Kozmik bir “fener” dizisi aracılığıyla algılanan gizemli düşük frekanslı yerçekimi dalgaları, evrenin ilk süper kütleli kara deliklerinin kökenine ışık tutabilecek “kara yıldızların” yankısı olabilir. Bu keşif, evrenin en büyük sırlarını çözmek için yeni bir pencere açıyor.
Uzun zamandır, bu düşük frekanslı yerçekimi dalgası arka planının kaynağı bazı gizemler barındırıyordu. Ancak bilim insanları, bu dalgaların, 13 milyar yıl öncesine ait evrenin sırlarını kodladığı umuduyla araştırmalar yürütüyorlardı. Bu araştırma ekibi, bu uzay-zamanın titreşimlerinin fısıltısının, süper kütleli kara deliklerin nasıl o kadar hızlı büyüdüğünü açıklayabileceğine inanıyor. Bu çözüm, erken evrende çöken ve ölen, süper kütleli kara deliklerin oluşumuna zemin hazırlayan varsayımsal “kara yıldızlara” bağlanıyor.
“Kara yıldızlar ilk olarak kozmik şafağın doğrudan gözlemlenebilecek nesneler olarak önerilmişti,” diyor Ilie. “Bu çalışma, onların kozmik tarihteki olası rolünü test etmenin tamamen farklı bir yoluna işaret ediyor.” Colgate Üniversitesi’nden ekip üyesi Cosmin Ilie, “Soylarından kalma izler, günümüz evrenine kadar sürecek bir yerçekimi dalgası izi bırakabilir.”
Kozmik Saatler ve Çöken Kara Yıldızlar
Pulsar zamanlama dizileri, yerçekimi dalgalarının geçişi sırasında uzayı sıkıştırıp gerdiğinde ortaya çıkan, pulsarların radyasyon ışınlarında oluşan küçük gecikmeleri tespit eder. Bu gecikmeler, yerçekimi dalgaları tarafından oluşturulan uzay-zaman titreşimlerinin bir sonucudur.
Yerçekimi Dalgası Arka Planının Tespiti
Yerçekimi dalgası arka planını tespit etmek için, pulsar zamanlama dizilerinin uzun yıllar boyunca izlenmesi gerekiyordu. Ilie, “Pulsar zamanlama dizileri genellikle, nispeten yakın zamandaki evrendeki süper kütleli kara delik ikililerini incelemek için kullanılır,” diyor. “Ancak yaptığımız araştırmalar, bu sinyalin aynı zamanda, o dönemdeki kara deliklerin atalarının nasıl oluştuğu hakkında da bilgi içerebileceğini gösteriyor.”
“Bu anlamda, günümüzde gözlemlenen yerçekimi dalgaları, ilk süper kütleli kara deliklerin doğumuna dair yeni bir bakış açısı sunabilir.”
Süper Kütleli Kara Deliklerin Kökeni
Mevcut açıklamalara göre, bu arka planın temelinde, birleşmeden önce birbirlerine dolanan kara delik ikililerinin varlığı yer alıyor. Ancak bu durum, bu süper kütleli kara deliklerin nereden geldiğini açıklamıyor ve JWST’nin (James Webb Uzay Teleskobu) evrenin henüz 1 milyar yaşında olmasına rağmen bunları rutin olarak tespit etmesini açıklamakta yetersiz kalıyor. Çünkü süper kütleli kara deliklerin oluşumunda öne sürülen birleşme süreçlerinin tamamlanması için 1 milyar yıldan fazla zaman gerektiği tahmin ediliyor.
Ilie ve Colgate Üniversitesi’ndeki meslektaşları Sohan Ghodla, süper kütleli kara delik büyümesinin daha büyük “tohumlarla” başlayıp başlamadığını ve bu tohumların, karanlık maddenin kendiliğinden yok olmasıyla oluşan “kara yıldızların” çökmesiyle mi oluştuğunu sorguladılar. Karanlık madde tarafından beslenen bu primordial yıldızlar, diğer yıldızlara göre daha soğuk kalır ve bu da sürekli olarak madde biriktirmelerine olanak tanır.
Bu süreç, kara yıldızları milyonlarca kez Güneş’in kütlesine ulaşana kadar devam eder ve kendi yerçekimlerinin etkisiyle çöker. Bu çökme, süper kütleli kara deliklerin oluşumuna zemin hazırlayan “tohumları” oluşturur.
Yerçekimi Dalgası Ölçümleri ve Evrenin Erken Dönemi
Araştırmalar, süper kütleli kara yıldız kalıntılarının, 2023’te tespit edilen yerçekimi dalgası arka planına önemli bir katkıda bulunabileceğini gösterdi. Bu, pulsar zamanlama dizileri tarafından sağlanan ölçümlerin, erken evrendeki büyük kara delik tohumlarının ne kadar yaygın olduğuna dair bilgi sağlayabileceği anlamına geliyor.
“Çok fazla sayıda bu tür büyük tohum oluşturursanız, pulsar zamanlama dizisi tarafından tespit edilen sinyalde bir artışa neden olursunuz,” diyor Ghodla. “Çok az sayıda üretirseniz, süper kütleli kara deliklerin daha sonraki evrelerde oluşumunu sağlamak için diğer kaynaklara ihtiyaç duyarsınız.”
Araştırmanın Önemi ve Gelecek Çalışmalar
Bu araştırmanın en önemli belirleyici faktörü, kara yıldızların bulunduğu ortamların kütlesi ve büyük kara delik tohumlarının oluştuğu ortamlardır. Araştırmacıların teorisinin doğrulanıp doğrulanmayacağını anlamak için, pulsar zamanlama dizisi ölçümlerindeki iyileştirmelerin yanı sıra, evrenin erken dönemlerindeki kara delik popülasyonları ve özelliklerine dair daha iyi bir anlayışa ihtiyaç duyulacaktır.
Ekibin araştırması, Pazartesi (17 Ağustos) günü yayınlanan “Nature Communications” dergisinde yayımlandı.
