Pulsar şəbəkələri vasitəsilə aşkar edilən son dərəcə aşağı tezlikli cazibə dalğalarının zəif fonunda, Kainatın ən erkən superkütləli qara dəliklərinin bəzilərinin ortaya çıxması da daxil olmaqla, 13 milyard ildən çox əvvəl baş verən hadisələrə dair ipucları ola bilər.

Colgate Universitetinin tədqiqatçıları Sohan Ghodla və Cosmin Ilie, Physical Review D jurnalında Məktub olaraq dərc edilmiş bir araşdırmada, erkən Kainatda yaranan super kütləli qara dəliklərin nəticədə Pulsar Zamanlama Massivləri və ya PTA-ları ilə ölçülən cazibə dalğası fonunun əhəmiyyətli bir hissəsini yarada biləcəyini araşdırdılar.

Tapıntılar astronomiyanın ilk baxışdan bir-birindən çox uzaq görünən iki sahəsini birləşdirir. Biri Kainatın gənc olduğu dövrdə mövcud olan təəccüblü dərəcədə nəhəng qara dəliklərin müşahidələrini əhatə edir. Digəri isə milyardlarla il sonra bir-birinə doğru spiral şəklində hərəkət edən supernəhəng qara dəlik cütləri tərəfindən yaranan cazibə dalğalarını əhatə edir.

Tədqiqatçılar aşkar ediblər ki, supermassiv Qaranlıq Ulduzların geridə qoyduğu qalıqlar olan erkən qara dəlik toxumlarının mümkün bir sinfi PTA siqnalına potensial olaraq dominant töhfə verə bilər.

İlie bildirib ki, “Pulsar zamanlama massivləri adətən nisbətən yeni Kainatda superkütləli qara dəlik ikili sistemlərinin zondları kimi düşünülür. İşlərimiz göstərir ki, siqnal həmçinin həmin qara dəliklərin əcdadlarının kosmik şəfəqdə necə əmələ gəldiyi haqqında məlumat da ehtiva edə bilər. Bu mənada, bu gün müşahidə edilən cazibə dalğaları ilk superkütləli qara dəliklərin yaranmasına yeni bir pəncərə aça bilər.”

Dəqiq Kosmik Saatlar Kimi Pulsarlar

Pulsar Zamanlama Massivləri, kosmosda fövqəladə dərəcədə dəqiq saatlar kimi fəaliyyət göstərən pulsarlar kimi tanınan sürətlə fırlanan neytron ulduzlarına əsaslanır. Cazibə dalğaları kosmosdan keçdikdə, nəticədə Yerə çatan radio impulslarının vaxtında kiçik dəyişikliklərə səbəb olur. Beynəlxalq tədqiqat qrupları uzun müddət ərzində bir çox pulsarı izləyərək nanohers tezliklərində stoxastik cazibə dalğası fonuna dair dəlillər tapıblar.

Bu fon üçün ən geniş qəbul edilmiş astrofiziki izah, tədricən içəri doğru spiral şəklində hərəkət edən supermassiv qara dəlik ikili planetlərinin populyasiyasının olmasıdır. Ümumi kütləsi təxminən bir milyard Günəşdən çox olan qara dəlikləri olan sistemlər, PTA-lar tərəfindən aşkar edilən tezliklərdə xüsusilə mühüm töhfələr verir.

Lakin bu nəhəng qara dəliklərin izahı daha dərin bir sual doğurur. Astronomlar hələ də orijinal toxumlarının necə əmələ gəldiyini bilmək istəyirlər. Ceyms Vebb Kosmik Teleskopu və Çandra da daxil olmaqla rəsədxanalar kosmik tarixin gözlənilmədən erkən mərhələlərində nəhəng qara dəliklər kəşf etdilər və bu da böyük qara dəlik toxumlarını çox tez bir zamanda yarada bilən formalaşma mexanizmlərinə marağı artırdı.

Qodla və İli bu cür qədim toxumların nəsillərinin kosmik zaman ərzində mövcud olub-olmadığını, qalaktikaları ilə birlikdə böyüyüb-böyüyə bilməyəcəyini, nəticədə cütləşib milyardlarla il sonra aşkar edilən cazibə dalğası fonunu yarada biləcəyini araşdırdılar.

Qaranlıq Ulduzlar Nəhəng Qara Dəliklər Yarada Bilərmi?

Tədqiqatçılar erkən Kainatda nəhəng qara dəlik toxumlarının əmələ gəlməsi üçün iki mümkün yolu araşdırdılar: birbaşa çökmə qara dəlikləri və supermassiv Qaranlıq Ulduzların çökməsi nəticəsində əmələ gələn qara dəliklər.

