Evrenin Keşfi Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

Çarpışan Nötron Yıldızlarından Gelen Kütle Çekim Dalgaları Tespit Edildi

Hazırlayan: Burcu Ergül

İki nötron yıldızının (atarca) çarpışmasından kaynaklı “kütle çekim dalgaları”nın (uzay zaman dalgalanması) tespit edilmesi, astronominin yeni bir çağa girdiğinin göstergesi oldu…

Astronominin yeni çağı başladı. Şu ana kadar ilk kez bilim insanları, hem kütle çekim dalgaları hem de aynı kozmik olaydan – bu durumda bu, nötron yıldızları olarak bilinen iki süper yoğun yıldızsal cesedin dehşetli birleşimi oluyor- kaynaklanan ışığı gözlemledi.

Araştırmacıların dediğine göre bu önemli keşif; evren hakkında heyecan verici yeni anlayışları açığa çıkaracağını vaat eden “multimessenger astrophysics, yani çok habercili astrofizik” alanının ortaya çıkmasına ön ayak olmaktadır. Bu buluş ayrıca; evrenin altın, platin ve diğer ağır element kaynağının nötron yıldızı çarpışmaları olması konusunda da ilk sağlam kanıtı sağlıyor.

Kütle Çekim Dalgaları

İlk kez, iki nötron yıldızının çarpımasından kaynaklı kütleçekim dalgaları ve bu çarpışmadan bize gelen ışık aynı anda keşfedildi. Bu, kütleçekim dalgalarının da ışık hızıyla yayıldığını kanıtlamamızı sağladı.

Araştırmacılar bu keşfi nasıl tanımlıyorlar? “eşsizlik sınıfta kaldı” diyor LIGO projesinde yer alan bir bilim insanı olan Richard  O’Shaughnessy.

“Bu, astronomi bilimi yolumuzdaki bir dönüşüm” diye space.com’a açıklıyor Rochester Teknoloji Enstitüsü Merkezi Bilgisayarsal Görelilik ve Yer çekimi bölümünden O’Shaughnessy: “Bu harika.”

Yeni bir tespit türü

Kütle çekim dalgaları, çok büyük kozmik nesneler tarafından oluşturulan, uzay-zaman dokusunda oluşan küçük dalgalanmalardır. Bu dalgalanmalar, ışık hızında hareket ederler ancak, dağılmazlar veya ışığın yaptığı gibi sönümlenmezler.

Albert Einstein, kütle çekim dalgalarının varlığını ilk olarak 1916’da yayımlanan özel görelilik teorisinde tahmin etmiştir. Ancak astronomların bunları doğrudan tespit etmeleri bir yüzyıl sürmüştür. Bu kilometre taşı, Eylül 2015’te LIGO iki birleşen kara deliğin yaydığı kütle çekimi dalgalarını gördüğü zaman geldi.

Bu ilk keşif, projenin üç kurucu ortağına 2017 Nobel Fizik ödülünü kazandırmıştır. LIGO ekibinin bu başarısı, kısa süre içerisinde hepsi de çarpışan kara deliklerin kökeninin izini süren üç diğer keşifle takip etti.

Nötron yıldızlarının çaprışmasının bir simülasyonu (Kaynak: Avrupa Güney Gözlemevi – ESO)

16 Ekim 2017’de Dünya çapındaki konferansla duyurulan ve birçok bilimsel dergideki bir hayli fazla makalede yer alan beşinci kütle çekim dalgası tespiti, tümüyle yeni bir şey. 17 Ağustos 2017’de Louisana ve Washington’da bulunan LIGO’nun iki dedektörü, yaklaşık 100 saniye süren bir sinyal aldı – ki bu iki birleşen kara delik tarafından oluşturulan bir saniyelik “cıvıltı”dan daha uzundur.

LIGO Bilimsel İşbirliği’nin sözcüsü ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü’nün üst düzey araştırma bilim insanı David Shoemaker açıklamasında “ bize kaynağın hemen büyük olasılıkla görmeyi umduğumuz ve dünyaya göreceğimize söz verdiğimiz olasılık olan nötron yıldızları olduğu göründü.” dedi.

Aslında LIGO ekibinin hesaplamaları; her bir çarpışan nesnenin, kendilerini kütle açısından nötron yıldızı bölgesine koyan, Güneş’in kütlesinin 1.1 ve 1.6 katı kütleyi barındırdığını ileri sürüyor (Her birleşen kara delik, düzinelerce Güneş kütlesi içeren önceki tespit edilmiş sinyallerden sorumlu). Süpernova patlamalarında ölen çok büyük yıldızların çökmüş kalıntıları olan nötron yıldızları, aynı zamanda evrenin en egzotik nesnelerinden biridir.

Farklı bir açıklamada ise Pasadena Kaliforniya’daki Carnegie Bilim Enstitüsü’nün Gözlemevleri’nde görevli teorik astrofizikçi Tony Piro “gerçek bir kara delik olmaksızın kara deliğe oldukça yakındırlar” diye açıkladı. “Sadece bir çay kaşığı kadar nötron yıldızı, dünyadaki bütün insanların toplamı kadar ağırdır.”

Takım Gayreti

İtalya Piza yakınlarındaki Virgo kütle çekim dalga dedektörü de Ağustos 17’deki olayda GW170817 (ortaya çıkış tarihi olmasından dolayı) adı verilen bir sinyal yakaladı. Ve NASA’nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskopu da yaklaşık aynı zamanda, aynı konumdan gelen gama ışın patlamasının –ışığın en yüksek enerji formu- yerini tespit etti.

