Albert Einstein, Genel Görelilik kuramını oluştururken kütleçekimin nasıl çalıştığı üzerine düşünüyordu. Ve uzay-zaman dokusundaki tüm gökcisimlerinin, tıpkı uçlarından gerilmiş bir masa örtüsünün üstüne konan ağır bir top gibi etraflarındaki bu homojen dokuyu büktüklerini, oluşan uzay-zaman bükülmesinin kütleçekimi olarak algılandığını söyledi.
Kütle ne kadar büyükse bükülme de o kadar fazla oluyordu. Dahası, etki alanında oluşan değişimlerin, uzay-zaman dokusunda dalgalar halinde yayılması gerektiği sonucuna varmıştı. Işık hızında yayılan ve fizikçilerin bazen “uzay-zaman dalgalanmaları” diye tabir ettikleri bu dalgalara kütleçekim dalgaları adı verildi.
Kütleçekim dalgaları, hareket eden kütleler tarafından yayılıyor. Ancak kütleçekimi doğanın dört temel kuvveti içinde (diğerleri;elektromanyetik kuvvet, güçlü nükleer kuvvet, zayıf nükleer kuvvet) en zayıf olanı. Dolayısıyla dalgalar da öyle zayıf ki tespit edilebilmeleri için ivmelenerek hareket eden dev gökcisimlerinin incelenmesi gerekiyor. Örneğin, çarpışmak üzere oldukları için muazzam bir hızla birbirleri etrafında dönen dev karadelikler gibi tespit edilebilmesi son derece zor, ışık yılları mesafesinde gerçekleşen nadir durumları durumları incelememiz gerekiyor ki evrene yayılan kütleçekim dalgalarını yakalayabilelim. Işık hızında oldukları için, bu dalgaları algılayabilecek kadar hassas ölçüm yapabilen bir dedektörünüz varsa Dünya’ya ulaştıklarında sinyallerini yakalayabilirsiniz.
14 Eylül 2015’de ABD’deki LIGO (Lazer İnterferometre Kütleçekim Dalgaları Gözlemevi) detektörleri, böyle nadir rastlanan bir durumla ortaya çıkıp bize kadar ulaşan dalgaları tespit etmeyi başardı. Bize ulaştığında son derece zayıf olan sinyaller, 1,3 milyar yıl önce çarpışan iki karadeliğin birbirleri etrafında yaptıkları dansla yayılmaya başlamıştı. Ve böylece bir kez daha Einstein’ın haklı olduğu kanıtlandı.
20 ülkeden 1000’den fazla araştırmacının çalıştığı LIGO deneyini hayata geçiren üç büyük fizikçi; Barry Barish, Kip Thorne ve Rainer Weiss bu yılın Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldüler. “Ölçtüğümüz bu sinyal, protonun binde birine karşılık gelen bir ölçekteydi” diyor Barish; “Bu gerçekten inanılmaz! ”
Tespit edilebilecek olası kütleçekim dalgaları kaynaklarını belirleyip LİGO teknolojisinin dayandığı lazer interferometre detektörlerini geliştiren Rainer Weiss, Kip Thorne ve Barry Barish bu keşifleriyle astrofizik alanında devrim yarattı desek yeridir. Çünkü evreni araştırırken kullanabileceğimiz yepyeni bir veri kaynağı sunmuş oldular. Üstelik bu sinyaller, diğer elektromanyetik ışıma ölçüm yöntemlerinden farklı olarak bizzat uzay-zaman dokusunun kendisini ortaya çıkarıyor. Keşfe katkısını şu açıklamayla özetleyen Weiss ise kendilerini Nobel’e götüren büyük atılımı başlatan ilk bilim insanıydı; “Kimsenin yapmadığı bir şey yaptım. Dalgaları ölçebilmemiz için gerekenleri hesaplayarak bunu mümkün kılmanın yollarını ortaya çıkardım. Neticede bu çabam son derece faydalı oldu. ”
Uzay -Zaman Titreşiyor!
Birbirlerine muazzam bir hızla yaklaşan ve az sonra çarpışacak olan 2 karadeliği düşünün.
Yakınlarında olmak istemezsiniz. Bu 2 canavar, tıpkı suya atılan bir yaşında etrafına yaydığı dalgalar gibi, çevrelerini saran uzay zamanı öyle dalgalandırıyor ki çarpışmanın etkisi tüm kozmosa yayılıyor. 1,3 milyar ışık yılı ötede gerçekleşen bu nadir kozmik olayın dalgaları evrendeki en yüksek hızda yani ışık hızında yayılmış olsa dahi bize ulaşmaları için milyonlarca yıl geçmiş olması gerekti.
Einstein’ın kuramı sadece kütleçekiminin nasıl çalıştığını göstermekle kalmayıp, beraberinde evrende karadelik adı verilen olağanüstü kütleye sahip gök cisimlerinin de olması gerektiği üzerinde durmuştu. Kütleçekim, uzay-zaman dokusundaki bükülmeler nedeniyle ortaya çıktığı için çevresindeki uzay-zamanı olağanüstü bir güçle bükebilen süper kütleli cisimler, bu etkiyle kendi içlerine çökerek karadelikleri oluşturuyor. Karadelikler, evrenin en tuhaf oluşumları. Yeterince yaklaşan hiçbir şey onların çekim gücünden kurtulamaz. Işık dahi! Fizikçilerin uzun yıllardır gizemlerini çözmek için çalıştıkları şeylerden biri.
Evreni dinleyerek kütleçekim dalgalarından yayılan sesleri kayda geçiren LIGO, karadeliklerin dansıyla oluşan dalgaların, tıpkı ses dalgalarında olduğu gibi duyulabilir olan frekanslarına odaklı. LIGO’nun yakaladığı bu zayıf sinyalleri tespit edebilmek o kadar zor ki bu tıpkı birkaç ışık yılı ötedeki bir yıldızı mikroskop altında incelenen bir saç teliymiş gibi kusursuz bir şekilde görmeye benziyor. Üstelik, tüm evrenin hiç ara vermeden benzer dalgalar üreten gök isimleriyle dolu olduğu düşünülürse o uzay-zaman dalgaları içinde böyle bir dalganın tespit edilmesinin ne kadar meşakkatli bir iş olabileceğini de tahmin edersiniz.
Astrofizikçilerin evren hakkındaki araştırmaları bugüne dek radyo dalgaları, ışık ve kızılötesi ışınları gibi elektromanyetik dalgalar sayesinde gerçekleşmişti. Şimdi ise bambaşka bir dalga türünü araştırmaya başlamış olduk. Tüm evrene yayılan uzay-zaman dalgalanmaları kozmos dokusunun ritmik bir şekilde esneyip sıkışmasına neden oluyor. Sadece en güçlülerini değil de hepsini duyabilecek olsaydık evrenin yağmur ormanlarındaki kuşlar gibi bazı yerlerde daha güçlü, bazılarında ise daha cılız bir sesle şakıdığına tanık olabilirdik. Bu 2 karadelik de birbiriyle çarpışmasının hemen öncesinde şiddeti gittikçe artan dalgalar üretip seslerinin bunlardan bile duyulmasını sağladı.
Kütleçekim dalgaları da tıpkı ışığın dalgaları gibi kaynaklarında uzağa yayıldıkça zayıflıyor. Milyonlarca ışık yılı uzaklıktaki bir cismin kütleçekim dalgalarının ortaya çıkardığı sesler bize ulaşana dek iyice zayıfladığı için hepsini duyamıyoruz. Lazerlerin güçlendirilmesi, aynaların büyütülmesi, ses filtrelerinin yenilenmesi gibi uzun yıllar süren iyileştirme çalışmalarından sonra artık bu sinyalleri yakalayabilecek duruma gelen LIGO, deneye başladığı Nobel Ödülü’nü getiren dalga sinyallerini tespit etmeyi başardı.
Dalganın şekli tam da tahmin edildiği gibiydi. Güneş kütlesinin 29 ila 36 katı kütleye sahip olduğu hesaplanan karadeliklerin, sinyal üzerinden yapılan tahminlerine göre çapları da 200 km civarında. Çarpışıp Güneş’in 62 katı kütleye sahip olan dev bir karadelik yarattılar. O esnada gezegenimizdeki yaşam tek hücreli aşamadan çok hücreli aşamaya yeni geçmeye başlamıştı.
Bu keşif bizi nereye götürecek?
Kip Thorne, kütleçekim dalgalarının tespit edilebilir olmasının kazandıracağı bilimsel gücü şöyle özetliyor: “Sanıyorum önümüzdeki yıllarda inanılmaz gelişmelere tanık olacağız. Galileo’nun teleskobunu göğe çevirip Jüpiter’in uydularını izlemesine başlayan süreçte modern astronomi çalışmalarını yönlendiren elektromanyetik dalgaların ölçümüne dek ne kadar büyük bir yol kat ettiysek, modern astronomide yeni bir veri kaynağı sağlayacak olan kütleçekim dalgalarının ölçülebilmesi de öyle muazzam bir fark yaratacak. ”
Kaynaklar:
https://www.popsci.com/ligo-hears-second-set-gravitational-waves
