Karadelik Kendi “Saçından” Fışkırtarak Boson Yıldızına Dönüşebilir

Portekiz’in Aveiro Üniversitesi’nden José Ferreira, Carlos Herdeiro, Eugen Radu ve Miguel Zilhão’nun oluşturduğu fizikçi ekibi, bir karadelikin kendi “saçından” fışkırtarak tamamen işlevsel bir boson yıldızına dönüşebileceğini gösteren yeni bir karadelik bozunumu yöntemi keşfetti. Araştırmacılar, sayısal simülasyonlar kullanarak, saçlı bir karadelikin dengenin çökmesiyle ya karadeliğin etrafındaki skaler alanı yutması ya da tam tersine karadelikle alanın birbirinden ayrilarak iki ayrı nesne oluşturması sürecini modelledi. Bulgu, fizik dünyasında karadeliklerin sonsuza kadar var olacağına dair yerleşik görüşe dikkat çeken ilginç bir olasılık sunuyor.

Bu ultra-dense nesneler, durdurulamaz yerçekimi alanlarıyla bilinir. Madde içeri girer, ancak neredeyse hiçbir şey dışarı çıkamaz. Kosmosu tam tersine durduran virgüller gibi süslerler ve büyüdükçe büyürler; işte bu zorunluluğu zedeleyecek neredeyse hiçbir şey yoktur. Ancak bu, karadeliklerin dokunulmaz olduğu anlamına gelmez. Teorik fizikçiler, nesnelerin kendilerinden bile daha tuhaf bir karadelik bozunumu yöntemi buldu.

Karadelikler ve “Saç” Kavramı

Karadelikler fiziğin en uç nesnelerinden olsa da, genel görelilik altında standart koşullarda oldukça basittir. Bir kez dengeye oturup işlevini yerine getirdikten sonra, davranışlarını açıklamak için şaşırtıcı derecede az parametre yeterlidir: örneğin dönme ve kütle. Ancak bu parametrelerin tek başına yeterli olduğu anlamına gelmez. Aslında, karadelik alanında başka hangi parametrelerin gizlice bulunabileceğini bilmiyoruz; ancak matematik fizikçilere gerçekten tuhaf olasılıkları keşfetme imkanı tanır.

Bu ek özellikler “saç” olarak adlandırılır ve saçın bir türü skaler alan biçimini alabilir. Fizikçilerin böyle garip yapıları canlandırması için iyi nedenleri var. Karadelikler, evrendeki en uç laboratuvarlardan bazılarını sunar ve potansiyel olarak araştırmacılara başka yollarla tespit edilmesi zor olan madde ve alan türlerini incelemeye olanak tanır. Bir karadelik egzotik bir “saç”ı destekleyebiliyorsa, onu çalışmak şu anda bilmediğimiz parçacıklar veya alanlar hakkında ipuçları sunabilir.

Skaler alan, uzayı saran görünmez bir ortam gibi düşünülebilir. Parçacık teriminde, spin’i olmayan parçacıklardan oluşan bir koleksiyon olarak da tanımlanabilir. Bazı modellerde bu alan bir karadelikin etrafında bulutumsu bir şeyde birleşebilir; ancak mutlaka seyrek bir bulut olmak zorunda değildir. Sistemin toplam kütlesinin önemli bir bölümünü açıklayabilir ve kendi güçlü yerçekimi alanını üretebilir.

Normalde böyle maddenin sadece karadeliğe düşmesini beklerdik. Ancak bu çözümlerde, skaler alanla karadelik ufkunun dengede kalmasına olanak tanıyan belirli bir rezonans mekanizması vardır.

Araştırmacılar (ScienceAlert’a)

Araştırmacıların belirttiği gibi, önemli açık soru bu dengenin gerçekten kararlı olup olmadığıydı. Simülasyonları, çalıştıkları konfigürasyonlar için kararlı olmadığını gösterdi. Başlangıç simülasyonları bu saçlı karadeliklerin kararlı olabileceğini işaret ediyordu; ancak bu simülasyonlar küresel simetri zorlamıştı. Karadelik üç boyutlu var olsa da, bir yönde olan her şeyin diğer her yönde aynı şekilde gerçekleşmesi gerekiyordu. Bu hesaplamaları çok basitleştirir ancak sistemin dengesizleşmesini engeller.

Bölünme ve Emilim: İki Olası Sonuç

Dairesel olmayan dinamiklere izin veren sonraki çalışmalar bir modelde bir dengesizliği ortaya çıkardı. Ferreira ve meslektaşları, bu dengesizliğin o özel modelin tuhaflığı mı yoksa bu saçlı karadeliklerin daha yaygın bir özelliği mi olduğunu ve dengesizlik büyüdükçe sonuçta ne olacağını araştırmak istedi. Birkaç farklı saçlı karadelik konfigürasyonunu zaman içinde izlemek için sayısal simülasyonlar kullandılar ve sistemlerin farklı yönlerde farklı şekilde evrilmesine izin verdiler.

