Yerçekimi Dalgaları: Görecelilik Teorisi’ni kanıtlayan tarihi keşif hakkında bilmeniz gereken her şey!

Solucan Deliği İllüstrasyonu

kaynak: http://www.stfc.ac.uk/news-events-and-publications/features/gravitational-waves-everything-you-need-to-know/

14 Eylül 2015, öğle saatlerinde, Lousiana ve Washington’da bulunan ikiz LIGO dedektörleri tarih yazdı! Bu iki dedektör birbirinden bağımsız olarak, tam 1.3 milyar ışık yılı uzaklığındaki iki kara deliğin birleşmesinin, uzay-zamanda yarattığı yerçekimi dalgalarının kanıtlarını gözlemlediler. Bu bilim tarihi açısından inanılmaz büyük bir haber!

Bu dalgaların kesin olarak gözlemlenebilmesi, astronomi için bir çok önemli bir olay. Çünkü bu keşif sadece Einstein’ın bildiğimiz şu meşhur Görecelilik Kuramı’nı kanıtlamakla kalmıyor, bir yandan da bize evreni gözlemlemenin yeni bir yolunu sunuyor.

Evren aslında sadece gördüklerimizden, duyduklarımızdan ibaret değil.

Çünkü ışığın belli bir dalga boyunu görebilirken, kızılötesi, x-ray ışınlarını göremiyoruz. Duyabildiğimiz ses frekansı aralığı da malum. Aslında biz gökyüzüne baktığımızda orada olup bitenlerin, güneşten gelen radyasyonun, çeşitli galaksilerden gelen ışınların atmosferimize çarpıp yok olmasının hiçbirini göremiyoruz. Yani biyolojimiz oldukça sınırlı gözlemleme açısından.

Şu anda bu yazıyı okurken içinizden geçip giden Wi-Fi ışınlarını, radyo dalgalarını görebiliyor, koklayabiliyor ya da hissedebiliyor musunuz?

Hayır. İşte tam da bu yüzden insanoğlu teknolojiyle birlikte yıllardır gördüğümüzü sandığımız evreni gözlemlemenin çeşitli yollarını geliştirdiler. Çünkü aslında bizim görmediğimiz o kadar çok şey dönüyor ki etrafımızda! İşte LIGO adı verilen bu dedektör de, bizim bırakın görmeyi, varlığını çeşitli denklemlerle farketsek de, kesin olarak anca kanıtladığımız bu yerçekimi dalgalarını gözlemliyor.

Peki ne bu Yerçekimi Dalgaları dediğimiz şey ? Neden bunca yıl keşfedemedik ? Bu dalgaların iki kara deliğin birleşmesinden geldiğini nerden biliyoruz ?

Cevaplarını merak mı ediyorsunuz? O zaman kendinize güzel bir kahve alın ve bu yazıyı okumaya başlayın. Çünkü asrın keşifi hakkındaki bu yazı tam size göre !

Henüz görecelilik teorisi hakkında tam bilginiz yoksa bu kısa bilgilendirme paragrafını okumanız, yazının ileriki kısımlarını anlayabilmeniz açısından yararlı olacaktır.

Kısaca üzerinden geçmek gerekirse Einstein, uzay boşluğu ve zamanı birbirinden ayrı şeyler olarak görmek yerine tek bir uzay-zaman dokusu olarak gören ve uzayda kütlesi olan objelerin bu uzay zamanı bükerek etraflarında çekim alanı oluşturduğunu ileri süren görecelilik teorisini ortaya attı.

Evrende ışık hızının geçilemeyeceğini söyleyen Einstein, x = v / t(Yol = Hız / Zaman) formülünden yola çıkarak, hızın en fazla ışık hızında sabit kaldığı durumlarda, eşitliğin bozulmamasının nasıl mümkün olabileceği üzerine düşündü. Ve burdan Zaman’ın uzayıp-kısalabileceğini öngördü.

Kafanızda çok bir şey canlanmadıysa (Uzay ve Zaman nasıl aynı şey ola?) aşağıda linkini verdiğim iki videoyu izlemeniz kafanızdaki soru işaretlerini kaldırabilir.
Görecelilik Teorisi genel olarak nedir ?
https://www.youtube.com/watch?v=ttZCKAMpcAo
Uzay-Zaman dokusu nedir ?
https://www.youtube.com/watch?v=pVQm9ijG3-4
Son olarak Google'da uzay-zaman ya da space-time araması yapıp görsellere tıklamanız, kafanızda belli şeyleri oturtacaktır.

Gelelim şimdi asıl konumuza.

Nedir bu Yerçekimi Dalgaları dediğimiz şey?

Basitçe Yerçekimi Dalgaları, uzayda hareket eden ya da birleşen devasa, über-süper-ultra-mega büyük objelerin uzay-zaman kumaşında yarattığı dalgalanmalardan başka bir şey değil. Bu iki devasa karadeliğin birleşmesi, bir olması onların, Dünya’nın 332.000katı kadar kütleye sahip Güneş’in kütlesinin 3 katı kadar büyük bir kütleyi kaybetmelerine neden oldu. Bu büyüklükteki bir enerji, uzay-zaman dokusunda bir dalgalanmaya neden oldu, bu da yerçekimi dalgaları dediğimiz şey aslında. Üzerinden 1.3 MİLYAR ışık-yılı geçmesinin ardından, bu dalgalanma sonunda Dünya’ya ulaştı ve gözlemlendi.

Bu “ufak çaplı” çarpışmadan nasıl bu kadar çok bilgi elde edebiliyoruz?

Bu yerçekimi dalgaları bizim haberimiz olmadan Dünya’nın içinden geçerken, her iki LIGO dedektörünün de farkedebileceği bir sinyal yarattılar. Bu sinyal Lousiana ve Washington’da bulunan LIGO dedektörleri tarafından gözlemlenebildi.

Temel olarak bilim insanları, ne tür çarpışmaların ne tür olaylara neden olacağı hakkında fikir sahibiler. Sinyal alındığında, bu sinyalin frekans ve zaman bilgilerini çeşitli denklemlere yerleştirerek belli bulgular elde ediyorlar. İşte bu bulgular, biri Güneş’in kütlesinin 36 katı, diğeri 29 katı olan 1.3 milyar ışık-yılı uzaklıkta iki karadeliğin birleşmesinin bu sinyali yaratabileceğine işaret ediyordu.

Guardian’a yaptığı açıklamada; Bu sinyalin analizi bize, farklı kaynaktan ve değişik karakterli iki karadeliğin birleşmesi olduğuna dair tutarlı sonuçlar sundu diyen CERN fizikçisi Jon Butterworth, kendilerinin çeşitli kaynaklardan gelebilecek spektral karakteristiklerini tuttukları bir tür ‘kütüphaneleri’ bulunduğunu da belirtti.

Dalganın büyüklüğü ne kadar ?

Zihninizi bu über büyüklüğe hazırlayın! Çünkü dalganın büyüklüğü dudak uçuklatacak cinsten. Bu iki karadelik birbirini yuttuğunda, etrafa küre şeklinde her yöne doğru giden ışık hızında bir enerji dalgası yolladı.

Yani bize ulaşan bu dalga bir küre şeklinde evrenin gerçek anlamda HER YÖNÜNE yayılan 1.3 milyar ışık yılı uzaklıktan bize geldi. Bu demek oluyor ki, 1.3 milyar yılı kadar HER YÖNE doğru aynı büyüklükte enerjiyi yolladı. Oyhş.

Peki bu Yerçekimi Dalgaları sonsuza kadar hareket mi edecek ?

Aynı ışık gibi, bildiğimiz kadarıyla evet, yerçekimi dalgaları sonsuza kadar hareket ediyorlar. Yani bu birleşmenin uzay-zaman’da yarattığı dalgalanma, muhtemelen sonsuza kadar yayılmaya devam edecek. Tabi hızı ve gücü zamanla azalıyor.

