LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)
SPACE

Gravitasyonel Dalgalar Neyi Değiştirecek?

13 Tem 2023

Kısa cevap, evrene bakışımızı değiştirecek. Çünkü bir şeyi anlamanın en iyi yolu, onun geçirdiği süreçleri iyi kavrayabilmektir. Bir insanı tanımak gibi bir şeylerin evrimini, yaşamını, çocukluğunu ve yaşlılığını anlamak o şeyi tanımak anlamına gelmez mi? İşte bu nedenle bilim insanları yıldızların, gökadaların ve hatta evrenin evrimini merak ediyor. Gravitasyonel dalgaların buradaki rolü ve neyi değiştireceği sorusunun uzun cevabı ise yazımızda.

NASA
Yazımızda öncelikle Einstein’ın ortaya koyduğu gravitasyonel dalga nedir ona değineceğiz. Ardından bu konuda hangi çalışmaların yapıldığını ve elde edilen bulguları tartışacağız. Son olarak geçtiğimiz ayın sonunda (Haziran 2023) duyurulan ve herkesi koltuğundan kaldıran keşfi açıklamaya çalışacağız. Hazırsanız kemerleri bağlayalım, kozmik bir yolculuğa çıkıyoruz.

Gravitasyonel Dalga: İlk olarak ünlü fizikçi Albert Einstein’ın 1916 yılındaki çalışmasında ortaya koyduğu bir terim. Buna göre Newton fiziği olarak bildiğimiz kütle çekim yasasını asıl olarak ortaya çıkaran olgu, gravitasyonel dalgalar. Zaten terminoloji olarak fark ettiyseniz İngilizce gravitational, yani kütleçekim kelimesinden geliyor.

futurecdn.net
Türkçe olarak kütleçekim dalgaları diyebiliriz. Şöyle ki bu yaklaşıma göre uzay-zaman esnek bir kumaşa benzetilen bir doku. Uzayda bulunan ağır kütleler ise bu kumaşı aşağı yönlü gerdiren cisimler. Örneğin kara delikler, ağırlıkları nedeniyle bu kumaşı ta en aşağı kadar büktüğü tahmin ediliyor. 

spacetimelu
İşin gerçeği uzay-zaman dokusu, iki boyutlu bir kumaş düzlemiyle açıklanamayacak kadar kapsamlı bir konu. Çünkü bizler iki boyutta değil 3 boyutlu bir uzayda yaşıyoruz ve evren de düz bir kumaş değil. İçinde bulunduğumuz ve her yeri kaplayan bir dolgu gibi hayal edin. Büyük kütleli cisimler bu dolguyu her yönden küresel olarak kendisine doğru “büküyor” veya Newton fiziğiyle açıklarsak “çekiyor”.

Photo by Dynamic Wang on Unsplash
İşte bu bükme olayının, kütle oluştuktan sonra yalnızca bir kez değil de belirli olaylar neticesinde düzenli olarak tekrarlandığı keşfedildi. Bunu da en iyi suya atılan taş örneği ile açıklayabiliriz. Bir anlığına suyu aşağı doğru büken taş, ardında dalgalar halinde iz bırakıyor. İşte bu izin adı gravitasyonel dalgalar (kütleçekim dalgaları – gravitational waves). Bilim insanları için neden önemli olduğuna değinecek olursak; bizler çevremizi duyu organlarımızla algılıyoruz. Belirli bir uzaklığa kadar tüm duyu organlarımız çalışır vaziyetteyken mesafeler arttıkça yalnızca ses ve görüntüyü algılamaya başlarız. Uzaklık daha da arttıkça ses de kaybolur ve yalnızca görüntü kalır. Milyarlarca kilometre uzaktan bize gelen tek şey bir yıldızın ışığı olur.

popsci.com
On binlerce yıl boyunca inanlar çıplak gözle gökyüzüne baktı. Galileo sayesinde bakabileceğimiz uzaklık arttı ve teleskoplarla uzayı gözlemeye başladık. Öyle bir zaman geldi ki ne kadar gelişmiş teleskop yaparsak yapalım istediğimiz şeyleri göremez olduk. Kızılötesi, morötesi ve radyo dalgaları gibi insan gözünün göremediği alanlarda görebilen teleskoplar icat edildi ve uzayı daha iyi kavramaya başladık. Geçtiğimiz on yıla kadar bu da işe yarıyordu ama bilim insanları artık daha fazla şeyi keşfetmek istedi. Gravitasayonel dalgalar gibi.
İlk gravitasyonel dalga keşfi 14 Eylül 2015 tarihinde gerçekleşti. LIGO ve Virgo gözlemevleri tarafından tespit edilen bu dalgalar, biri 35 diğeri 30 Güneş kütlesindeki iki kara deliğin birleşmesi sırasında yayılan enerjiydi. 1,4 milyar ışık yılı uzaklıkta meydana gelen bu birleşmenin etkilerini ancak böyle bir teknoloji tespit edebilirdi. Nasıl tespit ettiğine gelirsek; büyük kütlelerin birleşmeleri uzay-zaman dokusunda bir bozulma yaratıyor. Daha doğrusu uzay-zamanı büküyor. Bu bükülme sonucunda bize tam zamanında ulaşmasını beklediğimiz sinyaller gecikebiliyor.

NASA
Uzayda, en kusursuz düzende sinyal gönderen gökcisimleri pulsar adı verilen nötron yıldızlarıdır. Bu yıldızlar son derece büyük kütleye ama bir o kadar da küçük yarıçapa sahiplerdir. Dolayısıyla da kendi etraflarında akıl almaz hızda dönerler. Eğer dönme eksenlerinin doğrultusu Yer ile aynı hizada olursa, onlardan gelen sinyali tespit edebiliriz. Bu sinyalin hiç sapmadan nanosaniyeler düzeyinde aynı zamanda geldiğini biliyoruz.

İki kişi esneyebilen bir halının üzerinde karşılıklı olarak birbirinize misket yuvarladığınızı hayal edin. Misketleri tam olarak bir saniyede bir kusursuz hassasiyette fırlatıyorsunuz. Dolayısıyla karşınızdaki kişi ne zaman misket geleceğini biliyor. Fakat esnek halı üzerinde meydana gelen bir etki sonucunda halı uzuyor ve misketlerden birisi size olması gerekenden daha geç ulaşıyor. Siz bir gariplik olduğunu anlıyor ve halıyı neyin esnettiğini bulmaya çalışıyorsunuz. İşte LIGO-Virgo deneyleri tam olarak bunu araştırıyor.

scitechdaily.com
Her teleskobun kendine has özellikleri vardır. Az önce verdiğimiz örneklerde olduğu gibi kızılötesi teleskoplar optik olanlardan farklıdır. Biri, diğerinin gördüğü görüntüyü göremez, algılayamaz. Teleskoplarda olduğu gibi LIGO ve Virgo gözlemevlerinin de kendilerine has gözlem aralıkları var. Bu aralıkta yalnızca yüksek frekanslı gravitasyonel dalgalar üreten kaynakları tespit edebilirler. Çok daha hassas, bir diğer deyişle düşük frekanslı dalgaları tespit etmek zordur. 

LIGO Caltech MIT Sonoma State (Aurore Simonnet)
Frekans terimi yabancı gelmiş olabilir. Aslında frekans, düzenli bir işin meydana gelme sıklığıdır. Düzenli damlayan bir musluğun bile frekansı var. Ya da en sevdiğiniz arkadaşınızla mesajlaşma frekansınız. Fizikte frekans terimi dalganın boyu ile ters orantılı. Gelen enerji dalgasının boyu ne kadar uzunsa frekansı o kadar küçüktür. Dalga ne kadar kısaysa frekans o kadar yüksektir.

LIGO ve Virgo’nun keşfedebildiği gravitasyonel dalgaların dalga boyu Yer ile aynı boyda, yani 12 bin kilometre dalgaboyuna sahip.

NASA
Frekansın azaldıkça dalga boyunun artığını söylemiştik. Bu demek oluyor ki LIGO ve Virgo’nun tespit edemediği daha düşük frekanslı dalgaboylarının boyu, Yer’in boyutundan kat kat fazla olmalı. Evet doğru, zaten herkesi ayağa kaldıran keşfe neden olan gravitasyonel dalganın dalgaboyu Samanyolu Gökadası kadar!

Buraya kadar iyiydi dediğinizi duyar gibiyiz. Biraz daha sabrederseniz her şey açıklığa kavuşacak.

NANOGrav
Normal şartlarda böylesine olağanüstü büyüklükteki bir dalgayı tespit etmek için aynı boydaki bir antene ihtiyacınız olur. Kuzey Amerika Nanohertz Yerçekimi Dalgaları Gözlemevi (NANOGrav) araştırmacıları buna gerek kalmadan bir yöntem keşfetti. Uzay-zamanı büken bir olay, hiç sapmadan kusursuz biçimde bize sinyal gönderen pulsarları da etkiliyor olmalıydı. 68 pulsar üzerinde yapılan araştırma sonucunda gerçekten de düzeni hiç bozulmayan pulsarların zamanlarında sapma olduğu anlaşılıyor. Ayrıntılı incelemeler sonucunda ise bu bozulmayı yaratabilecek gravitasyonel dalganın uzunluğunun neredeyse gökadamız boyunda olması gerektiği anlaşılıyor.

wp.technologyreview.com
Son olarak yapılan bu keşif ile ne amaçlandığından bahsedelim. İlk başta belirttiğimiz gibi bir şeyi tanımanın ve anlamanın en iyi yolu, onun geçirdiği süreçleri tüm ayrıntısıyla bilmekten geçiyor. Astronomlar da onlarca yıldır bunu yapıyor, yıldızların evrimini inceliyor. Kozmoloji biliminde ise yıldızların ötesinde gökadaların ve hatta tüm evrenin geçirdiği süreçler anlaşılmaya çalışılıyor. Keşifte ortaya çıkan gökada boyutundaki dalgayı, çarpışan iki süper kütleli kara delik yaratmış olabilir. Dahası bu süper kütleli iki karadelik, evrenin ilk oluşum zamanlarından kalma gibi görünüyor.

Kara delikler biliniyor olsa da milyarlarca Güneş kütlesine sahip canavar kara deliklerin nasıl oluştuğu halâ gizemini koruyor. Birleşme, en mantıklı açıklama gibi görünüyor fakat gerçekten süper kütleli kara delikler birleşiyor mu? Sorusunun cevabı bu keşifte yatıyor. Önümüzdeki yıllarda çok daha fazla sayıda verinin analizi ve gözlemlerin yapılmasıyla, bu kozmik sorulara cevap bulunabileceğini düşünüyoruz. 

Kaynak:
Agazie, Gabriella, et al. "The NANOGrav 15 yr data set: Evidence for a gravitational-wave background." The Astrophysical Journal Letters 951.1 (2023): L8.

©2022 Beyhan&Beyhan Business Solutions Tüm Hakları Saklıdır
Yukarı Kaydır
BUNU OKUMAK İSTER MİSİN?