Qaranlıq Ulduzlar, enerjisinin çox hissəsini əsasən adi nüvə birləşməsinə etibar etmək əvəzinə, qaranlıq maddə ilə əlaqəli istiləşmədən alan hipotetik ibtidai ulduzlardır. Tədqiqatda nəzərdən keçirilən WIMP qaranlıq maddə ssenarisində bu ulduzlar material toplamağa davam edərkən nisbətən sərin və uzanmış qala bilərlər. Uyğun şərtlərdə, onlar nəhəng qara dəliklərə çökməzdən əvvəl Günəşin kütləsindən milyon dəfə və ya daha çox böyüyə bilərlər.

Qodla və İli bu yollar vasitəsilə əmələ gələn qara dəliklərin kosmik tarix boyunca necə inkişaf edəcəyini modelləşdirdilər. Onlar qara dəlikləri yerləşdirən haloları izlədilər, cisimlərin nə qədər tez-tez birləşəcəyini təxmin etdilər və bu birləşmələrin yaratdığı cazibə dalğası fonunu hesabladılar.

^{Nəticələr göstərir ki, əgər supermassiv Qaranlıq Ulduzların qalıqları təxminən 10-3} Mpc ^-3 sıxlığında mövcud olsaydı , onların törəmələri PTA-larla ölçülən cazibə dalğası siqnalının böyük və ehtimal ki, dominant payını təmin edə bilər.

Tədqiqatda nəzərdən keçirilən birbaşa çökmə qara dəlik populyasiyasının daha az yaygın olduğu görünür. 10 ^-6 Mpc ^-3 yaxınlığında xarakterik sıxlıqlarla bu obyektlər müşahidə olunan siqnala əhəmiyyətli dərəcədə az töhfə verəcək.

Kosmik Şəfəqi Araşdırmaq üçün Qravitasiya Dalğalarından İstifadə

Tədqiqatın əsas nəticələrindən biri də hazırkı PTA ölçmələrinin supermassiv qara dəliklərin ən erkən toxumlarının nə qədər geniş yayıldığını məhdudlaşdıra bilməsidir.

“Bu nəhəng toxumların həddindən artıq çox istehsal edilməsi PTA tərəfindən aşkarlanan siqnalı həddindən artıq istehsal etməyə səbəb olur. Çox az istehsal olunarsa, kainatın sonrakı dövrlərində bu supernəhəng qara dəlikləri PTA müşahidələrinə uyğunlaşdırmaq üçün səmərəli şəkildə yığmaq üçün başqa mənbələrə ehtiyacınız olacaq”, – deyə Qodla bildirib.

Tədqiqatçılar tərəfindən araşdırılan modellər daxilində, 10 ^-2 ilə 10 ^-1 Mpc ^-3 aralığı ətrafındakı toxum sıxlıqları müşahidələrin imkan verdiyindən daha çox cazibə dalğası fonu yaratmağa başlayacaq. Dəqiq limit, həmin toxumların əvvəlcə əmələ gəldiyi qaranlıq maddə halolarının kütlələrindən çox asılıdır.

Bu, PTA müşahidələrinə olduqca qədim populyasiyaları araşdırmaq üçün gözlənilməz bir qabiliyyət verir. Onlar, 10-dan çox qırmızı yerdəyişmələrdə mövcud olan obyektləri məhdudlaşdıra bilərlər, baxmayaraq ki, cazibə dalğalarını yaradan nəsillərinin birləşmələri kosmik tarixdə daha sonra baş verir.

Hesablamalar həmçinin ümumi qara dəlik kütlələrinin təxminən 10,9 ^günəş kütləsindən yuxarı olan ikili sistemlərin proqnozlaşdırılan PTA siqnalına üstünlük təşkil etdiyinə dair əvvəlki tapıntını da dəstəkləyir. Daha az kütləli qara dəlikləri ehtiva edən ikili sistemlər daha az töhfə verir.

Qaranlıq Maddə, Qara Ulduzlar və Qara Dəliklərin Birləşməsi

Tapıntılar müasir kosmologiyada qaranlıq maddənin təbiəti, ilk işıqlı cisimlərin əmələ gəlməsi, supermassiv qara dəliklərin mənşəyi və Kainatda hərəkət edən cazibə dalğaları da daxil olmaqla bir neçə əsas sual arasında yeni müşahidə əlaqəsi yaradır.

İlie bildirib ki, “Qaranlıq Ulduzlar əvvəlcə kosmik şəfəqdə birbaşa görünə biləcək obyektlər kimi təklif olunurdu. Bu iş onların kosmik tarixdəki mümkün rolunu sınaqdan keçirməyin tamamilə fərqli bir yoluna işarə edir. Onların nəsilləri müasir Kainata qədər davam edən cazibə dalğası izi buraxa bilər.”

Pulsar Zamanlama Massivi ölçmələri daha dəqiqləşdikcə və astronomlar uzaq qara dəliklər və onları yerləşdirən qalaktikalar haqqında anlayışlarını yaxşılaşdırdıqca, tədqiqatçılar Kainatın ilk superkütləli qara dəliklərinin necə əmələ gəldiyi ilə bağlı rəqabətli izahlar arasında daha aydın şəkildə fərq qoya bilərlər.