Roma teleskopu ilkel kara delikleri arıyor

NASANancy Grace Roma uzay teleskobu Bu, Dünya’nınkine benzer kütlelere sahip, daha önce tespit edilmemiş “tüy ağırlığı” kara delikleri ortaya çıkarabilir. Evrenin başlangıcında oluşan bu ilksel kara delikler, evrendeki karanlık maddenin bir kısmını potansiyel olarak açıklayarak astronomi ve parçacık fiziği anlayışımızı büyük ölçüde etkileyebilir.

Gökbilimciler, Güneş’in kütlesinin birkaç katı ile on milyarlarca arasında değişen kütlelere sahip kara delikler keşfettiler. Artık bir grup bilim insanı, NASA’nın Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu’nun şimdiye kadar keşfedilememiş bir “tüy hafifliğindeki” kara delik sınıfını bulabileceğini tahmin ediyor.

Günümüzde kara delikler ya büyük bir yıldızın çökmesi ya da büyük nesnelerin birleşmesi sonucu oluşuyor. Ancak bilim adamları, bazıları Dünya’nınkine benzer kütlelere sahip olan daha küçük “ilkel” kara deliklerin, erken evrenin ilk kaotik anlarında oluşmuş olabileceğinden şüpheleniyorlar.

UC Santa Fe’de doktora sonrası araştırmacı olan William DiRocco, “Dünya büyüklüğünde ilkel kara delik popülasyonunun keşfi, hem astronomi hem de parçacık fiziği açısından muhteşem bir adım olacaktır, çünkü bu nesneler bilinen herhangi bir fiziksel süreç tarafından oluşmuş olamaz” dedi. Romalıların onları nasıl tespit ettiğine dair bir çalışmaya öncülük eden Cruz. Sonuçları açıklayan bir makale Dergide yayımlandı Fiziksel inceleme d. “Eğer onları bulursak teorik fizik alanını sarsacak.”

NASA’nın Roma uzay teleskobu kullanılarak Dünya kütleli ilkel kara deliklerin keşfi, evren ve karanlık madde hakkındaki anlayışımızı değiştirebilir. Kaynak: NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

İlkel kara delik tarifi

Bugün oluşan en küçük kara delikler, büyük bir yıldızın yakıtının bitmesiyle ortaya çıkıyor. Nükleer füzyon azaldıkça dış basınç da azalır, böylece iç çekim çekişmeyi kazanır. Yıldız büzülüyor ve o kadar yoğunlaşabilir ki… Kara delik.

Ancak gereken minimum bir kütle var: Güneşimizin kütlesinin en az sekiz katı. Daha hafif yıldızlar ya beyaz cücelere ya da nötron yıldızlarına dönüşecek.

Ancak evrenin çok erken dönemlerindeki koşullar çok daha hafif kara deliklerin oluşmasına izin vermiş olabilir. Dünya kütlesine sahip bir kişi, kabaca bir ABD kuruşunun genişliği kadar olan bir olay ufkuna (düşen nesnelerin geri dönüşü olmayan nokta) sahip olacaktır.

Bilim insanları, tıpkı evrenin doğuşu gibi, uzayın ışık hızından daha hızlı genişlediği, şişme olarak bilinen kısa ama yoğun bir aşamadan geçtiğine inanıyor. Bu özel koşullarda, çevre bölgelere göre daha yoğun olan bölgeler çökerek düşük kütleli ilkel kara delikler oluşturabilir.

Teori, evren şu anki yaşına gelmeden en küçüklerin buharlaşması gerektiğini öngörürken, Dünya’ya benzer kütlelere sahip olanlar hayatta kalacaktı.

Bu küçük nesnelerin keşfinin fizik ve astronomi üzerinde büyük etkisi olacak.

Çalışmada yer almayan Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden gökbilimci Kailash Sahu, “Bu, galaksilerin oluşumundan evrenin karanlık madde içeriğine ve kozmik tarihe kadar her şeyi etkileyecektir” dedi. “Kimliklerini doğrulamak zor bir iş olacak ve gökbilimcilerin çok fazla ikna edilmeye ihtiyacı olacak ama buna değecek.”

Stephen Hawking, radyasyon kaçarken kara deliklerin yavaş yavaş büzülebileceğini öne sürdü. Şu anda Hawking radyasyonu olarak bilinen şeyin yavaş yavaş sızması, zamanla kara deliğin buharlaşmasına neden olacaktır. Bu infografik, tahmini yaşam sürelerini ve olay ufuklarını (düşen nesnelerin artık kara deliğin yerçekimsel etkisinden kaçamayacağı nokta) ve farklı küçük kütlelere sahip kara deliklerin çaplarını gösterir. Kaynak: NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Gizli ev sahiplerinden ipuçları

Gözlemler, bu tür nesnelerin galaksimizde gizlenmiş olabileceğine dair kanıtları zaten ortaya çıkardı. İlkel kara delikler görünmez olabilir, ancak uzay-zamandaki kırışıklıklar bazı potansiyel şüphelilerin yakalanmasına yardımcı oldu.

