Uzun bir süre önce, uzayın derinliklerinde devasa yıldızlar tarafından geride bırakılan iki kara delik yavaşça birbiriyle birleşmeye başlamıştı. Bu iki kara delik, 1.3 milyar yıl öncesine kadar sarmal hareketlerle birbirlerine yaklaştı ve birbirleri etrafında ışık hızının yarı hızında dönmeye başladı, ta ki sonunda birleşene kadar. İki kara deliğin bu hareketi evrene titreşimler gönderdi: Kütle çekim dalgaları… Bu dalgacıkları 5 ay önce gözlemleyebildik. Böylelikle fizikçiler, 40 yıllık macerayı sona erdirerek fizik alanında yeni ufuklar açacak bu dalgacıkları ilk kez tespit etmiş oldular.
Bu keşfin başarısı Lazer Interferometer Kütle Çekim Dalgası Gözlemevi‘nde (LIGO) çalışan fizikçilere atfedilmektedir. Buluşun söylentileri aylarca herkesin dilindeydi. Washington DC’de gerçekleştirilen bir konferansta, LIGO ekibi haberi doğruladı. LIGO yetkilisi ve Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nde fizikçi olan David Reitze haberi “Başardık! Söylentiler büyük oranda doğru.” diye müjdeledi.
Albert Einsten, kütle çekim dalgalarının varlığını 100 yıl önce tahmin etmişti, fakat dalgaların doğrudan gözlemi ciddi bir teknolojik altyapı ve araştırma geçmişi gerektiriyordu. LIGO araştırmacıları uzayı 1021 oranında büken bir dalga tespit etti. Bu dalga bir nanometrenin 1/100,000 oranında, yani bir atom çekirdeğinin genişliği oranında Dünya’yı genişletip daraltmıştı. Gözlem, Einstein’ın yer çekimi teorisi ile genel görelilik kuramını doğrulamakta ve kara deliklerin varlığı hakkında bizlere kanıt sunmaktaydı. “Bu araştırma bir Nobel Ödülü kazanacak” diyen kuramsal fizikçi Marc Kamionkowski, araştırmanın önemini bu sözleriyle vurgulamış oldu.
LIGO, uzayın çok ufak çapta bile olsa bükülüp bükülmediğini girişimölçer adı verilen aşırı hassas mekanizmalarla ölçmektedir. Cihazda bulunan her kolun sonundaki ayna, uzun bir rezonant boşluğu oluşturmaktadır. Bu ortamda hassas dalga boyuna sahip lazer ışınları bir ileriye bir geriye gitmektedir. Kolların buluştuğu yerde iki ışın örtüşebilir. Bu lazer ışınlarının ikisinin de aynı mesafeyi kat ettiği anlamına gelmektedir. Fakat eğer kollar arasındaki ışık farklı mesafeler kat ettilerse dalgaları artık örtüşmeyecektir ve birbirleriyle uyuşmayacaktır. (Yani ışığın iletimi sırasında kütle çekim dalgalarına maruz kalınmış demektir). Bu da ışığın bir kısmının “kara kapı” denen, dalganın salınımlarıyla senkron çalışan bir mekanizmadan çıkmasına neden olmaktadır.
Bu uyuşmama durumundan araştırmacılar girişimölçerin iki kolunun göreceli uzunluklarını bir protonun genişliğinin 10.000’de 1’i hassaslığında ölçmektedir. Bu oran bir olası kütle çekim dalgasını görmede yeterlidir çünkü kütle çekim dalgaları kolları farklı miktarlarda genişletebilir. Fakat bu şekilde olan küçük değişiklikleri tespit etmek için bilim insanları aynı zamanda sismik dalga gürültüsü, trafik seslerinin titreşimleri ve uzak yerlerdeki sahillere vuran dalgaların çarpmasıyla oluşan bozucu sinyalleri elemek zorundadır. Yani kolaylaştırarak anlatmak gerekirse; bu teknik iki lazer ışınını dikey açılara bölerek ve her birini iki uzun vakum tüneline göndererek çalışmaktadır. Tünellerin sonunda ışınları tekrar yansıtan bir ayna bulunmaktadır. Bu aynalar ışınları tekrar başladıkları yere gönderir. Burada bir detektör bulunmaktadır. Eğer dalgalar yolda kütlesel çekim dalgalarıyla karşılaşmışsa, geri dönen ışınlar gönderilen ışınlardan farklı olacaktır.
