiyor

Stojkovic, bu tür teorik çalışmaların çok önemli olduğunu belirtiyor. Bir zamanlar implausible görünen pek çok fiziksel kavram, şimdi olası kabul ediliyor.

Stojkovic, alanın şu anda ciddi problemlerle karşı karşıya olduğunu, bunlardan birinin karanlık madde olduğunu vurguluyor. Son büyük devrimlerini – kuantum mekaniği ve genel görelilik – bir asır önce yaşadı.

“Dünyanın en akıllı insanları, bu problemleri çözmek için 80 yıldır çalışıyorlar ve henüz çözememişler,” diyor. “Var olan modellerin düz bir şekilde genişletilmesine ihtiyacımız yok. Muhtemelen tamamen yeni bir çerçeveye ihtiyacımız var.”

Bu yazı sciencedaily.com sitesinde yayınlanmıştır.