Büyük Patlamadan Bir Saniye Sonra: İlk Kara Delikler, Bozon Yıldızları ve Yamyam Yıldızların Doğuşu

Büyük Patlama’dan bir saniyeden kısa bir süre sonra, henüz atomik elementler bir araya gelmeden önce, eğer parçacıklar madde haloları hâline yoğunlaşmışsa bu haloların çökmeleri sonucunda ilk kara deliklerin, bozon yıldızlarının ve “yamyam yıldızlar” olarak adlandırılan yıldızların ortaya çıkmış olabileceği düşünülüyor. Bu sonuca, Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) araştırmacıları tarafından; INFN, IFPU ve Varşova Üniversitesi işbirliğiyle yürütülen ve Physical Review D dergisinde yayımlanan yeni bir çalışma ile ulaşıldı.

Araştırmacılar, bazı kozmolojik modellerin öne sürdüğü gibi Evren’in en erken dönemlerinde kısa süreli bir “Erken Madde Egemenliği Dönemi" (İng: "early matter-dominated era")nin yaşanmış olabileceği varsayımından yola çıkarak parçacıkların birbirleriyle nasıl etkileşebileceğini incelediler. Bu etkileşimlerin, şaşırtıcı çeşitlilikte kozmik cisimlerin oluşumuna yol açabileceğini ortaya koydular. Böylece çalışma, Büyük Patlama’dan sonraki ilk anlarda bile Evren’in karmaşık ve zengin bir fiziksel fenomenolojiye sahne olabileceğini gösteriyor.

Kozmik Enflasyondan Hemen Sonra Ne Oldu?

Kozmolojideki son gelişmeler; kozmik enflasyon olarak bilinen hızlı genişlemeden, Büyük Patlama’dan 10 saniye ile 20 dakika sonra gerçekleşen ilkel çekirdek sentezine (hidrojenden daha ağır ilk atom çekirdeklerinin oluşumu) kadar Evren’in tarihini ayrıntılı biçimde yeniden kurmamızı sağladı. Ancak bu iki dönem arasındaki "ara evre" hâlâ büyük ölçüde keşfedilmemiş durumda.

Araştırmanın yazarları konu ile ilgili şu ifadelerde bulundu: “Bu aralıkta, maddenin geçici olarak Evren’e egemen olduğu ilginç bir olasılık vardır.”

Bu senaryoda, madde haloları doğal biçimde oluşabilir. Ayrıca parçacıklar birbirleriyle etkileşime girebiliyorsa bu etkileşimler “gravotermal çökme” denilen süreci tetikleyebilir ve kara delikler ya da başka egzotik kompakt yapılar ortaya çıkabilir.

Evren’in Şafağındaki Tuhaf Yapılar

Araştırmacılar, bu yoğun cisimler arasında “yamyam yıldızlar”ın da oluşmuş olabileceğini öne sürüyor. Yamyam yıldızlar, geleneksel yıldızlara benzer ancak enerji üretimlerini nükleer füzyondan değil, parçacıkların kendi kendini yok etmesinden (İng: "self-annihilation") alırlar.

Bu süreçte aynı zamanda “bozon yıldızlar” da ortaya çıkmış olabilir. Bu yıldızlarda parçacıkların kuantum doğası, yıldızı yerçekimine karşı dengede tutar. Bozon yıldızlar yalnızca birkaç saniye varlıklarını sürdürebilmiş, ardından ilkel kara deliklere (İng: "primordial black holes") dönüşmüş olabilirler. PBH’ler doğrudan madde halolarının çökmesinden de oluşmuş olabilir.

İlkel Kara Delikler Üzerine Yeni Hipotezler

Araştırmaya göre, EMDE sırasında oluşan madde haloları görece küçük kütlelere sahipti (yaklaşık 10²⁸ gramdan daha az). Bu halolar, gravotermal çökme sonucunda daha da küçük ilkel kara delikler oluşturabilirdi.

Basitleştirilmiş bir kuramsal model kullanan araştırmacılar, bazı koşullarda bu PBH’lerin aşırı miktarda üretilebileceğini ve bu durumun gözlemsel kısıtları ihlal edebileceğini; diğer koşullarda ise asteroit kütleli PBH’lerin oluşabileceğini ve bunların Evren’deki tüm karanlık maddeyi açıklayabilecek kadar çok olabileceğini gösterdi.

Son olarak bazı PBH’ler hızla buharlaşabilir ve böylece ilkel çekirdek sentezinden (hidrojen ve helyum gibi hafif atomların oluştuğu dönem) önce tamamen yok olabilir.

Evren Üzerine Yeni Perspektifler

Bu sonuçlar, daha geniş araştırma olanaklarının da önünü açıyor. Araştırmacılar konuyla şöyle diyor:

Günümüz Evren'inde kendisiyle etkileşen karanlık madde halolarının çökmesi yoluyla yamyam yıldızların ve bozon yıldızların oluşumunu incelemek ilginç olabilir. Ayrıca daha spekülatif olsa da basit parçacık modellerinde yıldız oluşumunu ve madde birikimini (akresyonu) incelemek, Evrenimizi şekillendiren karmaşık astrofiziksel süreçler hakkında yeni içgörüler sağlayabilir.