Süper kütleli karadelikler Büyük Patlama’nın izlerini barındırabilir

Paul Sutter

Evrende bulunan en büyük kara delikler, kozmos henüz bir milyar yaşından daha gençken, şaşırtıcı derecede süratli bir biçimde oluştu. Bu olay o kadar erken gerçekleşti ki, bu kara delikler, kimi teorilerin savunduğu üzere, büyük yıldızların patlamasıyla oluşmamış, bundan ziyade Büyük Patlama’nın daha ilk saniyesinde meydana gelmiş olabilirler.

Astrofizikçilerden oluşan bir ekip, bu ihtimali bir sınava tabi tutmak için radikal bir fikir ortaya attı: Bu devasa kara deliklerin çevresinde bulunan elementler, kozmik ortalamadan çok küçük bir şekilde farklı ve genç evrenin kalıntılarına dair bir anıyı içlerinde saklıyor olabilirler.

BAŞARISIZ OLMAK İÇİN ÇOK BÜYÜK

Adından da anlaşılacağı üzere, ‘süper kütleli kara delikler’ (SKKD’ler) devasa boyutlardadırlar. En küçük olanları Güneş’ten milyonlarca kat daha büyük ve -devasa galaksilerin merkezlerinde bulunan- en büyükleri yüz milyarlarca Güneş kütlesine sahiptir. Günümüzün evreninde böylesine devasa kara delikler bulmak o denli şaşırtıcı değildir; zira bu kara delikler gaz ve toz (ve diğer kara delikler) ile beslenerek milyarlarca yıl geçirmiş olmalılar.

Buna karşın, son yıllarda gökbilimciler ilkel evrende oluşan SKKD’leri saptamaya başladılar. Daha şimdiden, evren henüz bir milyar yaşından daha gençken mevcut olan 200’den fazla SKKD’den ve evren 700 milyon yaşından daha gençken oluşan bir SKKD’den haberdarız.

Bu durum, büyük bir hızla meydana geldikleri anlamına gelir. Aşırı hızlı biçimde. İçinde bulunduğumuz çağda, kara deliklerin nasıl meydana geldiğini anlıyoruz. Dev bir yıldız ölünce, ardında Güneş’in sahip olduğu kütlenin birkaç düzine katı kadar büyüklükte bir kara delik bırakır. Bu kara delik ise çevresinde bulunan malzemeyle beslenir, başka kara delikleri bulur, onlarla birleşir ve şayet biraz şanslıysa en nihayetinde süper kütleli bir yapıya dönüşür.

Asıl mesele, bu aşamaların zamana ihtiyaç duymasıdır. Evren henüz bir milyar yaşından daha gençken ilk yıldızlar ve galaksiler daha yeni oluşmaya başlamıştı. SKKD’lerin gereken dar zaman zarfında oluşması durumu, günümüzde bilinen astrofiziksel süreçlerin limitlerini zorluyor.

İLKEL BİR KÖKEN

Şu durumda, belki de evrendeki SKKD’ler yıldızların ölümü ve değişmez bir gaz diyeti gibi normal astrofiziksel süreçlerden sonra ortaya çıkmamıştır. Ya da belki bu dev kara delikler, Büyük Patlama’nın büyük önem taşıyan ilk anlarında meydana gelmiştir.

İlkel evren, aşırılıklar barındıran bir yerdi. Yoğunluk ve basınç, doğanın temel kuvvetlerini birleşik alanlarda kaynaştırabilecek oranda yüksekti. Evren, ilk birkaç saniye boyunca, proton ve nötronların parçalanmadan önce katılaşması için bile aşırı derecede sıcaktı. Bu kargaşayla dolu zamanlarda, aşırı yoğunluk zıtlıklarının bir anda ortaya çıkması muhtemel olabilirdi. Ve aşırı yoğunluk zıtlıklarının bulunduğu -çok fazla kütlenin çok küçük bir hacme sıkıştığı- yerlerde kara delikler meydana gelebilir.

Bunlar, büyük ihtimalle Büyük Patlama’daki egzotik etkileşimler aracılığıyla meydana gelmiş olabileceği düşünülen ilkel kara deliklerdir. Gökbilimciler, özellikle de ‘kozmik mikrodalga arka planı’, yani evrenin 380 bin yaşında olduğu zamandan arta kalan ışık gibi araştırmalar aracılığıyla bunları aramak için onlarca yıllarını harcadılar. Bu arayışların tamamı da boşa gitti ve ilkel kara deliklerin oluşumlarıyla ilgili neredeyse tüm modelleri geçersiz kıldı.

Buradaki önemli kelime “neredeyse”. İlkel kara deliklerin bir türü potansiyel olarak gözlem yapılmasına olanak sağlar: Bunlar, Büyük Patlama’nın ilk saniyesi içinde oluşan ve Güneş’in kütlesinin yaklaşık 100 bin katı büyüklüğünde olan kara deliklerdir. Bu tür kara delikler, genç kozmosta gözlemlediğimiz SKKD’ler haline gelinceye dek birbirlerini yiyip bitirerek etraflarındaki herhangi bir maddeyi çabucak yutmaktaydılar. Peki ama astrofiziksel ve ilkel dev kara deliklerin arasındaki farkı nasıl anlayabiliriz?

Astrofizikçilerden oluşan bir ekibin, ön baskı sunucusu Arxiv sitesinde yayınladığı bir makalede önerdiği cevap, kara deliklere gerçekten de çok keskin bir biçimde bakmak.

İşin püf noktası, ilkel kara deliklerin bebek evrende uslu uslu oturup kendi işlerine bakmamış olmaları; etraflarıyla etkileşime girdiler ve onu etkilediler. Pek çok modeli bu şekilde saf dışı bırakabiliriz; zira onlar Büyük Patlama’nın sıcak plazmasını o denli bozarlardı ki yaptığımız gözlemleri çarpıtırlardı.

Güneş’in 100 bin katı kütleye sahip ilkel kara deliklerinse, ironik biçimde çok daha ince bir etkisi olacaktır. İlkel evrenin içerdiği fiziği ciddi şekilde bozacak kadar yeterli sayıda bulunmayacaklardı; bundan dolayı, büyük oranda tespit edilmeden varlıklarını sürdüreceklerdi. Buna karşın, oluşumlarından sadece birkaç dakika sonra büyük önem taşıyan bir zaman gelecekti: ‘Nükleosentez dönemi’, yani Büyük Patlama’nın sıcak ve yoğun çorbasından ilk hafif elementlerinin oluştuğu aşama.

Fizikçiler bu dönemi yeterince iyi anlıyorlar çünkü nükleer reaktörler ve atom bombaları da aynı fizik türlerini takip ediyor. İlkel kara delikler bu süreci tam olarak bozmayacak, hidrojen ve helyum miktarını evren genelinde büyük oranda aynı bırakacak ama çevrelerini etkileyeceklerdi. Aşırı kütle çekimi yüzünden nükleer süreçler kara deliklerin yakınlarında değişime uğrayacak ve ortaya çıkan element karışımını biraz değiştirecekti.

Eğer bu kara deliklerin etrafını saran gaz o dönemin anısını koruyabilseydi, SKKD’lerin çevresinde gözlemlediğimiz materyaller, kozmik ortalamadan daha başka bir bileşime sahip olurdu. Yeni makalenin yazarları, örnek olarak, ilkel kara deliklerin helyum miktarını yaklaşık yüzde 10 artırabileceklerini ve lityum miktarını yaklaşık yüzde 10 oranında tüketebileceklerini ortaya çıkardılar.

Yazarlar, aradaki bu farkı gözlemlemenin çok güç olacağını kabul etmekle beraber, NASA’nın yakında göreve başlayacak olan James Webb Uzay Teleskobu gibi araçların bu göreve uygun olabileceğinin altını çiziyorlar. Bu temel parmak izini gözlemlemek, sadece SKKD’lerin kökenlerini açığa çıkarmakla kalmaz, aynı zamanda gökbilimcilere Büyük Patlama’nın ilk anlarına benzeri olmayan değerde bir pencere açabilir.

Yazının orijinali Space sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)