Shelter Island

Kütleçekimsel Dalgalar Einstein’ın Öngörüsünden 100 Yıl Sonra Keşfedildi!

Bilim insanları ilk kez, Evren’in uzak noktalarındaki sarsıntılı bir olay sonucunda Dünya’ya ulaşan, kütleçekimsel dalga olarak isimlendirilen, uzay-zaman dokusunda dalgacıklar gözlemledi. Bu, Albert Einstein’ın 1915 genel görelilik kuramındaki önemli öngörüsünü onaylamakla beraber, Evren’e dair emsalsiz bir pencere açıyor.

Kütleçekimsel dalgalar, çarpıcı kökenleri ve kütleçekim kuvvetinin doğası ile ilgili, başka türlü elde edilemeyecek bilgiler taşıyor. Fizikçiler, tespit edilen kütleçekimsel dalgaların iki karadeliğin çok daha devasa tek bir karadelik haline gelmek üzere birleşmesinin son saniyesinin son kesitinde oluştuğu kanaatine vardı. İki karadeliğin çarpışması öngörülmüş, ancak tespit edilmemişti.

Kütleçekimsel dalgalar, 14 Eylül 2015’te, Doğu Yaz Saati’ne göre saat 17:51’de (09:51 UTC), Livingston, Lousiana, ve Hanford, Washington, ABD’de bulunan ikiz Lazer Inferometresi Kütleçekimsel-Dalga Gözlemevi (İngilizce kısaltması: LIGO) dedektörlerinin ikisi tarafından da gözlemlendi. Ulusal Bilim Kurumu (İngilizce kısaltması: NSF) tarafından finanse edilen LIGO Gözlemevleri, Caltech ve MIT ortaklığıyla tasarlanmış, inşa edilmiş ve işletilmiş. Physical Review Letters dergisinde yayımlanması kabul edilen keşif, LIGO Bilimsel Ortaklığı (GEO Ortaklığı ve Avustralya Interferometrik Kütleçekimsel Astronomi Birliği’ni de kapsayan), ve Virgo Ortaklığı tarafından, iki LIGO dedektörünün verileri kullanılarak yapıldı.

LIGO bilim insanları, gözlemlenen sinyallere göre, bu olaydaki karadeliklerin yaklaşık olarak 29 ve 36 Güneş ağırlığında olduğunu ve çarpışmanın 1.3 milyar yıl önce gerçekleştiğini yaklaşık olarak hesapladılar. Neredeyse 3 Güneş ağırlığında kütle, görülebilir Evren’inkinin 50 katı kadar olan düşük bir güç çıkışıyla, bir saniye kesitinde kütleçekimsel dalgalara dönüştü. Bilim insanları sinyallerin ulaşma zamanlarına bakarak-Livingston’daki dedektör olayı Hanford’dan 7 milisaniye önce kaydetti-kaynağın Güney Yarımküre tarafında olduğunu tespit etti.

Shelter Island
LIGO, çarpışan karadeliklerde kütleçekimsel dalgaları gözlemleyerek, Evren için yeni bir pencere açtı. WASHİNGTON, DC/Cascina, İtalya .

Genel göreliliğe göre, birbiri etrafında dönen iki karadelik, milyarlarca yıl zarfında onları birbirine ağır ağır, son dakikalara gelindiğinde ise çok daha hızlı bir biçimde yaklaştıracak şekilde, kütleçekimsel dalga yaymak suretiyle enerji kaybeder. Son saniyenin son kesitinde, karadelikler neredeyse ışık hızının yarısı kadar bir hızla çarpışarak, daha devasa tek bir karadelik oluşturur. Bu sırada, Einstein’ın E=mc^2 formülüne uygun olarak, birleşen karadeliklerin kütlesinin bir kısmı enerjiye dönüşür. Bu enerji, son bir kuvvetli kütleçekimsel dalga saçılması aracılığıyla salınır. İşe LIGO’nun gözlemlediği kütleçekimsel dalgalar bunlardı.

Kütleçekimsel dalgaların varlığı ilk kez 1970 ve 80’lerde, Joseph Taylor, Jr ve meslektaşları tarafından kanıtlanmıştı. Taylor ve Russell Hulse, 1974 yılında bir nötron yıldızı etrafında dönen bir pulsardan oluşan bir ikili sistem keşfetti. Taylor ve Joel M. Weisberg, 1982 yılında pulsarın yörüngesinin, kütleçekimsel dalgalar formunda enerji yaydığı için, yavaş yavaş küçüldüğünü fark etti. Pulsarın keşfi ve bunun kütleçekimsel dalgaların ölçümünü yapılabilir kılmasından ötürü, Hulse ve Taylor 1993 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı.

Yeni LIGO keşfi, dalgaların Dünya’dan geçerken uzay-zamanda sebep olduğu ufak bozulmaların ölçülmesi suretiyle, kütleçekimsel dalgaların ilk doğrudan gözlemini teşkil ediyor.

