Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra evrenimizden dallanan bebek evrenler bize kara delikler olarak görünür. Kavli Evren Fiziği ve Matematiği Enstitüsü (Kavli IPMU), geniş bir uzmanlık yelpazesinin sinerjisinden yararlanan birçok disiplinler arası projeye ev sahipliği yapmaktadır. Böyle bir projenin ana teması, yıldızlar ve galaksiler oluşmadan önce, erken evrende doğmuş olabilecek kara deliklerin incelenmesidir.
Bu tür ilkel kara delikler (PBH’ler) karanlık maddenin tamamını veya bir kısmını açıklayabilir, gözlenen çekim dalgalarının bazı sinyallerinden sorumlu olabilir ve Gökadamızın ve diğer galaksilerin merkezinde bulunan süper kütleli kara delikleri tohumlayabilir. Ayrıca nötron yıldızları ile çarpıştıklarında onları yok ederek nötron açısından zengin materyali serbest bıraktıklarında ağır elementlerin sentezinde rol oynayabilirler.
Özellikle, evrendeki maddenin çoğunu oluşturan gizemli karanlık maddenin ilkel kara deliklerden oluşması heyecan verici bir olasılıktır. 2020 Nobel Fizik Ödülü, kara deliklerin varlığını doğrulayan keşiflerinden dolayı bir teorisyen Roger Penrose ve iki gökbilimci Reinhard Genzel ve Andrea Ghez’e verildi. Kara deliklerin doğada var olduğu bilindiğinden, karanlık madde için çok çekici bir adaydır.
Temel teori, astrofizik ve PBH’lerin araştırılmasında astronomik gözlemlerdeki son gelişmeler, Kavli IPMU üyeleri Alexander Kusenko, Misao Sasaki, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada ve Volodymyr Takhistov dahil olmak üzere parçacık fizikçileri, kozmologlar ve gökbilimcilerden oluşan uluslararası bir ekip tarafından gerçekleştirildi.
İlkel kara delikler hakkında daha fazla bilgi edinmek için araştırma ekibi ipuçları aramaya erken evrene bakarak başladı. Erken evren o kadar yoğundu ki, yüzde 50’den fazla herhangi bir pozitif yoğunluk dalgalanması bir kara delik yaratmaya yeterliydi. Bununla birlikte, galaksileri tohumlayan kozmolojik karışıklıkların çok daha küçük olduğu biliniyor. Yine de, erken evrendeki bir dizi süreç, kara deliklerin oluşması için doğru koşulları yaratabilirdi.
Heyecan verici bir olasılık, ilkel kara deliklerin, galaksiler ve galaksi kümeleri gibi bugün gözlemlediğimiz yapıları tohumlamaktan sorumlu olduğuna inanılan hızlı bir genişleme dönemi olan enflasyon sırasında yaratılan “bebek evrenlerden” oluşabilmesidir. Enflasyon sırasında bebek evrenler evrenimizden dallara ayrılabilir. Küçük bir bebek evren sonunda çökecektir, ancak küçük hacimde salınan büyük miktardaki enerji bir kara deliğin oluşmasına neden olur.
Daha da tuhaf bir kader, daha büyük bir bebek evrenini beklemektedir. Einstein’ın çekim teorisi bazı kritik boyutlardan daha büyükse, bebek evrenin içeride ve dışarıda bir gözlemciye farklı görünen bir durumda var olmasına izin verir. Bir iç gözlemci onu genişleyen bir evren olarak görürken, dışarıdan bir gözlemci (bizim gibi) onu bir kara delik olarak görür.
Her iki durumda da, büyük ve küçük bebek evrenler, bizim tarafımızdan, birden çok evrenin temel yapısını “olay ufuklarının” arkasında gizleyen ilkel kara delikler olarak görülür. Olay ufku, altında her şeyin, hatta ışığın bile hapsolduğu ve kara delikten kaçamayacağı bir sınırdır.
Andromeda galaksisindeki bir yıldız, yıldızın önünden ilkel bir kara delik geçerse, ışığını çekim teorisine göre odaklayarak geçici olarak daha parlak hale gelir. Ekip, bu yeni çalışma PBH oluşumu için yeni bir senaryo üretti ve “çoklu evren” senaryosundaki kara deliklerin, devasa bir dijital kamera olan 8.2 m Subaru Teleskobunun Hyper Suprime-Cam (HSC) kamerasını kullanarak bulunabileceğini gösterdi. HSC bu araştırmada neden vazgeçilmezdi? HSC, birkaç dakikada tüm Andromeda galaksisini görüntüleme konusunda benzersiz bir yeteneğe sahipti.
Bir kara delik yıldızlardan birinin görüş hattından geçerse, kara deliğin çekim gücü ışık ışınlarını büker ve yıldızın kısa bir süre için öncekinden daha parlak görünmesini sağlar. Yıldızın parlama süresi gökbilimcilere kara deliğin kütlesini söyler. HSC gözlemleriyle, aynı anda yüz milyon yıldız gözlemlenebilir ve görüş hatlarından birinden geçebilecek ilkel kara delikler için geniş bir ağ oluşturabilir.
İlk HSC gözlemleri, Ay’ın kütlesiyle karşılaştırılabilir bir kara delik kütlesine sahip, “çoklu evren” den bir PBH ile tutarlı, çok ilgi çekici bir aday olayı bildirmiştir. Bu ilk işaretin verdiği cesaretle ve yeni teorik anlayışla yönlendirilen ekip, araştırmayı genişletmek ve çoklu evren senaryosundan PBH’lerin tüm karanlık maddeyi açıklayıp açıklayamayacağına dair kesin bir test sağlamak için yeni bir gözlem turu yürütüyor.