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) bize ışık hızında hareket ettiklerini gösteriyor. Ki bu da bize gösteriyor ki bu dalgalanmaların kütlesi yok. Çünkü kütlesi olan bir ‘şey’ ışık hızında hareket edemez. Işık hızında hareket etmesi için enerji haline geçmiş olması gerekmektedir.

Görecelilik Teorisi’nin ileri sürdüğü gibi bu dalgalar göründüğü kadarıyla ışık hızında hareket ediyorlar. Yine de bunu tamamen kanıtlamamız için hem ışık hem yerçekimi dalgası üreten bir olayın meydana gelmesi ve bu ikisinin dedektörlere ulaşma zamanlarına bakılarak bunu kesin olarak kanıtlayabiliriz diyen Greenhalgh, bunun bir süpernova patlamasının gerekli ışık ve yerçekimi dalgalanmasını aynı anda üreteceğini fakat henüz bunu kanıtlayacağımız böyle bir olaya tanıklık etmediklerini sözlerine ekledi.

Neden dedektörlerin bu sinyalleri yakalamak için belli bir zamanda çalışması önemli ?

Basitçe evrende olan herşey yerçekimi dalgalanması yaratır. Elimizi hareket ettirmemiz bile etrafımızdaki uzay-zaman dokusunu büker aslında. Ama sadece bu derece devasa olaylar uzay-zamanı farkedilebilecek düzeyde bükebilirler. Bu yüzden bu dalgaların varlığını kanıtlamak için böylesi büyük bir patlamayı gözlemlemeye ihtiyacımız vardı ve burada olan da aslında bu.

Bu iki kara delik birleşmesi sırasında öyle büyük ve ani bir yerçekimi dalgalanması oluştu ki, bu dalganın gücü evrendeki diğer bütün yıldızların enerjisinin 50 katı büyüklüğünde. Düşünün ki bu dalgalar Dünya’ya ulaşmadan önce 1.3 milyar ışık yılı boyunca yol aldı ve üzerinden bu kadar zaman geçmesine rağmen hala çok daha yakınımızda olabilecek herhangi bir olaydan çok daha büyük bir dalgalanma yarattı.

Tıpkı fotoğraf makinesi, teleskop gibi LIGO’yu bu dalgaları gözlemleyebilmesi için doğru zamanda çalıştırmalıyız. Daha önce de belirttiğimiz gibi aslında bu yerçekimi dalgaları her zaman üretilirken, sadece bu kadar büyük bir patlamanınkiler ölçülebilecek kadar büyük bir dalgalanma yaratabiliyor. Artık gelişmiş LIGO’lar halihazırda çalışıyorlar. Bu, böyle daha bir çok olayı daha gözlemleyebilmemiz demek oluyor aslında.

Evrendeki başka canlı türleri de, yerçekimi dalgalarını keşfetmek için bu olaydan yararlanabilir mi ?

Bunu başaramamaları için hiçbir sebep yok. Çünkü bu patlama küre şeklinde her yöne doğru bu dalgalanmaları yarattı. Biz nasıl bu dalgaları yakaladıysak, diğer zeki yaşam formları da bunu yakalayabilirler. Belki yakaladılar, belki yakalayacaklar. Hatta bu olay yakınlarında olduysa yok olmuş bile olabilirler !

Peki Yerçekimi Dalgaları ne işimize yarayacak ?

Aynı radyo dalgaları gibi, yerçekimi 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 Kara Delik’i 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 kara delik 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.

LIGO’nun gelecek görevleri ney ?

Şu aşamada ihtiyacımız olan şey 3. dedektör. Çünkü elimizde sadece 2 dedektör olduğundan sadece bu küresel enerjinin sadece yönünü görebiliyoruz. İtalya’da kurulması planlanan VIRGO dedektörü, üçgeni tamamlayarak bu patlamaların sadece hangi yönden geldiğini değil, nerden geldiğini dahi anlamamıza yardımcı olabilir.

Like what you read? Give Batuhan Wilhelm a round of applause.

From a quick cheer to a standing ovation, clap to show how much you enjoyed this story.