 

LIGO Laboratuvarı’nın yetkili müdürü, Caltech’ten David H. Reitze, “Kütleçekimsel dalgaları gözlemleyerek, en az 50 yıl önce hırslı bir şekilde belirlenmiş olan, bu anlaşılması zor olayı doğrudan tespit etmek ve Evren’i daha iyi anlamak hedefine ulaşmış olduk. Böylece, tam da genel görelilik kuramının 100. yılında Einstein’ın mirasını değerlendirip, öngörülerini ispatladık.” dedi.

Keşif, ekipmanların hassasiyetini ilk jenerasyon LIGO dedektörlerine göre arttırarak, Evren’in daha büyük bir kısmının incelenmesine olanak sağlayan önemli bir iyileştirme olan, Gelişmiş LIGO’nun yükseltilmiş kabiliyetleri sayesinde yapılabildi-üstelik kütleçekimsel dalgaları daha ilk çalıştırılışında bulmayı başardı. Gelişmiş LIGO’yu, ABD Ulusal Bilim Kurumu finanse ediyor. Almanya (Max Planck Topluluğu), Birleşik Krallık (Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi, İngilizce Kısaltmasıyla, STFC) ve Avustralya’daki (Avustralya Araştırma Konseyi) finansal açıdan destek olan bazı kurumlar da projeye maddi açıdan önemli maddi taahhütte bulundu. Gelişmiş LIGO’yu çok daha hassas kılan ana teknolojilerin bir kısmı, Almanya Birleşik Krallık GEO Ortaklığı tarafından geliştirildi ve test edildi. Önemli bilgisayar kaynakları AEI Hannover Atlas Kümesi, LIGO Laboratuvarı, Syracuse Üniversitesi ve Milwaukee Wisconsin Üniversitesi’nin katkılarıyla sağlandı. Gelişmiş LIGO için çeşitli üniversiteler ana bileşenleri tasarladı, yaptı ve test etti; bunlar: Ulusal Avustralya Üniversitesi, Adelaide Üniversitesi, Florida Üniversitesi, Stanford Üniversitesi, New York Şehri Columbia Üniversitesi ve Lousiana Devlet Üniversitesi.

NSF’nin yöneticisi France Cordóva “1992 yılında, LIGO’nun ilk fonu onaylandığında, bu NSF’nin yaptığı en büyük yatırımı teşkil ediyordu.” dedi, “Bu büyük bir riskti. Ama Ulusal Bilim Kurumu, bu tür riskler alan bir kuruluştur. Keşif yolunda hiç de belirgin olmayan bir noktadayken, temel bilim ve mühendisliği destekliyoruz. Biz öncüleri finanse ediyoruz. ABD bu sebeple ileri bilgi konusunda küresel bir lider konumunda.”

LIGO araştırmaları, 14 ülke ve ABD’den çeşitli üniversitelerde çalışan 1000’den fazla bilim insanından oluşan LIGO Bilimsel Ortaklığı (İngilizce kısaltması: LSC) tarafından yürütülüyor. LSC’deki 90’dan fazla üniversite ve araştırma enstitüsü dedektör teknolojisi geliştiriyor ve veri analizi yapıyor; 250 öğrenci de bu ortaklığın önemli katkılarda bulunan üyeleri arasında. LSC dedektör ağı, LIGO interferometreleri ve GEO600 dedektörünü içeriyor. GEO takımı; Max Planck Kütleçekimsel Fizik Enstitüsü (Albert Einstein Enstitüsü, AEI), Leibniz Üniversität Hannover’den olan bilim insanlarından ve Glasgow Üniversitesi, Cardiff Üniversitesi, Birmingham Üniversitesi ve Birleşik Krallık’tan başka üniversiteler ve İspanya’daki Balearic Adaları Üniversitesi’nden olan ortaklardan oluşuyor.

LSC sözcüsü ve Louisiana Devlet Üniversitesi’nde fizik ve astronomi profesörü olan Gabriela González, “Bu bulgu yeni bir çağın başlangıcı: Kütleçekimsel dalga astronomisi artık gerçekliğe kavuşmuş bir alan.” dedi.

Kütleçekimsel dalgaların saptanması amacıyla, LIGO aslında 1980’lerde MIT’den emekli fizik profesörü Rainer Weiss, Caltech’ten emekli Richard P. Feynman Kuramsal Fizik Profesörü Kip Thorne ve yine Caltech’ten emekli fizik profesörü Ronald Drever tarafından önerilmişti.

Weiss, “Bu gözlemin tarifi, Einstein’ın 100 yıl önce formülleştirdiği genel görelilik kuramında çok güzel bir biçimde anlatılıyor ve güçlü kütleçekim için ilk kuram testini de kapsıyor. Eğer kendisine söyleyebilseydik, Einstein’ın yüzünü bu sırada izlemek harika olurdu.” dedi.

