Evrenin Keşfi Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

Kütleçekim Dalgalarını Anlamak

Einstein’ın yaklaşık 100 yıl önce ortaya attığı kuramlarla bugün, evrenin uzay-zaman adı verilen dört boyutlu bir dokuyla kaplı olduğunu biliyoruz. Bu doku evrende kütlesi bulunan her bir cisim tarafından bükülebiliyor. Sahip oldukları kütleyle doğru orantılı olarak cisimler etraflarındaki diğer cisimleri kendilerine çekmekle kalmıyor, ayrıca “zaman” boyutunu da bükebiliyorlar. Çünkü Görelilik kuramlarına göre uzay ve zaman birbirleriyle tamamen içe içe geçmiş boyutlar. Diğer bir deyişle uzayın bükülmesi zamanın da bükülmesine sebep oluyor. Dolayısıyla kütle çekimini oluşturan şey, aslında uzay-zamanın bir cisim tarafınca bükülmesinden ibaret.

Her cisim, Dünya ve Ay da dahil (hatta siz bile); kütlesi oranında uzay-zamanı büker.

Her cisim, Dünya ve Ay da dahil (hatta siz bile); kütlesi oranında uzay-zamanı büker.

Einstein’ın Görelilik kuramlarının içerisindeki denklemlerin gerektirdiği uzay-zaman dokusu bugüne kadar geliştirilen diğer kuramlardan (Newton’un kütle-çekim kuramı gibi) çok daha isabetli sonuçlar verdi ve kendi içerisinde matematiksel ya da fikirsel olarak herhangi bir çelişki yok. Atomik saatlerle yapılan hassas zaman ölçümleri gibi pek çok deneyin sonucuna göre Einstein’ın haklı olduğunu, evrenimizin uzay-zaman denklemleri uyarınca şekillenmiş olması gerektiğini biliyoruz. Bugün kütle çekimsel merceklenme etkisinin Einstein’ın uzay-zaman dokusunun en büyük kanıtlarından biri olduğunu biliyoruz. Zaten başka hiçbir hipotez ya da teori uzay-zaman dokusundan daha açıklayıcı görünmüyor. Ancak öte yandan, bu dokunun ne olduğunu tam olarak anlayabilmiş değiliz. Bu yüzden uzay-zamanla doğrudan ilişkili kütle-çekim dalgalarını tam olarak anlamanın, bize evrenin oluşumu ve gelişimi, karadelikler ya da nötron yıldızları gibi üzerinde kafa yorduğumuz pek çok konuyu anlama yolunda da epey yardımı dokunabilir. Peki, birleşmekte olan karadeliklerden ya da patlayan süpernovalardan yayıldığı düşünülen kütle-çekim dalgalarını nasıl gözlemleyebiliriz? Bilim insanları bu dalgaları gözlemlemek ve anlamak adına ne gibi yollar bulmuşlar?

Birleşmekte olan iki karadeliğin uzay-zamanda yarattığı kütleçekim dalgalarının illüstrasyonu.

Birleşmekte olan iki karadeliğin uzay-zamanda yarattığı kütleçekim dalgalarının bir illüstrasyonu.

Aslında yalnızca kütle çekim dalgalarını gözlemleme amacıyla kurulmuş bir gözlemevimiz var. “Kütle Çekimsel Lazer Dalga Ölçer Gözlemevi – Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)” adıyla 2002 yılında araştırmalara başlayan bu gözlemevi 2010 yılına kadar çalışmasına rağmen herhangi doğrudan bir kütle çekimsel dalga gözlemi gerçekleştiremediği için aynı yıl dedektörlerinin gelişmiş modelleriyle değiştirilmesine karar verilmişti. LIGO yeni dedektörleriyle öncekilere oranla dört kat daha hassas gözlemler yapabilecekti. LIGO’nun dedektörlerinin değiştirilmesinden yaklaşık bir hafta sonra, 25 Eylül 2015’te kuramsal fizikçi Lawrance M. Krauss Twitter hesabından gözlemevinin kütle-çekim dalgalarının sinyallerini aldığını söylemesiyle özellikle yabancı bilim siteleri ve medyada kütle-çekim dalgalarının varlığının kanıtlandığı hakkında haberler dönmeye başlamıştı. Ancak Krauss’un dışında LIGO’dan resmi bir açıklama yoktu ve LIGO, aldıkları sinyalin doğru analiz edilmesi için herkesin bir süre beklemesi gerektiğini duyurmuştu. Önceki yıllarda da iş arkadaşları tarafından sahte bir sinyalle sınanan LIGO’da görevli bilim insanları, bu konuda dedektörleriyle birlikte çok daha hassas davranmaya çalışıyorlar. Ancak aşırı hassas çalışan dedektörler bazen yerin altındaki sismik hareketleri yada uzakta bir yoldan geçen araçların gürültülerini sinyal olarak algılayabiliyor. Bu LIGO’nun karşılaştığı ciddi bir sorun.

LIGO'nun Handford'ta bulunan gözlem üssü. Fotoğrafta görülen her bir "kol" dört kilometre uzunluğunda.

LIGO’nun Handford’ta bulunan gözlem üssü. Fotoğrafta görülen her bir “kol” dört kilometre uzunluğunda.

LIGO’nun karşılaştığı etkileri en aza indirmek adına ESA, 3 Aralık 2015’te LISA Pathfinder aracını uzaya gönderdi. Tahmin edebileceğiniz üzere uzay boşluğu Dünya’ya oranla çok daha sakin ve gürültüsüzdür. Burası elbette kütle çekim dalgalarına odaklanabilmek için harika bir ortam. Yine de uzayda bile Güneş rüzgarları gibi dıştan gelen gürültülere sıklıkla rastlanılabilir. Bunun için LISA Pathfinder uzay aracındaki lazer dalga ölçer; serbest düşüşte iki altın-platinyum küpünün göreli konumlarını, küpleri dış etkilerden yalıtacak elektrot kutuların içerisinde inceleyecek.

LISA Pathfinder uzay aracının bir modeli.

LISA Pathfinder uzay aracının bir modeli.

LISA Pathfinder ve LIGO’nun üzerinde çalıştığı bu proje, bir teleskopla kütle çekimsel merceklenme etkisine kapılmış galaksi kümelerini fotoğraflamaktan çok daha fazla önem taşıyor. Çünkü LISA Pathfinder ve LIGO, eğer başarırsa kütle çekim dalgalarını yalnızca gözlemlemekle kalmayacak; aynı zamanda kütle çekiminin, kütle çekim dalgalarının ve dolayısıyla evreni şekillendiren olguların daha iyi anlaşılmasını da sağlayacak. İleride LISA Pathfinder ve LIGO’dan gelecek iyi haberleri merakla bekliyoruz.

Kemal Cihat Toprakçı

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yazar Hakkında

Kemal Cihat Toprakçı

Akdeniz Üniversitesi İngiliz Dili ve Edebiyatı öğrencisidir.

Karaman doğumlu olup, astronomiye küçük yaşlardan beri ilgi duyan yazarın bugüne kadar Türkiye’nin pek çok bilim-astronomi portalında yazı ve makaleleri yayınlanmıştır. Ayrıca yazarın, Shumen Üniversitesi’nde görev yapan Dr. Sunay Ibryamov tarafından çevirisi yapılarak Bulgaristan astronomi gazetesine kazandırılmış bir yazısı da bulunmaktadır. Kozmik Anafor’dan ayrılmış, şu an www.rasyonalist.org sitesinde yazarlık yapmaktadır.