Evrende yoğunluğu en yüksek olan madde nedir?

Büyük kütleli yıldızlar, nükleer yakıtlarını tükettikten sonra, çöken çekirdek kütleleri 1,4-2 Güneş kütlesi aralığında ise, çökme ancak nötron basıncı ile durdurulabiliyor ve en sonunda bu çekirdek nötron yıldızı denen 5-10 km’lik, neredeyse tümü nötronlardan oluşan, çok yoğun bir maddeye dönüşüyor. Kendi ekseninde saniyenin binde biri ile 30 saniye arasında bir devirle tur atabilen ve kendilerine özgü bazı sinyaller yayan bu yıldızları astrofizikçiler gözlemler.

Bu durumda nötron yıldızı maddesi evrendeki en yoğun madde diyebiliriz ama bu doğru olmaz. Nötron, parçacık fiziği açısından bakıldığında, temel bir parçacık değildir; bir hacmi vardır ve temel (noktasal, hacmi olmayan) parçacıklar olan kuarklardan ve kuarkları birbirine bağlayan gluonlardan oluşur. Nötronun içindeki bu temel parçacıklar hacimsel olarak neredeyse hiç yer tutmadığından, nötronun içindeki bu boşluğunda bir bölümünün büyük yıldızlarda, kendi kütle çekimlerinin sonucunda ortadan kalkacağını düşünebiliriz. Kurama göre, yakıtı biten yıldızların çöken çekirdek kütlesi 2 Güneş kütlesini aşmaya başladığı zaman nötronları da parçalanacak ve yıldız bir kuark maddesine ya da kuark yıldızına dönüşecektir.

Böyle bir yıldız şimdiye kadar gözlemlenmiş değildir. Burada bir de ayrıntı var; Kuark yıldızının içindeki kuarklar nötronun içindeki Yukarı ve Aşağı kuarklar yerine, onlardan daha kütleli Acayip kuarklar olacaktır. Acayip kuark yıldızı da bizim en yoğun maddeyi bulma yolculuğumuzda son durak değil.

Başlangıç kütleleri 25-30 Güneş kütlesini aşan yıldızların nükleer yakıtları tükendiğinde çöken çekirdekleri 3 Güneş kütlesini aşıyorsa, taşıdıkları o müthiş çekim güçleriyle (içerdikleri maddeyi kendi merkezine doğru çeken) nötron yıldızlarından ve kuark yıldızlarından daha yoğun bir madde oluşturabilirler mi? Evet, oluşturulabilir ve görünen o ki oluşturmuşlar. Böyle bir yıldız (örneğin bizim gökadamızın merkezinde Güneş’ten milyonlarca kat daha kütleli yıldız gibi) üzerine düşen ışığı da çektiği için karanlık görünür ve karadelik adını alır. Peki, karadelik maddesi nedir? Ne yazık ki bu sorunun yanıtını bilmiyoruz. Nötron yıldızında nötronlardan, kuark yıldızında Acayip kuarklardan söz edebiliyoruz ama karadelik haline gelmiş bir yıldızda, kuark ya da tanıdığımız hiçbir parçacıktan, söz edemiyoruz. Karadeliklerin yoğunluklarıyla ilgili neredeyse bir üst sınır yok. Bu nesneler içinde, kütle çekimine karşı durabilecek, basınç oluşturabilecek, hiçbir mekanizma, kuvvet ya da ilke bilmiyoruz. Sonuç olarak en yoğun madde arayışımız bizi karadeliklere götürür. 

Karadelikler asla görülmezler, fakat karadeliğin yerçekimi kuvvetine karşı koyamayan gaz kütleleri karadeliğe düşerken, sanki son bir çığlık atarlar.

Karadelikten kaynaklanan kütle çekimi çok güçlü olduğu için yakınlardaki yıldızların gazları karadeliğe doğru sarmal biçiminde yol alarak birikim diski adı verilen bir yapı oluşturur ve büyük bir hızla soğrulur. Gazlar birbirine sürtünerek ısınır ve ışır. Birikim diskinin en sıcak kısımları 100.000.000 derece selsiyus sıcaklığa ulaşabilir ve X-ışını kaynağıdır. Birikim diski, karadeliğin yakınındaki yıldızlardan kendine doğru çektiği, gaz halinde birikmiş maddedir. Diskin karadeliğe çok yakın olan bölgelerinden X-ışınları yayılır. Biriken gazlar çok yüksek hızda döner. Diğer yıldızlardan gelen gazlar birikim diskiyle çarpıştığı zaman sıcak, parlak bölgeler oluşur. Birikim diski yüksek hızda dönen gazlarla beslendiği için merkeze en yakın bölgeler aşırı derecede parlar, fakat kenarlar daha soğuk ve daha karanlıktır. Karadeliğin merkezine yakın geçen ışık ışınları yakalanır. Olay ufkunun sınırına yakın bölgelerdeki ışık ışınları olay ufkunu geçemedikleri için parlaklıklarını korur. Karadeliğin merkezinin uzağından geçen ışık ışınları ise karadelikten etkilenmeden yollarına devam eder.