Thorne ise, “Bu keşifle, insanlar olarak müthiş ve yepyeni bir arayışa girişiyoruz: Evren’in çarpık yüzünü keşfetme arayışına-çarpık uzay-zamandan yapılma nesne ve olaylara. Çarpışan karadelikler ve kütleçekimsel dalgalar ilk güzel örneklerimiz.” şeklinde yorum yaptı.

Virgo araştırması ise, 19 farklı Avrupalı araştırma grubundan gelen 250 fizikçi ve mühendisten oluşan Virgo Ortaklığı tarafından yürütülüyor. Bu grupların 6’sı Fransa’daki Centre National de la Recherche Scientifique’ten (CNRS); 8’i İtalya’daki Istituto Nazionale di Fisica Nucleare’den( (INFN); 2’si Hollanda’daki Nikhef’ten; biri Macaristan’daki Wigner RCP’den; biri Polonya’daki POLGRAW’dan ve biri de İtalya, Pisa’ya yakın bir noktadaki, Virgo dedektörünü barındıran laboratuvarın olduğu Avrupa Kütleçekimsel Gözlemevi’nden (İngilizce kısaltması: EGO).

Virgo sözcüsü Fulvio Ricci, “Bu fizik için önemli bir kilometre taşı ancak daha da önemlisi, LIGO ve Virgo ile gelecek olan pek çok yeni ve heyecan verici astrofiziksel keşiflerin de başlangıcı.” yorumunda bulundu.

Max Planck Kütleçekimsel Fizik Enstitüsü (Albert Einstein Enstitüsü) yetkili yöneticisi Bruce Allen, “Einstein, kütleçekimsel dalgaların tespit edilebilmek için çok zayıf olduğunu ve karadeliklerin var olmadığını düşünüyordu. Ama yanıldığı için keyfinin kaçacağını sanmayın!” diye ekledi.

MIT’den Gelişmiş LIGO proje lideri David Shoemaker, “Gelişmiş LIGO dedektörleri, gerçekten fevkalade bir uluslararası teknisyen, mühendis ve bilim insanı ekibi sayesinde, bilim ve teknoloji için tam bir gövde gösterisi.” dedi, “NSF fonlu bu projeyi zamanında ve bütçe sınırları içerisinde bitirdiğimiz için oldukça gururluyuz.”

Her gözlemevinde, 4 kilometrelik L şeklindeki LIGO interferometresi, iki ışına ayrılmış ve kollarda (1.2 metre çaplı, neredeyse tamamen ideal vakumda tutulan tüpler) ileri geri hareket eden lazer ışığını kullanıyor. Işınlar, her kolun sonunda dikkatle yerleştirilmiş aynalar arasındaki mesafeyi ölçmek için kullanılıyor. Einstein’ın kuramına göre, aynalar arasındaki uzaklık kütleçekimsel bir dalga geçtiği zaman sonsuz derecede küçük bir miktar değişmeli. Protonun çapının on binde biri (10^-19) kadar bir değişim tespit edilebilir durumda.

Glasgow Üniversitesi’nden fizik ve astronomi profesörü Sheila Rowan, “Bu muhteşem kilometre taşına ulaşılması için küresel bir bilim insanı ortaklığı gerekti-GEO600 için geliştirilen lazer ve süspansiyon teknolojisi Gelişmiş LIGO’yu şu ana dek yapılmış en karmaşık kütleçekimsel dalga dedektörü yapmakta kullanıldı.” dedi.

Bağımsız ve aralarında epey mesafe olan gözlemevleri, kütleçekimsel dalgalara sebep olan olayın yönünün belirlenmesi ve sinyallerin bölgesel bir olaydan değil de uzaydan olduğunun onaylanması bakımından önem taşıyor.

LIGO Laboratuvarı bu açıdan, Hindistan’daki Inter Üniversitesi Astronomi ve Astrofizik Merkezi, Raja Ramanna İleri Teknoloji Merkezi ve Plazma Enstitüsü ile, Hindistan alt kıtasında üçüncü bir Gelişmiş LIGO dedektörü kurmak için çalışıyor. Hindistan hükümetinin onayını bekleyen proje, önümüzdeki on yıl içinde işler hale getirilebilir. Bu ek dedektör, küresel dedektör ağının kütleçekimsel dalga kaynaklarının yerlerinin belirlenmesi açısından büyük bir ilerleme sağlayacak.

Avustralya Ulusal Üniversitesi Kütleçekimsel Fizik Merkezi yöneticisi ve fizik profesörü David McClelland, “Umuyoruz ki, bu ilk gözlem küresel dedektör ağı kurulumunu hızlandırarak, çoklu-ulak astronomisi çağında daha doğru kaynak belirlemesi yapabilmemizi sağlayacak.

Ek video ve görseller http://mediaassets.caltech.edu/gwave adresinde bulunabilir.

 

Çevirme İşlemi: Zeynep Kılıç

Kaynak: LIGO Caltech & MIT

2 thoughts on “Kütleçekimsel Dalgalar Einstein’ın Öngörüsünden 100 Yıl Sonra Keşfedildi!”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*