Yerçekimi Dalgaları, Nötron Yıldızlarını Kara Deliklere Dönüştüren Karanlık Maddeyi Ortaya Çıkarabilir - Fizik Dünyası

Yerçekimi Dalgaları, Nötron Yıldızlarını Kara Deliklere Dönüştüren Karanlık Maddeyi Ortaya Çıkarabilir - Fizik Dünyası

Zaman Damgası: 19 Eylül 2023 10:39

Nötron yıldızı
Dönüşüm: Nötron yıldızları, kendilerini küçük kara deliklere dönüştüren karanlık maddeyi toplayabilir. (Tesniye: NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi Kavramsal Görüntü Laboratuvarı)

Hindistan'daki teorik fizikçilerden oluşan bir ekip, yerçekimi dalgalarının, karanlık maddenin nötron yıldızlarını kara deliklere dönüştürmede oynayabileceği rolü ortaya çıkarabileceğini gösterdi.

Karanlık madde, galaksiler ve galaksi kümeleri gibi büyük ölçekli yapıların tek başına yerçekimi ile açıklanamayacak tuhaf davranışlarını açıklamak için çağrılan varsayımsal, görünmez bir maddedir.

Eğer varsa, karanlık madde sıradan maddeyle yerçekimi yoluyla etkileşime girmelidir. Ancak bazı modeller, karanlık maddenin sıradan maddeyle de çok zayıf, yerçekimsel olmayan etkileşimler yoluyla etkileşime girebileceğini öngörüyor.

Zayıf ama yeterli

"Yerçekimsel olmayan etkileşim, [karanlık madde parçacıklarının] protonlar ve nötronlarla bir tür etkileşime girmesinin beklendiği anlamına gelir." Sulakna Bhattacharya söyledi Fizik dünyası. Mumbai'deki Tata Temel Araştırma Enstitüsü'nde yüksek lisans öğrencisi olan Bhattacharya şunu ekliyor: "Bu etkileşimler çok zayıf olabilir, ancak karanlık madde parçacıklarının bir nötron yıldızının içinde yakalanmasına izin verecek kadar yeterli olabilirler".

Nötron yıldızları, süpernova olarak patlayan büyük yıldızların yoğun çekirdek kalıntılarıdır. Çok küçükler, belki bir düzine kilometre çapındalar ama kütleleri Güneş'ten daha büyük. Bir nötron yıldızının çekirdeği o kadar yoğun ki, normal madde ile karanlık madde arasındaki etkileşim olasılığını artırabilir.

Bir nötron yıldızının sahip olabileceği maksimum teorik kütle 2.5 güneş kütlesidir, ancak pratikte çoğu çok daha küçüktür, yaklaşık 1.4 güneş kütlesi civarındadır. Güneş kütlesi 2.5'tan büyük olan nötron yıldızları yerçekimsel çöküşe uğrayarak kara delikler oluşturacaktır.

Boşluğun kapatılması

Yıldız kütleli kara delikler doğrudan süpernovalardan (büyük yıldızların patlamaları) da oluşabilir, ancak teorik modelleme, kara deliklerin 2-5 güneş kütlesinde var olmaması gerektiğini öne sürdü. Yakın zamana kadar bu, gözlemsel kanıtlarla destekleniyordu. Ancak 2015'ten itibaren kara delik çiftlerinin birleşmesinden kaynaklanan kütleçekim dalgalarının gözlemlenmesi, bu kütle boşluğu içinde kara deliklerin varlığını ortaya çıkardı.

Örneğin, GW 190814 2019'da tespit edilen ve 2.50-2.67 güneş kütlesine sahip bir nesneyi içeren bir yerçekimi dalgası olayıydı. Bir diğer gizemli olay ise GW 1904252019'da da tespit edildi; burada birleşik nesnenin kütlesi 3.4 güneş kütlesiydi. Bu, bilinen herhangi bir ikili nötron yıldız sisteminden çok daha yüksek bir toplam kütledir.

Şimdi Bhattacharya, onun amiri Basudeb Dasgupta, Artı Ranjan Laha Hindistan Bilim Enstitüsü'nün ve anupam ışını Berkeley'deki California Üniversitesi'nden araştırmacılar, bir nötron yıldızının çekirdeğinde biriken karanlık maddenin, çekirdek yoğunluğunu minyatür bir kara deliğe dönüşecek noktaya kadar artıracağını öne sürdüler. Bu kara delik daha sonra büyüyecek ve nötron yıldızını yutacaktır. Sonuç, beklenenden daha düşük bir kütleye sahip bir kara delik olacaktır. Ve bu kadar düşük kütleli kara deliklerin tespiti, karanlık madde için ümit verici bir kanıt olacaktır.

“Astrofiziksel olarak egzotik”

Bu hipotezi açıklayan bir makalenin başyazarı olan Bhattacharya, "Bu kompakt nesneler astrofiziksel açıdan egzotik olabilir" diyor. Physical Review Letters. Makaleleri, GW 190814 ve GW 190425'in, karanlık maddenin yardımıyla oluşmuş kara delikleri içerebilecek birleşmeler olduğunu öne sürüyor.

Nötron yıldızlarından dönüştürülen kara delikler olsun ya da olmasın Bhattacharya, bunları aramanın "karanlık maddenin nükleonlarla etkileşimi üzerinde bazı önemli kısıtlamalar" sağlayacağını söylüyor. Sonuç olarak, gözlemlenen artan sayıda birleşme, fizikçilerin farklı karanlık madde modellerini değerlendirmesine olanak tanıyabilir.

Diğer bir olasılık ise GW 190814 ve GW 190425'te gözlenen düşük kütleli nesnelerin Büyük Patlama'nın hemen sonrasında oluşan ilkel kara delikler olmasıdır. Ancak bazı teoriler, ilkel kara deliklerin karanlık maddenin bir bileşeni olabileceğini öne sürüyor; dolayısıyla birleşmeleri incelemek, karanlık maddenin doğası hakkında daha fazla bilgi sağlayabilir.

Aslında, karanlık maddeye dair kanıt aramak için kütleçekim dalgalarını kullanmanın temel avantajı, bunun, karanlık maddenin normal madde ile kütleçekimsel olmayan hafif etkileşimlerini tespit etmek için sahip olduğumuz en hassas araç olmasıdır.

Bunun nedeni, yerçekimi dalgalarının gözlemlenmesinin, doğrudan karanlık maddeyi tespit etmeyi amaçlayan deneyleri sınırlayan "nötrino tabanına" tabi olmamasıdır. Zemin, nötrinoların karanlık madde dedektörlerinde önemli bir arka plan gürültüsü kaynağı olduğu gerçeğini ifade eder. LÜKS-ZEPLİN.

Bhattacharya, "Önerdiğimiz yöntem, sınırlı maruz kalma ve dedektör hassasiyeti nedeniyle bu karasal dedektörlerin ulaşamayacağı bölgeleri araştırabilir" diyor.

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası