Uzayı Dalgalandırmak Kütleçekim Dalgaları

Çarpışan kara delikler gibi evrende yaşanan en şiddetli olaylarla üretilen kütleçekim dalgaları uzay-zamanı fırtınalı bir deniz gibi dalgalandırıyor. Ancak, astrofizikçiler kütleçekim dalgalarının uzayı tıpkı ütüsüz kumaş gibi kalıcı olarak buruşturduğunu da gösterdi. Peki yakınımızda kara delikler çarpışırsa bizi nasıl etkileyecek?

KÜTLEÇEKİM DALGALARINI LIGO BULDU

Amerika’da kurulan LIGO gözlemevi, lazer girişimölçer tekniğini kullanarak çarpışan kara deliklerden kaynaklanan kütleçekim dalgalarını 2015 yılında gözlemledi. Kara delik ve nötron yıldızı gibi güçlü yerçekimine sahip süper yoğun cisimler çarpıştığı zaman kütleçekim dalgaları üretiyor.

NEDEN ÖNEMLİ?

Evreni oluşturan büyük patlamadan kaldığı düşünülen; ama henüz keşfedilmeyen ilkin kütleçekim dalgaları da var. Ancak bunları tespit etmek çok zor: Büyük patlamadan günümüze geçen 13,78 milyar yılda uzay yaklaşık 90 milyar ışık yılı genişlediği için ilkin kütleçekim dalgaları, gezegenleri parçalayacak şiddetli yerçekimi fırtınalarından çok daha küçük ve zararsız titreşimlere indirgendi.
Öte yandan, uzay-zamanın en eski kara delik çarpışmalarını bile kalıcı uzay kırışıklıklarında saklayan bir yerçekimi hafızası varsa bunları zayıf kütleçekim dalgalarının izi olarak kullanabilir ve evrenin doğduğu anı, yani büyük patlama anını ilk kez gözlemleyebiliriz!

PEKİ BU KIRIŞIKLIKLARI NASIL GÖRECEĞİZ?

LIGO aslında nötron yıldızı çarpışmalarını gözlemlemek için inşa edilmişti; ama rastlantı eseri Güneş’ten 30 kat kütleli iki kara deliğin çarpışmasından kaynaklanan kütleçekim dalgalarına tanık oldu.
Buna rağmen çarpışma 1,3 milyar ışık yılı uzakta, yani uzak bir galakside gerçekleşmiş ve aradan geçen zamanda sadece 0,2 saniye boyunca küçük bir protonu titretecek kadar zayıflamıştı. Öyle ki bu dalgalanmaların akustik karşılığı kısa bir damak şaklatmasına benziyordu.
Damak şaklatarak siz de kütleçekim dalgalarının nasıl ses çıkardığını test edin. Davulun sesi uzaktan kulağa hoş gelir.
Kütleçekim dalgaları, uzay-zaman dokusundaki bir dalgalanmadır. Uzayın devasa kauçuk bir tabaka olduğunu hayal edin: Kütlesi olan şeyler bu kauçuk tabakayı trambolini büken bir bovling topu gibi büker. Kütle ne kadar çok olursa uzay da kütleçekimi tarafından o kadar fazla bükülür ve bozulur. Örneğin Dünya’nın Güneş etrafında dönmesinin nedeni, devasa kütlesinden ötürü Güneş’in etrafındaki uzayda büyükçe bir bozulmaya neden olmasıdır. Böylesi büyük bir bozulmada düz bir çizgide hareket etmeye çalışırsanız kendinizi çembersel bir yörüngede hareket ederken bulursunuz.
İşte yörüngeler de böyle çalışır: Gezegenleri çeken fiili bir kuvvet yoktur, sadece uzayın bükülmesi vardır. Kütleçekim dalgaları kütleler ivmelenince oluşur ve böylelikle uzayın dokusunu değiştirirler. Kütleye ve/veya enerjiye sahip her şey kütleçekimsel dalgalar oluşturabilir. Eğer siz ve ben dans etmeye başlarsak, uzay zaman dokusunda dalgalanmalara sebep oluruz. Fakat bu dalgalar son derece küçük olurdu. Pratikte saptanamayacak derecede.

Kütleçekim dalgaları ne kadar hızlı hareket ediyorlar?

Her ne kadar daha ileri ölçümler gerekse bile, şimdilik iki dedektör’ün bu enerji dalgasını algılamaları arasındaki zaman farkı (7 milisaniye), bu dalgaların ışık hızında hareket ettiklerini gösteriyor. Bu da, söz konusu dalgaların kütlesinin olmadığını gösteriyor. Çünkü kütlesi olan bir ‘şey’ ışık hızında hareket edemez. Işık hızında hareket etmesi için enerji haline geçmiş olması gerekmektedir.
Dolayısıyla 1.3 milyar ışık yılı uzaktaki bir birleşmenin etkileri de Dünya’ya tam 1.3 milyar yıl sonra ulaştı. Spesifik olarak, 14 Eylül 2015’te…

LIGO’nun gözlemlediği bu dalgaların kaynağı neydi?

Biri Güneş’in kütlesinin 36 katı, diğeri 29 katı olan ve 1.3 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan iki karadeliğin birleşmesi, detektörler tarafından tespit edilebilen bir sinyal yarattı.
İki karadeliğin çarpışmanın sonlarına doğru birbirlerine çok hızlı bir biçimde yaklaşırlar ve dalga yayarken enerji kaybederler. Bu iki karadelik daha sonra yaklaşık olarak ışık hızının yarısı kadar bir hız ile çarpışıp yeni bir karadelik oluşturur. LIGO’nun dedektörlerine gelen girişim modeli de bu 3 Güneş kütleli enerjinin kaybolmuş kısmıydı. Bu girişimi iki LIGO laboratuvarı da (Livingston, Louisana ve Hanford, Washington) görüntüledi ve aynı sonuca ulaşıp birbirlerini doğruladılar.

Kütleçekim Dalgaları Ne İşimize Yarayacak?

Aynı radyo dalgaları gibi, kütleçekimi dalgaları da aslında bilginin bir formu. Yani bu bilgi formlarını, evrenin gözlemlememizin mümkün olmadığı uzaklıklarında milyonlarca yıl önce olmuş olan, olaylar hakkında bilgi sahibi olmak için kullanabiliriz.
Örneğin bu iki karadeliği göz önüne alalım. İkisinin çapı da 150 kilometreden küçük! Şimdi kütlelerini göz önünde bulundurarak yoğunluklarını tekrar hayal etmeye çalışın! Ve iki karadelik de bizden 1.3 milyar ışık yılı uzakta. Işık dalgalarını kullanarak bu iki cismi görmeyi bi kenara bırakalım, bize bu uzaklıkta olan milyonlarca kilometre çapındaki koca bir galaksiyi bile görmemiz zor. Ama yerçekimi dalgaları işe bize bu hayal edilemez uzaklıkta olan olaylar hakkında bilgi veriyorlar.
En ilginci ise, bu tarz karadelik birleşmelerinden daha fazlasını gözlemlememiz, bize evrenin tarihi hakkında, muhtemelen Big Bang’in gerçekleştiği o ana en yakın zamanlar hakkında dahi bilgi verecek. BBC’ye konuşan Stephen Hawking; bu yöntem sayesinde Big Bang sırasında, evrenin çok çok önceki zamanlarında oluşan enerjilerin kalıntılarını dahi gözlemleme şansımız olduğunu belirtti.
Peki, kütleçekimsel dalgaların doğrudan gözlemlenmesi neden önemlidir?
1. Einstein’ın kuramının doğruluğu, iki karadeliğin birbirlerine yaklaşarak birleşmelerinin doğru olarak tahmin edilmesiyle bir kez daha gösterilmiştir.
2. Einstein’ın tahmin ettiği ama daha önce gözlenmesi mümkün olmayan kütleçekimsel dalgalar ilk defa gözlemlenmiştir.
3. Orta büyüklükte kütleye sahip karadeliklerin varlığı bağımsız bir ölçümle kanıtlanmıştır.
4. İki orta büyüklükte karadeliğin birleşerek yeni bir karadelik oluşturması ilk defa gözlemlenmiştir.
5. Ama belki de en önemlisi, bugüne kadar gökbilimi ve astrofizik ile ilgili veriler ışık ve benzeri elektromanyetik dalgalar kullanılarak elde edilirken artık yepyeni bir gözlem aracı kazanıldı. Bu, gökbilimi alanında 1609’da Galileo Galilei’nin teleskobu ilk defa gökcisimlerini gözlemleyecek şekilde geliştirmesinden sonraki en önemli keşiftir.
Kütleçekimsel dalgaları ölçebilmemiz sayesinde artık evren hakkında bilgi elde edebileceğimiz kaynakların sayısı önemli miktarda artmıştır. Kütleçekimsel dalgaların doğrudan gözlemlenmesi ders kitaplarının güncellenmesini gerektirecektir.