Kütle Çekim Dalgaları

Solda, söz konusu galaksinin nötron yıldızları çarpışmadan önce Hubble Teleskobu ile alınmış görüntü. Sağda ise, çarpışmadan sonra Las Campanas’taki Swope teleskobu ile yakalanan patlamanın parlak ışığı.

Bütün bu bilgiler araştırmacılara, gökyüzünün güneyindeki ufak bir alanda sinyal kaynağının izini sürmelerine yardımcı oldu. Keşif ekibi üyeleri, bu bilgiyi Dünya genelindeki meslektaşlarına ulaştırdılar ve bu kısmı yer ve uzay temelli teleskoplarla incelemelerini istediler.

Bu takım çalışması çabucak meyvesini verdi. Kütle çekim dalgası tespitinden sadece saatler sonra Piro ve meslektaşları, Şili’deki Las Campanas Gözlemevi’ndeki teleskobu kullanarak Dünya’dan yaklaşık 130 milyon ışık yılı uzaklıktaki eşleşen optik ışık kaynağının yerini saptadılar.

Ekip üyelerinden ve ayrıca Carnegie Gözlemevi’nde görev yapan Josh Simon açıklamasında “yakındaki bir galakside parlak mavi bir ışık kaynağı gördük – ilk defa bir nötron yıldızı birleşmesinin kor halindeki enkazı gözlendi. Kesinlikle heyecan verici bir andı” dedi.

Yaklaşık bir saat sonra yine Şili’de bulunan Gemini Güney Teleskobu’nu kullanan araştırmacılar, aynı kaynağı kızılötesi ışıkla da tespit ettiler. Çeşitli araçları kullanan diğer ekipler, kaynağı elektromanyetik tayf üzerinden radyo dalgalarından X-Ray dalgalarına kadar her şekilde araştırdılar.

Bu çalışma; gözlemlenen ışığın bir kısmının, iki nötron yıldızı çarpıştığında ortaya çıkan altın ve uranyum gibi ağır elementlerin radyoaktif ışığı olduğunu ortaya çıkardı.

Bu büyük bir iş. Bilim insanları, çoğunlukla hidrojen ve helyum gibi hafif elementlerin büyük patlama esnasında oluştuğunu ve demire kadar olan diğer elementlerin yıldızlar içerisindeki nükleer füzyon süreci içerisinde oluştuklarını zaten biliyorlardı. Ancak daha ağır elementlerin kökeni iyi anlaşılamamıştı. Çünkü, süpernova patlamamaları bugün gözlediğimiz miktardaki ağır elementin ancak bir kısmını üretebiliyor. Geri kalan miktarın nasıl üretildiği şimdiye kadar bir soru işareti idi.

Masasachusetts, Cambridge Harvard- Smithsonian Astrofizik Merkezi’nde görevli Edo Berger, “kökeni bu zamana kadar gizli kalmış periyodik tablodaki ağır elementlerin, nötron yıldızları birleşiminde oluştuğunu gösterdik” diye açıklama yaptı. Berger, bu olayı Şili’deki Cerro Tololo Inter-American Gözlemevi’ndeki Karanlık Enerji Kamerası ile inceleyen ekibin liderliğini yapmaktadır.

Ayrıca Berger açıklamasında her birleşmenin altın, uranyum ve cep telefonlarımızda bulunan nadir elementlerin birçoğu gibi değerli metallerin Dünya’nın kütlesinden daha fazla miktarda üretildiğini belirtti. Aslında araştırmacıların söylediklerine göre GW170817, muhtemelen 10 Dünya kütlesi değerinde altın ve uranyum üretmiştir.

Gelecek Daha Fazla Şey

GW170817’nin derinlemesine incelenmesi, diğer önemli anlayışları da ortaya çıkardı.

Örneğin; bu çalışma, tahmin edildiği gibi kütle çekim dalgalarının aslında ışık hızında hareket ettiğini göstermiştir (Fermi Uzay Teleskopu, kütle çekim dalgası sinyali bittikten sadece 2 saniye sonrasında gama ışını patlaması tespit etti). Şimdi astronomlar, nötron yıldızları hakkında birazcık daha fazla şey biliyorlar.

Ancak GW170817 sadece bir başlangıç. Örneğin; CfA’dan ve ayrıca Harvard Üniveristesi Astronomi bölümüne başkanlık eden Avi Loeb, bu gibi “çok habercili” gözlemlerin göksel cisimlerle uzaklıkları kalibre etmekte başka bir yol sağlayacağını söylemektedir.

Teoride bu gibi ölçümler, bilim insanlarına evrenin genişleme sabitini belirlemede yardımcı olabilir. Yeni açıklanan keşfe katılmayan Loeb’e göre Hubble sabiti olarak bilinen bu değerin tahminleri, süpernova patlamaları gözlemleri kullanılarak mı, yoksa kozmik arka plan ışıması (Big Bang’den kalan eski ışık) kullanılarak mı yapıldığına göre çeşitlilik göstermektedir.

“Şu an burada daha önce ulaşılamayan ama şimdi açık bir yol var” diyor. O’Shaughnessy’in vurguladığı gibi başka böyle yolların açılması muhtemel.

Çeviren: Burcu Ergul
Kaynak: Space.com

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yazar Hakkında

Burcu Ergül

Süleyman Demirel Üniversitesi Yabancı Diller Yüksek Okulu Öğretim Görevlisi.