Einstein’ın kütleçekim dalgaları ilk kez tespit edildi

Bilim insanları, Görelilik Teorisi’nin öne sürdüğü kütleçekim dalgalarını ölçmek için kullanılan LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) tarafından yapılan analizler sonucunda, uzay-zamanı büken dalgaların ilk kez doğrudan tespit edildiğini açıkladı. Montana Üniversitesi’nde yapılan açıklamada, LIGO’nun Louisiana ve Washinghton eyaletlerinde bulunan ikiz tesislerinde alınan sinyallerin, kütleçekim dalgalarının varlığını doğruladığı ifade edildi. Kütleçekim sinyallerinin tespit edilmesini sağlayan sinyallerin, iki büyük karadeliğin çarpışmasıyla ortaya çıktığı belirtildi.

Su üzerinde düşen bir damlanın yaptığı etki gibi uzayda ilerleyen ilerleyen kütleçekim dalgaları, çok güçlü çekim etkisine sahip gök cisimleri tarafından oluşturuluyor. Süper dev karadelikler ve nötron yıldızları gibi olağanüstü kütleye sahip kozmik yapılar, çevrelerindeki uzay-zamanı büken bir çekim gücü oluşturuyor.

LIGO verilerine dayanan açıklamada, kütleçekim dalgalarının tespit edilmesini sağlayan karadelik çarpışmasının 1,3 milyar yıl önce gerçekleştiği belirtildi. Karadeliklerin sırasıyla Güneş’ten 29 ve 36 kat daha büyük olduğu ifade edildi. Çarpışma esnasında, Güneş’in neredeyse üç katı kütleye eşit kütleçekim dalgası, sadece bir saniye içinde oluştu. Ortaya çıkan enerji ise ‘görünür Evren’in 50 katı’ olarak belirtildi.

On yıllardır kütleçekim dalgalarını tespit etmeye çalışan bilim insanları, nadir rastlanacak dev kozmik çarpışma sayesinde yeterince güçlü sinyaller elde etmeyi başardı.

50 yıllık takip son buldu

Bilim dünyasındaki en önemli keşiflerden biri olan kütleçekim dalgalarını doğrulayan siyaller, 14 Eylül 2015 tarihinde tespit edildi. İki karadelik, çarpışmalarından önce saniyede birkaç defa birbirlerinin etrafında dönecek kadar hızlandı ve yaşanan olağanüstü çarpışma çok güçlü kütleçekim dalgaları oluşturdu. Dalgalar, ışık hızıyla uzayda ilerleyerek Dünya’ya ulaştı ve LIGO tesislerindeki 4 kilometrelik tünellerde uzay-zamanı bükme etkisi ölçüldü.

LIGO Laboratuvarı direktörü David Reitze keşfi, “Bayanlar ve baylar, kütleçekim dalgalarını keşfettik. Bunu başardık” diyerek duyurdu. Reitze, ’50 yıldır süren araştırmaların görelilik teorisinin 100’üncü yılında sonuç verdiğini ve Evren’i artık daha iyi anlayabileceğimizi’ söyledi.

Albert Einstein tarafından 1916’da yayımlanan Görelilik Teorisi ile sunulan kütleçekim dalgalarının tespit edilebilmesi, gökbilimcilerin kainatı daha iyi görebilmesini sağlayacak. Modern teleskoplar tarafından görülemeyen karadelikler ve nötron yıldızları, kütleçekim dalgaları sayesinde görülebilecek. Kozmik yapılan uzay-zamanı nasıl büktüğünün anlaşılması, Evren’in nasıl işlediğinin yanı sıra yeni keşiflere de olanak sağlayacak.

NASA’da astrofizikçi olan Ira Thorpe, “Yaptığımız sadece bir teorinin doğruluğunu kontrol etmek değil. En önemli sonuç, Evren’i anlayabilmek için yepyeni bir araç elde etmiş olmamız” yorumunu yaptı.

Bilim insanları kütleçekim dalgalarını keşfetmek için birçok araştırma yapmış ancak hiçbirinde kesin sonuç elde edilememişti. ABD’li fizikçi Joseph Weber, 1960’larda kütçekim dalgalarını tespit ettiğini öne sürmüş ama verileri doğrulanamamıştı. Antarktika’daki BICEP2 teleskobu ile 2014’te elde edilen sinyallerin ise sonradan kozmik tozdan kaynaklandığı anlaşılmıştı.

Geride kalan 10 yılı aşkın süreçte ise kütleçekim dalgalarının izini gösteren birçok yer ve uydu gözlemi yapıldı. Belki de en önemlisi, CID-42 galaksisinden gelen sinyaldi. Bir karadelikten geldiği düşünülen sinyallerin üç yıl sonrasında, iki karadeliğin çarpışması Einstein teorisinin son delilini sunmuş oldu.

Tespit edilmesi süper zor

Kütleçekim dalgaları, ışığa kıyasla uzayda etkileşime girdikleri hiçbir madde tarafından bozulmuyor ve yolundan saptırılmıyor. Böylece kaynağı olan kozmik yapılar hakkında taşıdıkları veriyi tamamen ham halde iletiyorlar.

LIGO, çarpışan karadelikler veya bir çay kaşığı kadarı milyonlarca Güneş’e eşit olan nötron yıldızları kadar süper kütleye sahip yapıların sinyallerini tespit edebiliyor. Kütleçekim dalgaları Dünya’dan geçerken, uzay-zamanı bir yöne doğru büküyor, aksi yöne doğru da geriyor. LIGO’nun ‘L’ şeklindeki tünellerinde yer alan dedektörler, iki ayrı yöndeki etkileşimi ölçerek kütleçekim dalgalarını tarıyor.

Bu işlemin yapılması için, ‘L’ birleşim noktasından iki tünelin ucuna lazer atışı yapılıyor. Lazer, tünel uçlarındaki aynadan yansıyarak geldiği noktaya dönüyor. Eğer bu esnada tünellerden kütleçekim dalgası geçerse, bir koldaki lazeri sıkıştırıyor, diğerini de geriyor. Böylece, eş zamanlı ateşlenen lazerlerin yansıma süreleri değişiyor ve kütleçekim dalgalarının etkisi ortaya çıkıyor.

Mantık kolay gelse de ortaya çıkan fark o kadar küçük ki, tek bir deney kesin bir sonuç alabilmek için yeterli olmuyor. Deneylerde, lazerlerin mesafeleri arasında beliren ortalama fark, bir atom çekirdeğinin genişliğinden daha küçük oluyor.

LIGO’dan yapılan açıklamaya göre, eğer tesisin tünelleri en yakın yıldız olan Proxima Centauri’ye kadar uzansaydı (40,14 trilyon km), kütleçekim dalgaları detektörleri sadece bir saç telinin genişliği kadar bükecekti.

Çarpışan iki karadelik, belki de daha on yıllar sürebilecek bir arayışı bizim için sonlardırdı ve atom çekirdeğinin genişliğini az da olsa geçen kuvvetteki sinyaller Görelilik Teorisi’nin son delilini de sundu.

NASA ve ESA, LIGO’yu uzaya taşıyacak bir proje üzerinde çalışıyor. LISA Pathfinder Mission adı verilen proje kapsamında, kütleçekim dalgalarını uzayda tespit edecek bir uzay aracı hazırlanıyor. Aralık 2015’te proje için gereken teknolojileri tespit etmeye yarayacak bir uzay aracı ateşleyen NASA ve ESA, LISA sayesinde Dünya’daki gürültüden bağımsız ölçümler yapabilecek.

LIGO ekibi, Physical Review Letters dergisinde yayımlanan araştırmada, “Evren’i araştırmak için yeni bir pencere açıldığı, astrofiziksel yapıların ve olayların çok daha iyi incelenebileceği, ayrıca görülemeyen nesne ve olayların da ortaya çıkarılacağını” belirtti.

LIGO, Caltech ve MIT tarafından işletiliyor ve ABD Ulusal Bilim Derneği tarafından destekleniyor. LIGO Scientific Colloboration 15 ülkede 85 enstitü ve binden fazla üyeye sahip.

Kapak fotoğrafı: PG 1302-102 galaksisinde çarpışan iki karadeliğe ait çizim. Kaynak: NASA/CXC/A. HOBART, JOSH BARNES (U. OF HAWAII), JOHN HIBBARD (NRAO)