“Evren ilk kez bizimle konuştu, ne dediğini anladık”

16 Mart 2016

Herkes bu konuda konuştu ama Kütleçekimi Dalgaları konusunu, doğru olarak bizden dinlemelisiniz. Einstein’in 100 yıllık öngörüsünün 14 yıl için doğrulanması üzerine.

LIGO Projesinin baş rol oyuncuları: Soldan sağa. CALTEC'ten Kip Thorne, Ulusal Bilim Vakfı'ndan France A. Cordova, M.I.T.'den Rainer Weiss, CALTEC'ten David Reitze ve Louisiana Eyalet Üniversitesi'nden Gabriela Gonzales.

Astronomlar, Einstein’ın 100 yıllık kuramının öngördüğü kütleçekimi dalgaları ilk kez doğrudan tespit edebildi. Kısaca LIGO olarak bilinen Lazer İnterferometre Kütleçekimi-Dalga Gözlemevi’nin 11 Şubat tarihinde yaptığı duyuru ve Physical Review Letters’da yayımlanan makale, 1.3 milyar yıl ötedeki iki karadeliğin çarpışmasıyla ortaya çıkan yeğin sinyali tanımlıyor. Bu keşif Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı’nın bir diğer özelliğini doğrulamakla kalmıyor, aynı zamanda bilim adamlarının evreni gözlemesi ve incelemesi için yepyeni bir pencere açıyor.

Einstein'in 100 sene önce teorik olarak öngördüğü kütleçekimi dalgaları ilk kez 11 Şubat tarihinde doğrulanmış oldu. LIGO projesinde çalışan bilim insanları merakla beklenen duyurularında, LIGO’nun ikiz dedektörlerinin Dünya’dan 1.3 milyar yıl ötedeki iki karadeliğin çarpışması sonucu oluşan kütleçekimi dalgalarının “cıvıltısını” duydular.

LIGO Laboratuvarı’nın yöneticisi David Reitze, iki karadeliğin çarpışmasıyla ilgili şu bilgileri verdi: “Karadeliklerden biri Güneş kütlesinin 36, diğeri ise 29 katıydı. Bunlar helezoni olarak durmaksızın birbirlerine yaklaşarak, uzay-zamanda tek bir karadelik oluşturdular. Bu yeni karadeliğin kütlesi Güneş’inkinden 62 kez daha büyüktür.”

100 yıldır beklenen haber

Uluslararası fizikçilerden oluşan ekibin Einstein’in kütleçekimi dalgalarını varlığını kanıtlaması, son yüzyılın astrofizik dalındaki belki en büyük keşfi olarak değerlendiriliyor. Bu çok önemli bir gelişme; çünkü yalnızca evrenin nasıl çalıştığını açıklamakla kalmıyor, aynı zamanda evreni inceleyenlere yepyeni bir yol sunuyor.

Kütleçekimi dalgalarının sinyali, LIGO’nun iki laboratuvarında çalışan fizikçiler tarafından geçen yıl 14 Eylül tarihinde tespit edilmişti. Ve bu tarihi olayın açıklaması 11 Şubat’ta yapıldı. Uzmanlar şimdiden bu keşfin Nobel ile ödüllendirileceğine kesin gözüyle bakıyor.

Bu çalışma Physical Review Letters isimli önde gelen fizik dergisinde yayımlandı.

Einstein’in doğrulanmayı bekleyen öngörüsü

Kütleçekimi dalgaları fizikçileri en çok heyecanlandıran olguların başında geliyor, çünkü bunlar Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı’nın doğrulanmayı bekleyen son öngörüsüydü. Böylece bu keşif sayesinde kütlenin evreni nasıl şekillendirdiği de anlaşılmış olacak.

“Kütleçekimi dalgalarını uzayda ışık hızında yol alan ses dalgalarına benzetebiliriz” diye konuşan Batı Avustralya Üniversitesi’nden kütleçekimi araştırmacısı David Blair, “Bugüne dek insanlık evren karşısında sağırdı. Birdenbire onu nasıl dinlememiz gerektiğini öğrendik. Evren bizimle konuştu ve bizler ne dediğini anladık” diye konuşuyor.

