2016 yılında çözülmeyi bekleyen beş bilimsel gizemden biri olarak lanse ettiğimiz kütleçekim dalgalarının varlığı tartışması geçtiğimiz gün Laser Girişimölçer Kütleçekim-Dalga Gözlemevi (İng. LIGO) araştırmacılarının yaptıkları basın toplantısı ile bir çözüme kavuştu. Öncelikle kütleçekim dalgalarının Albert Einstein tarafından 1915 yılında yayımladığı genel görelilik teorisi makalesinde öngörüldüğünü belirtmemiz gerekiyor. Einstein’a göre kütleli büyük cisimler hareketleri sırasında uzayda kütleçekim dalgaları oluşturmaktadır. Buna ilaveten, bizi takip eden okuyucularımızın “Bozonlardan Kütleçekim Dalgalarına: 2016’da Çözülmeyi Bekleyen Beş Bilimsel Gizem” başlıklı makalemizin son cümlesinde Einstein’ın 2016 yılında tekrar haklı çıkacağını ifade ettiğimizi hatırlayabilirler. Öyle de oldu. Albert Einstein’ın kütleçekim dalgalarını genel görelilik teorisi ile öngörmesi ve bugün bunun doğrulanması Maxwell’in bir yüzyıl önce ortaya koyduğu elektrik ve manyetizma denklemlerinin ışık gibi elektromanyetik dalgalarını öngörmesinden farksızdır. Bu tarihsel gerçekliğin ışığında LIGO deneylerinden ortaya çıkan bulguları bu yazımızda ele alacağız.
Bu keşiften önce 2014 yılında ABD’li bilim insanları gravitasyonel dalgaları yani kütleçekim dalgalarının ilk kanıtlarını elde etmişlerdi. Hatta o zaman da Albert Einstein’ın öngörülerinin doğrulandığını söylemiştik. Ancak elde edilen bulgular evrenin 380 bin yıl yaşında ortaya çıkan uzaydaki dalgalanmaları işaret ediyordu. Dün, 11 Şubat 2016 tarihinde basın açıklaması yapılan ve Physical Review Letters dergisinde makalesi yayınlanan bu çalışmada 1.3 milyar ışık yılı uzaklıktaki iki büyük kütleli karadeliğin arasında oluşan bir çarpışmayla üretilen kütleçekim dalgası LIGO deneyi ile gözlenebildi. Bu şimdiye kadar gözlenememiş olan oldukça aşırı bir olaydı. MIT ve Caltech’den araştırmacıların önplanda olduğu LIGO işbirliği kütleçekim dalgalarının dalgacıklarını (dalgalanmalarını) Dünya üzerinde “doğrudan gözlemleyen” ilk cihaz oldu. Bu cihaz ile artık bilim insanları kütleçekim dalga sinyallerini çözebildiklerini ve kaynağını belirleyebildiklerini ortaya koymuş oldular.
Bu keşfi gerçekleştiren LIGO işbirliği ABD’nin iki farklı bölgesinde kurulu iki dedektöre sahip. Bu dedektörlerden biri ABD’nin Washington eyaletinde Hanford civarında diğeri de Louisiana eyaletinde Livingstone civarında bulunmaktadır. Bu dedektörler sayesinde bilim insanları iki karadeliğin birleşmesi ile birlikte uzaya yayılan dalgaları tespit edebilmiş oldular. Araştırmacılar bu dedektörlerde bir kütleçekim sinyalini elde ettiklerinde, onlar bu sinyali ses dalgasına dönüştürdüler ve sarmal olarak dönen iki karadeliğin tek bir büyük karadelik olarak birleşirken oluşturdukları sesini dinlediler. MIT’de araştırmacı olan Matthew Evans dinledikleri sesin gece kapınızın yumruklanmasına benzediğini belirtiyor. Evans’a göre “Dünya’ya gelen bir sinyali alıp hoparlörde dinlediğimizde karadeliklerin “bağırtılarını” duyuyabiliyoruz. Bu gözlemlerin çok iç şeylerle bağlantısı var. Siz gerçekten de bir şekilde bir zamanlar fantastik olan bu şeyleri dinlemiş oluyorsunuz.”
Kütleçekim dalga sinyalinin ileri analizi ile araştırma grubu karadelikler çarpışmadan hemen önceki (milisaniye kadar) son anlarını izleyebildiler. Dolayısıyla onlar karadeliklerin bizim Güneşimizden 30 kat daha fazla kütleye sahip olduklarını ve her birinin bir diğeri etrafında çarpışmadaki kaynaşmadan önce ışık hızına yakın hızlarda döndüklerini belirlediler. Bu sırada açığa çıkan enerjinin üç Güneş kütlesine eş değer olduğunu kütleçekim dalgalar formundaki Einstein’ın E=mc2 denklemine göre buldular. Bu enerjinin çoğu sadece bir saniyenin birkaç onda biri kadar sürede serbest kaldı ve bu kadar kısa bir zamanda, kütleçekim dalgalarındaki asıl enerji görünür evrendeki tüm ışıktan daha fazlaydı.
Bu kütleçekim dalgaları ilk oluşumundan bir milyar yıldan fazla bir süre sonra Dünya’nın üzerinden geçmeden önce bile uzay-zaman dokusunu etkin bir şekilde eğerek, çarpıtarak evren boyunca dalgalanıyordu.
Fizikçiler Russell Hulse ve Joseph Taylor’un Dünya’dan 21 bin ışık yılı uzaklıktaki nötron yıldızı çiftlerini keşfettikleri 1974 yılında aslında kütleçekim dalgalarının ilk kanıtı ortaya çıkmıştı. Onlar birbiri etrafından dönerek yörüngeye sahip olan bu yıldızların kütleçekim dalgalarını oluşturmak için enerji kaybetmeleri gerektiği sonucunu çıkarmışlardı ve bu çıkarımları onlara 1993 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü getirmişti.
Geçen yıl Mart ayında araştırmacılar girişimölçerlerinde bazı iyileştirmeler yaptılar ve bu geliştirilmiş LIGO adını aldı. Böylece cihazların duyarlılığı artırıldı ve cihazların her bir kolunun uzunluğunda bir değişimi tespit etmeye olanak tanındı. Bu değişim bir protonun çapının on binden birinden daha küçük. Dün açıklanan keşif de işte bu iyileştirmelerin ardından gerçekleşti. Eylül ayında bilim insanları, bu bulguları elde etmeye hazırlardı.
LIGO’nun elde ettiği sonuçlar yazımızın başında belirttiğim 2014 yılında elde edilen sonuçlarla pek ilgili değildir. Güney Kutbu’nda BICEP2 teleskobu ile bilim insanları görmeye çalışmışlardı. BICEP2 ve benzer teleskoplar Büyük Patlama olarak adlandırılan enflasyondan sonra yankılanan sinyalleri yani çok daha büyük frekanslı kütleçekim dalgalarını tabiri caizse avlamaya çalışıyorlar. Doğrudan tespit edilmemelerine rağmen, bu enflasyon çağı kütleçekim dalgaları evrenin ilk zamanlarındaki ışığı, kozmik mikrodalga arkaplan ışımasını içeriyor olmalı.
Bilim insanları kütleçekim dalgalarının bu çeşnilerini çok yakın zamanda tespit edebilirler. Ancak LIGO işbirliği o araştırmacıların önüne geçerek kütleçekim dalgalarını doğrudan gözlemleyen ilk cihaz oldu. Ancak ışığın farklı dalgaboylarındaki ayrımlarına benzer olarak kütleçekim dalgalarının farklı ayrımlarını yakın gelecekte gözlemlemek mümkün olabilir. Diğer taraftan, Avrupa Uzay Ajansı’nın Pathfinder projesi kütleçekim dalgalarını uzaydan izlemek için geliştirilen bir projedir ve bunun için inşa edilen uzay aracı 3 Aralık 2015 tarihinde uzaya fırlatıldı ve geçtiğimiz Ocak ayında yörüngesine ulaşmıştı. Önümüzdeki günlerde artık varlığı doğrudan gözlemlenerek kanıtlanan kütleçekim dalgalarını Dünya atmosferinin dışından, uzaydan gözlemlemeye çalışacağız. Anlaşılan o ki, kütleçekim dalgaları üzerine olan anlayışımız hızla değişecek.
Albert Einstein’ın haklı olduğuna dair her yıl çok sayıda yeni gözlem ve çalışmalar yapıyor. Ancak gün geçtikçe tıpkı Newton’da olduğu gibi Einstein’ın ötesinde bir fiziğin olduğunu keşfetmek mümkün olabilecek, eğer varsa.
Son olarak bu haberini yaptığımız çalışma bu yılın ya da gelecek yılın Nobel Fizik Ödülü’nün en güçlü adayı olarak görüldüğünü söylemem gerekir.
Not: Kütleçekim dalgaları hakkındaki yayınlarımız bu yazı ile bitmeyecek, kütleçekim dalgalarının ne olduğuna nasıl gözlemlendiğine dair detayların olduğu birkaç yayınımız daha olacak. Facebook sayfamız üzerinden bizi takip ettiğinizde bu yayınlardan da haberdar olabilirsiniz.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Referanslar:
MIT News
Science News
Image: W.Benger/ZIB/AEI/CCT-LSU