Mikro mercekleme, bir bowling topunun trambolin üzerine yerleştirildiğinde bıraktığı iz gibi, uzay-zaman dokusunu bozan kütlenin varlığının neden olduğu gözlemsel bir etkidir. Bizim bakış açımıza göre bir nesne arka plandaki bir yıldıza yaklaşıyor gibi göründüğünde, yıldızın ışığı nesnenin etrafındaki çarpık uzay-zamanı geçmek zorundadır. Hizalama özellikle yakınsa, nesne doğal bir mercek gibi davranarak arka plandaki yıldızın ışığını odaklayabilir ve güçlendirebilir.

Ayrı gökbilimci grupları bunu, Yeni Zelanda’daki Mount John Üniversitesi Gözlemevi’ni kullanarak mikro mercekleme gözlemleri yürüten bir işbirliği olan MOA (Astrofizikte Mikro Mercekleme Gözlemleri) ve OGLE’den (Optik Yerçekimi Mercekleme Deneyi) elde edilen verileri kullanarak buldu. Beklenmedik derecede çok sayıda izole edilmiş Dünya kütlesindeki nesneler.

Gezegen oluşumu ve evrim teorileri, galakside bir yıldıza bağlı olmadan dolaşan dünyalar olan başıboş gezegenlerin belirli kütlelerini ve bolluğunu öngörüyor. MOA ve OGLE gözlemleri, galakside modellerin öngördüğünden daha fazla Dünya kütlesinde nesnenin sürüklendiğini gösteriyor.

Bu sanatçının konsepti, küçük ilkel kara delikleri hayal etmeye yönelik fantastik bir yaklaşım benimsiyor. Aslında bu kadar küçük kara delikler, kendilerini burada görünür kılan birikim disklerini oluşturmakta zorluk çeker. Kaynak: NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

DiRocco, “Dünya kütlesindeki kara delikler ile başıboş gezegenler arasında vaka bazında ayrım yapmanın bir yolu yok” dedi. Ancak bilim adamları, Roman’ın bu kütle aralığında yer tabanlı teleskoplardan on kat daha büyük bir dizi nesne bulmasını bekliyor. “Roman ikisini istatistiksel olarak ayırt etmede çok güçlü olurdu.”

DiRocco, bu kütle aralığında kaç tane başıboş gezegen olması gerektiğini ve Romalıların bunlar arasında kaç tane ilkel kara delik ayırt edebileceğini belirleme çabalarına öncülük etti.

İlkel kara deliklerin bulunması, evrenin çok erken dönemleri hakkında yeni bilgiler ortaya çıkaracak ve erken bir enflasyon döneminin halihazırda meydana gelmiş olduğunu kuvvetle akla getirecektir. Bu aynı zamanda bilim adamlarının evrenin kütlesinin büyük kısmını oluşturduğunu söylediği ancak henüz tanımlayamadıkları gizemli karanlık maddenin küçük bir yüzdesini de açıklayabilir.

Sahu, “Bu, Roman’ın gezegen araştırması sırasında sahip olacağı verilerle daha fazla bilim insanının yapabileceği şeylerin heyecan verici bir örneği” dedi. “Bilim adamlarının Dünya kütleli kara deliklere dair kanıt bulsalar da bulmasalar da sonuçlar ilginçtir; bu, her iki durumda da evrene dair anlayışımızı geliştirecektir.”

Referans: William DiRocco, Evan Frangipani, Nick Hammer, Stefano Profumo ve Nolan Smith tarafından yazılan “Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu kullanılarak Dünya kütlesindeki ilkel kara deliklerin tespit edilmesi”, 8 Ocak 2024, Fiziksel inceleme d.
doi: 10.1103/PhysRevD.109.023013

Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde, NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı, Güney Kaliforniya’daki Caltech/IPAC, Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü ve bilim adamlarından oluşan bir bilim ekibinin katılımıyla işletilmektedir. dünya çapında. Araştırma enstitüleri. Başlıca endüstriyel ortaklar Boulder, Colorado’daki BAE Systems, Inc.; L3Harris Technologies, Rochester, New York’ta; ve Thousand Oaks, California’daki Teledyne Scientific & Imaging.