Bu keşif bize ne gösteriyor?

X- ışınları ve radyo dalgalarının keşfi gibi önemli bilimsel gelişmeler sayesinde kütleçekimi dalgaları tespit edilebildi. Artık evreni görmek ve incelemek için yepyeni bir olanağa sahibiz.

Kütleçekimi dalgalarının ne olduğunu anlamak için öncelikle Einstein’ın kuramına bir göz atmak gerekiyor. Kurama göre uzay-zamanın dokusunu evrende kütlesi olan her şey bükebilir. Karadeliklerin birleşmesi veya yıldız patlamaları gibi yıkıcı bir olay meydana geldiği zaman evrendeki bükülmeler dalga dalga yayılır. Bunlar havuza atılan bir taşın yaydığı dalgacıklara benzer.

Bu dalgaların Yeryüzü’ne erişenleri çok küçük –yaklaşık bir atomun çapının milyarda biri kadar- olduğu için bilim insanları yıllardan beri bunları bulmayı başaramamıştı.

Ligo’nun iki laboratuvarı’ndan da duyuldu

Dünya’ya ulaşabilen kütleçekimi dalgaları ancak LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) sayesinde gözlenebildi. LIGO laboratuvarında, 4 km uzunluğunda boruların içinde aynalardan yansıyarak geri tepen lazer ışınlarının boyutlarındaki akıl almaz küçüklükteki değişiklikler ölçülebiliyor.

14 Eylül 2015’te LIGO’nun Louisiana’daki Livingstone Laboratuvarı’nda görece önemli bir değişiklik tespit edilmişti. Bu, sistemde bir “kuş cıvıltısı” olarak duyuldu. 7 milisaniye sonra 4.000 km ötede, LIGO’nun Washington Eyaleti’ndeki Hanford Laboratuvarı’nda aynı cıvıltı bir kez daha duyuldu. Bilim insanlarına göre bu sesin nedeni Dünya’dan geçen bir kütleçekimi dalgasıydı. Bu cıvıltıyı aşağıdaki videodan dinleyebilirsiniz.

O tarihten sonra bilim insanları bu sinyalin başka bir şey tarafından yaratılmadığından emin olmak için çok yoğun bir çalışma sürdürdüler. 11 Şubat’ta nihayet beklenen açıklama geldi: Sinyalin nedeni kütleçekimi dalgasıydı ve bu keşfin istatistiksel olarak anlamlılığı 5.1 sigmaydı. Başka bir deyişle sonucun yanlış olma olasılığı 6 milyonda birdi.

Kütleçekimi dalgasının nedeni

Bilim insanları bu sinyalin kaynağını tespit edebildiler. Sinyalin kaynağı 1.3 milyar yıl önce iki karadeliğin birleşmesi sonucu ortaya çıkan uzay-zaman dokusundaki bükülmeydi. Bu dalgalar evren boyunca yayılmış ve geçen yıl da bize ulaşmıştı.

LIGO araştırmacısı Eric Thrane bu olayı şöyle yorumluyor: “Kütleçekimi dalgalarının keşfi, birleşmiş karadeliklerin bilim insanlarının sandığından daha ağır ve daha fazla sayıda olduğunu gösteriyor. Şimdi kütleçekimi dalgalarını yaratan diğer nedenler de bizim onları keşfetmemizi bekliyor.”

Kütleçekimi dalgalarının ilk ölçümüne Nobel

Kütleçekimi dalgaları ilk olarak 1970’li ve 80’li yıllarda Joseph Taylor Jr. ve ekibi tarafından açıklandı. Taylor ve Russell Hulse 1974 yılında bir nötron yıldızı ve yörüngesindeki pulsardan oluşan ikiliyi keşfetti. Taylor ve Joel M. Weisberg 1982 yılında pulsarın yörüngesinin zaman içinde kütleçekimi dalgaları şeklinde enerji yaydığı için daraldığını keşfetti. Pulsar ile ilgili bu spesifik kütleçekim dalgasını ölçme başarılarından dolayı Hulse ve Taylor 1993 Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldüler.