Puzzle’nin bir parçası da şudur: Doğru koşullar altında, karadelikin etrafındaki skaler alan kendi yerçekimi aracılığıyla kendisini bir arada tutabilir ve teorik, ufku olmayan, şeffaf bir nesne olan boson yıldızı oluşturabilir. Böylece sistemi, iki bileşenli ancak bağımsız olarak var olabilen bir sistem olarak düşünebilirsiniz.

Sonuçları iki olası sonuca ayrıldı. İlk olan ve araştırmacıların “emilim” dediği, muhtemelen bekleyeceğiniz şeydir. Dengesizlik, saçlı karadeliği koruyan hassas dengenin çökmesine neden olur. Karadelik etrafındaki skaler alanı yer ve ardından saçsız, yani “kel” bir karadelik geride bırakır.

İkinci senaryo, araştırmacıların “bölünme” dediği yer ise işlerin tuhaflaştığı yerdir. Araştırmacılar, “Karadelik ve skaler konfigürasyon, yerçekimi çekimi ile elektromanyetik itme arasındaki rekabetle bir arada tutulur. Bölünme rejiminde, karadelikin boson yıldızının tam merkezinde oturduğu simetrik konfigürasyon dengesiz bir dengedir” diye açıkladı.

Faydalı bir benzetme, bir dağın tam tepesinde dengede duran bir top gibidir. Tam olarak doğru konuma yerleştirilirse orada kalabilir, ancak en küçük itme onu uzaklaştırmaya başlar.

Araştırmacılar (ScienceAlert’a)

Ve işte bunu gözlemlediler. Küçük bir bozulma, karadeliği merkezden biraz kaydırmak için yeterliydi. Dengeye geri dönmek yerine, kademeli olarak daha da uzaklaştı ve sonunda bir siyah nokta (comedone) gibi skaler alandan fırladı. Alan bir arada kaldı ve boson yıldızı olarak var olmaya devam etti, karadelik ise artık keldi ve kendi yoluna gitti.

Saçlı bir karadeliği hangi kaderin beklediği, en azından kısmen, skaler saçının ne kadar yoğun olduğuna bağlı görünüyor. Daha yoğun konfigürasyonlar emilime, daha gevşek olanlar ise bölünmeye daha yatkındı. Bu eğilim iki farklı skaler potansiyel boyunca geçerli kaldı.

Sınırlar ve Gelecek Araştırmalar

Bu, karadeliklerin şu anda evrende rastgele boson yıldızlarından çıkması anlamına gelmez. Birincisi, boson yıldızları hâlâ “teorik” kategorisi altında yer alıyor. İkincisi, araştırmacılar bu özel kurulumun öncelikle gerçekçi bir astrofiziksel karadelik modeli değil, bir oyuncu modeli olduğunu vurguluyor. Araştırmacılar ScienceAlert’a, “Mekanizma sıradan elektrik yüküne dayanırken, astrofiziksel karadeliklerin çok az net elektrik taşıması beklenir. Bu yüzden burada simüle edilen nesnelerin muhtemelen astrofiziksel nesneler olduklarını iddia etmeyiz. Bunun yerine, ortaya çıkardığımız mekanizma, daha gerçekçi modellerde de gerçekleşebilecek daha geniş bir olguya işaret ediyor olabilir” dedi.

Araştırmacıların araştırmak istediği bir olasılık, dönmenin saçlı karadeliklerin diğer modellerinde elektrik yüküne benzer bir rol oynayabileceğiidir. Ve eğer astrofiziksel açıdan makul bir sürümü varsa, bu dengesizlik tamamen görünmez olmayabilir. Araştırmacılar, “Bu tür şiddetli bir simetri kırılma süreci karakteristik bir yerçekimi dalga sinyali üretmelidir. Özellikle bölünme durumunda dinamikler, iki karadeliğin birleşmesi gibi tanıdık süreçlerden çok farklıdır, bu yüzden dalga biçiminin belirgin özellikler taşıması beklenir” açıklamasını yaptı.

Bu dalga biçimlerinin tam olarak nasıl göründüğü ve gerçekçi şekilde tespit edilip diğer kaynaklardan ayrılabilip olunamayacağı daha fazla özel çalışma gerektiriyor. Bunu gelecek çalışmalar için özellikle ilginç bir yön olarak görüyoruz.

Araştırmacılar (ScienceAlert’a)

Araştırmacıların belirttiği gibi, dalga biçimlerinin gerçekçi şekilde tespit edilip diğer kaynaklardan ayrılabilmesi daha fazla çalışma gerektiriyor. Araştırma, Physical Review D dergisinde yayımlandı.