Ne arıyoruz?
Şu anda, karanlık maddenin ne olabileceğine dair garip isimlere sahip, biliminsanları tarafından kabul görmüş iki popüler görüş var: WIMP’ler ve MACHO’lar. WIMP, Zayıf Etkileşen Büyük Parçacık (İng. Weakly Interacting Massice Particle) anlamına gelir ve karanlık maddenin, standart model olarak adlandırılan parçacık fiziğinin hayvanat bahçesinde henüz sınıflandırmadığımız başka bir parçacık türü olduğunu öne sürer. Aslında WIMP’ler, parçacık fizikçilerini gerçekten heyecanlandıran, süpersimetri gerçekliği için cezbedici bir öneridir. Ancak bugünün makalesi MACHO’lar, Yüksek Kütleli Sıkı Hale (İng. MAssive Compact Halo) üzerine. Bu yaklaşım karanlık maddeyi, ilkel kara delikler, nötron yıldızları veya kahverengi cüceler gibi sıkı (İng. Compact) nesnelerin bir birleşimi olarak modeller. Buna göre, MACHO’ların avlayabileceğimiz çok özel bir imzası vardır: kütleçekimsel mikromerceklemeler…
Kütleçekimsel mercekleme
Büyük, sıkı nesnelerin kütleçekimi alanlarının, evrende yayılan elektromanyetik dalgalar için mercek görevi görmesini ve Dünya üzerindeki gözlemlerimizi etkilemesini bekliyoruz. Bu aynı zamanda kütleçekimi dalgalarını da etkileyecektir. Bir yana, kütleçekiminin (İng. Gravitational Waves, kısaca GW) kütleçekimini etkilemesi gerçeği kütleçekimsel kendi kendine etkileşim olarak adlandırılır ve genel görelilik kuramının neden fizikçilerde büyük bir baş ağrısı yaratmasının nedeninin budur. Bu görelilik etkisi çalışılmakta ve bu nedenle tahmin edilebilir, yani bir GW sinyalinin hem merceklemeli hem de merceksiz olarak nasıl görünmesi gerektiğini biliyoruz. MACHO’ların mercekleme imzasını arayan günümüzün makalesini bu bilgi yönlendiriyor. GW verilerinde beklenmeyen merceklenme görürsek, bu MACHO’ların varlığının bir göstergesi olabilir. Bu çalışma, GW verilerinde merceklenmenin gözlemlenmesinin veya gözlemlenmemesinin, karanlık madde MACHO’larının kütlesini ölçebileceğini veya belirli kütle aralıklarını ekarte edebileceğini savunuyor.
Bu çalışmanın ilk amacı, Lazer İnterferometre Kütleçekimi Dalgası Gözlemevi (Laser Interferometers Gravitational Wave Observatory, kısaca LIGO ) verilerinde merceklenme kanıtı aramaktır. Yayınlanan çalışmanın yazarları, karadelik birleşmeleri tarafından üretilen merceksiz kütleçekimi dalga biçimlerinin modellerini oluşturmak için bilgisayar simülasyonlarını kullanıyor. Mercekli birleşmelerin dalga biçimleri daha sonra merceğin kütlesine, kırmızıya kaymasına ve GW yolundan kaymasına bağlı olan frekansa bağlı bir büyütme uygulanarak merceksiz modellerden hesaplanabilir. Bu modeller en yüksek Bayes olasılığına sahip olanı bulmak için elenir.hangi modelin LIGO’dan görülen dalga formu verilerini en yakın şekilde yeniden ürettiğini tanımlar. Karanlık maddenin doğasının keşfi için hiçbir Nobel Ödülü dağıtılmadığından, bu çalışmanın GW’lerin MACHO’lar tarafından merceklendiğine dair kanıt bulamamasını muhtemelen şaşırtıcı bulacaksınız. Bununla birlikte, bu tespit edilememe, yazarları başka bir soru sormaya itiyor: MACHO’lardan herhangi bir GW merceği görmüyorsak, bu MACHO’ların bolluğu hakkında ne diyor?
MACHO’lar nerede?
Çalışma, hem GW tespitlerinin hem de potansiyel mercekleme olaylarının, ortalama meydana gelme oranı verildiğinde belirli bir süre içinde belirli sayıda olayı ölçme olasılığını temsil eden Poisson dağılımlarını takip ettiğini varsayar. Yazarlar daha sonra, bir parametrenin farklı değerlerinin ne kadar muhtemel olduğunu gösteren, sonsal dağılım olarak adlandırılan eğriler oluştururlar. MACHO’lar biçiminde olan ve f olarak adlandırılan karanlık madde fraksiyonu için potansiyel değerleri belirlemek için bu değerleri kullanmayı planlıyorlar. Bunun için, mercekli birleşme sayısının MACHO sayısına göre nasıl değiştiğini bilmeleri gerekir. Bu ilişkiyi hesaplamak için, karadelik çiftleri ve MACHO’larla doldurulmuş bilgisayar simülasyonlarını kullanırlar ve varsayımsal bir gözlemci tarafından gözlemlenen merceklenmiş GW’lerin sayısını sayarlar. Yazarlar, merceklenmiş ve merceklenmemiş olaylarla ilişkiyi kullanarak, test ettikleri kütle aralığında (10 üzeri 2 ve 10 üzeri 5 Güneş kütlesi arasındaki MACHO’lar) f‘deki üst sınırın muhtemelen %50 ila 80 arasında olduğunu hesapladılar. Yani MACHO’lar varsa, karanlık maddenin en fazla %80’inden azını oluştururlar.
Çalışmanın sonuçları ve bu görüşün geleceği
Çalışmanın yazarları, bu kısıtlamaların çok güçlü ve ikna edici olmadığını kabul ediyor. Ancak bu yöntem yeni ve halen test ediliyor. Çalışmanın büyük potansiyel vaad ettiği de düşünülüyor. Birincisi, farklı yöntemler kullanan önceki tahminlerle aynı fikirde, yani bu yöntem muhtemelen MACHO kütle fraksiyonu üzerinde doğru kısıtlamalar üretiyor. İkincisi, bu yöntem önemli ölçüde daha güçlü hale gelmek üzere; önümüzdeki birkaç yıl içinde LIGO’da daha fazla veri toplama (geliştirilmiş hassasiyetle) ile, bu analiz yalnızca ~54 veri noktasıyla yapılırken, binlerce birleşme olayını daha tespit etmeyi umuyoruz. GW astronomisinin geleceği, bu yöntemi büyük ölçüde geliştirecek ve karanlık maddenin doğasına ilişkin soruları bir kenara bırakmaya yardımcı olabilir.