LIGO’nun yeni keşfi ise kütleçekim dalgalarını doğrudan ilk kez gözleyen proje olarak farklı bir yerdedir.

Bu daha başlangıç

Bu keşif, kütleçekimi dalgalarının bize öğreteceklerinin daha başlangıcı. Kütleçekimi dalgalarını tespit edebilecek başka gözlemevlerinin ve dedektörlerinin de gelecek 5 yıl içinde devreye girmesi bekleniyor. Bunlar kütleçekimi radyasyonlarını daha hassas bir şekilde ölçebilecek.

LIGO Bilimsel İşbirbirliği (LSC-LIGO Scientific Collaboration) sözcüsü Gabriela Gonzales bu keşfi şöyle değerlendiriyor: “Bu buluş yeni bir dönemin başlamakta olduğunun habercisi. Kütleçekimi dalgası astronomisi alanı artık bir gerçekliktir.”

Halihazırda Evrenimizin geçmişinde neler olduğunu anlamak için radyo dalgalarını dinlediğimiz gibi, artık aynı sonucu kütleçekimi dalgalarını dinleyerek de elde edebileceğiz. İşin en heyecan verici kısmı ise, ne ile karşılaşabileceğimizi şimdiden öngöremiyor olmamız.

Derleyen: Reyhan Oksay

LIGO NASIL KURULDU?

LIGO bu kütleçekimi dalgalarını tespit etmek amacıyla 1980’li yıllarda M.I.T.’den fizik profesörü Reiner Weiss, CALTECH’ten Richard P. Feynman Kuramsal Fizik Profesörü Kip Thorne, yine CALTECH’ten fizik profesörü Ronald Drever öncülüğünde kuruldu.

LIGO, birbirinden binlerce kilometre uzakta konumlandırılmış iki lazer interferometreden oluşur. Biri Louisiana Eyaleti’nde Livingstone’da, diğeri Washington Eyaleti’nde Hanford’dadır. LIGO, kütleçekimi dalgalarını tespit edebilmek için ışık ve uzayın fiziksel özelliklerinden yararlanır. Tesisin kuruluşu için gerekli olan mali kaynaklar Amerikan Bilim Vakfı tarafından karşılanmıştır. LIGO şu anda Caltech ve M.I.T. tarafından yönetiliyor.

LIGO araştırmaları, ABD’deki ve 14 diğer ülkedeki üniversitelerden gelen 1000 kadar bilim insanının oluşturduğu LIGO Bilimsel İşbirliği (LSC) tarafından yürütülüyor. LSC’ye katkıda bulunan 90’dan fazla üniversite ve araştırma enstitüsü dedektörleri geliştirdi ve verileri analiz etti. LSC dedektör ağı LIGO interferometrelerini ve GEO600 dedektörünü içerir.

KÜTLEÇEKİMİ DALGALARI NEDİR?

Kütleçekimi dalgaları evrende çok güçlü olayların neden olduğu uzay-zaman dokusundaki dalgalardır. Bu güçlü olaylara örnek olarak çarpışan karadelikleri, patlayan yıldızları, hatta evrenin kendi doğumunu sayabiliriz. Albert Einstein kütleçekimi dalgalarının varlığını Genel Görelilik Kuramı kapsamında 1916 yılında öngördü. Einstein’ın matematiğine göre hızlı ve devasa gökcisimleri (nötron yıldızları veya birbirlerinin yörüngesinde dönen karadelikler gibi) uzay-zamanı öyle bir şekilde bozarlar ki, bu bozulan uzayın yarattığı dalgalar kaynağından uzaklaşarak yayılır. Bu dalgalar evrende ışık hızında yol alırlar; orijinal kaynakları ile ilgili bilgiyi de taşırlar.

Kaynaklar: