Ölçülmüş bir uğultu, önerilmiş bir soy

Bu hikâyenin ölçülmüş yanı nanohertz kütleçekim dalgası fonu: pulsar zamanlama dizileri onu görüyor ve önde gelen okuma, fonu milyar Güneş kütlesini aşan süper kütleli kara delik çiftlerine bağlıyor. Ghodla ile Ilie, bu kara deliklerin yeterince erken nasıl tohumlanmış olabileceğini soruyor. WIMP karanlık madde resminde iki aday yol izliyorlar: kaynaşma yerine karanlık madde ısıtmasıyla ayakta duran, çökmeden önce milyon Güneş kütlesini geçebilen ilkel cisimler, yani karanlık yıldızlar; bir de el değmemiş gazdan oluşan doğrudan çöküş kara delikleri. Her bin kübik megaparsekte yaklaşık bir tohumluk eş hareketli yoğunlukta karanlık yıldız torunları işarete egemen oluyor; her milyon kübik megaparsekte bir civarında beklenen doğrudan çöküş tohumları ikincil kalıyor.[1]

O tohumla bu uğultu arasında bir modeller zinciri var ve her halka bir seçim. İlkel yoğunluk dalgalanmaları, genişletilmiş Press-Schechter kütle işleviyle halolara dönüşüyor; bir halonun tohum barındırma olasılığını bir eşik kütlesi belirliyor; tohum, 0,1 verimle kütle yutarak büyüyor ve bu ayar, hesabın yerel evrende görülen kara delik–halo kütle bağıntısını yeniden vermesi için yapılıyor; halo birleşmeleri bir gecikmenin ardından kara delik birleşmelerine dönüşüyor; çiftler de görgül olarak uydurulmuş sarmal dalga biçimleriyle ışıyor. Zincirin ucundan çıkan şey bir genlik ve bu genlik, tohum yoğunluğunun karesiyle, varsayılan konak halo kütlesinin ise yaklaşık 2,8'inci kuvvetiyle ölçekleniyor. İki bilinmeyen, tek sayı.[1]

Bu takastan sağ çıkan sayı

Bu takas, buradaki en sağlam çıktının bir bolluk değeri yerine üst sınır olmasının nedeni. Genlik tohum yoğunluğunun karesiyle büyüdüğü için, verilerin izin verdiğinden çok daha yoğun bir nüfus uğultuyu fazladan üretirdi. Ortalama eşik halo kütlesi beş yüz milyon Güneş kütlesi alındığında yazarlar tavanı her yirmi kübik megaparsekte bir tohum civarına koyuyor; halo kütlesi büyüdükçe tavan iniyor: milyar Güneş kütlesinde her yüz kübik megaparsekte bire yaklaşıyor. Beklenen iki yoğunluk da bu tavanın çok altında; dolayısıyla iki yol da dışlanmıyor.[1]

Bu sınır, ancak söz konusu çiftlerin pulsar zamanlama bandına gerçekten ulaştığı varsayımı kadar sağlam. Hesap, çiftleri yalnızca kütleçekim ışımasıyla sarmallandırıyor ve ortalama birleşme gecikmesini bir milyar yıl alıyor; yazarlar on milyar yıl mertebesindeki gecikmelerin süper kütleli kara delikleri bu bandın büyük ölçüde dışında bırakacağını, burada hesaba katılmayan çevresel etkileşimlerin de tayfı değiştirebileceğini belirtiyor. Aynı veriye başka bir okuma da uyuyor: uğultuya, sıradan gökada birleşmeleriyle geç kurulan kara delikler egemen olabilir ve erken tohum katkısı küçük bir ekleme kalır; o durumda tavan, hiçbir zaman ana kaynak olmamış bir nüfusu sınırlamış olur.[1]

Tavanı ne oynatır?

Tavanı gerçek bolluktan ayıran tek ölçülebilir nicelik var: bu tohumları barındıran haloların tipik kütlesi. Gelecek bir pulsar zamanlama dizisi yayımı fon genliğini bugünkü aralığında tutarken yüksek kırmızıya kayma gözlemleri o tipik haloyu milyar Güneş kütlesi dolayına yerleştirirse, tohum yoğunluğu sınırı yaklaşık beş kat daralıp her yüz kübik megaparsekte bir tohum düzeyine iner; bu da parlak gökadaların sayı yoğunluğuna doğrudan karşılaştırılabilecek kadar yakındır. Genlik kayarsa ya da çıkarılan tayf eğimi, yalnızca sarmallanan bir nüfusun öngördüğü üçte iki kuvvetinden uzaklaşırsa, ilk bakılacak yer bu hesabın dışarıda bıraktığı çevre fiziğidir.[1]

Duyulması bu kadar güç bir işaretten geriye bir sınır kalması alçakgönüllü bir sonuç. Kalıcı olan sonuç türü de bu: karanlık yıldızların var olmuş olmasını gerektirmiyor ve bir sonraki veri yayımı onu ister daraltsın ister kırsın, yerinde duracak. Evren ilk süper kütleli kara deliklerini kendi ilk birkaç yüz milyon yılı içinde bir yerde kurdu; o çağ için şimdilik dürüst cümle, en çok kaç tohum kurmuş olabileceğine dair bir üst sınırdır.[1]