14 Eylül 2015 saat 9:50:45’te (evrensel zaman) LIGO’nun otomatik sistemleri bir sinyal algıladı. Titreşim saniyede 35 Hz’lik bir frekansla başladı, 250 Hz’e kadar sıklaştı ve 0.25 saniye sonra ortadan kayboldu. Artan frekans birbirlerinin içinde sarmal şekilde dolaşmış ve birbirlerine yaklaşmakta olan iki devasa kütle ile uyuşmaktaydı. Louisiana ve Washington arası sinyallerdeki 0.007 saniye gecikmenin nedeni, ışık hızı bağlamında dalganın konumu gözardı edildiğinde açıklanmaktaydı.
LIGO araştırmacıları sinyalin 5-sigma (bir araştırmanın kesinlikle doğru olduğunun, ancak rastgele bir olayın 3.5 milyonda bir oranla deneyle çakışıp sonucu etkileyebileceğinin bildirisi) standardını fazlasıyla karşıladığını söylemektedir. Gabriela González (Kuramsal fizikçi ve LIGO sözcüsü), sinyalin çok güçlü olduğunu, işlenmemiş veride bile doğruluğunun bulunabileceğini söylemektedir. “Eğer veriyi işlerseniz, sinyalin kesinlik taşıdığını görebilirsiniz” sözlerini de eklemektedir.
Bilgisayar simulasyonları dalganın Güneş’ten 29 ile 36 kat daha büyük iki objeden geldiğini doğrulamaktadır. Bu objelerin birleşmeden önce birbirlerini 210 kilometre mesafe içinde sarmaladığı da tahmin edilmektedir. LIGO üyesi Bruce Allen‘a göre, ancak ve ancak saf çekimsel enerjiden oluşan ve kütlesini Einstein’ın ünlü denklemi E=mc2 den alan bir kara delik bunca kütleyi bu kadar küçük bir uzaya sığdırabilir. Bu olay kara deliklerin etrafında konuşlanmış sıcak gazları ya da yıldızları incelemeksizin onlar hakkında kanıt bulabildiğimiz ilk gözlem. Allen sözlerine şunları da ekledi; “Önceden kara deliklerin var olup olmadığı tartışılabilir bir konuydu. Fakat artık değil.”
Çarpışma olağanüstü ve görünmez bir patlama oluşturdu. Yapay modeller son kara deliğin 62 Güneş kütlesine (MJ) eşit olduğunu, yani başlangıçtaki kara deliklerden 3 Güneş kütlesi daha az olduğunu göstermektedir. Kaybolan kütle, kütle çekim radyasyonu sırasında enerjiye dönüşmüştür (Bu kütlenin enerjiye dönüşümü bir atom bombasının büyüklüğünü bile gölgede bırakmaktadır.) Kütlesel çekim kuramcısı Kip Thorne‘a göre gama ışını çarpışmaları da büyük çaplıdır, fakat kara deliklerin birleşmesi/çarpışması Büyük Patlama’dan sonraki en büyük çaplı patlama olarak tarihe geçmektedir.
5 ay boyunca LIGO araştırmacıları yeni buluşlarını saklamayı tercih ettiler. Normalde ekip üyelerinin çoğu sinyalin gerçek olup olmadığını anlayamazdı. Çünkü LIGO araştırma verimliliğini arttırmak, veri okuyucuların dikkatini zirvede tutmak ve kullanılan aletlerin doğruluğunu test etmek amacıyla dönem dönem verilerin arasına sahte sinyaller konumlandıran Kör enjekte adında bir sistem kullanmaktaydı. Fakat 14 Eylül 2015’te bu sistem devrede değildi. Çeşitli bakım sebepleriyle bu ve diğer bir çok sistem devre dışıydı. Bunun sonucunda bütün ekip bu gözlemin büyük olasılıkla doğru olduğunda hemfikir. Gonzales; “O gün bu araştırmanın doğruluğuna inanmıştım” dedi.
Yine de LIGO araştırmacıları, gözlemin aleyhinde yer alabilecek bütün opsiyonları tek tek incelemek durumundaydı. Örneğin okuma işlemi bir çeşit aldatmaca olabilirdi. Reitze; “Bir ay boyunca birinin sinyali taklit edebileceğine yönelik şüpheci araştırmalar gerçekleştirik, sonunda bunun mümkün olamayacağını anladık. Bu, kütle çekim dalgalarının ilk gözlemi. Bunun içinde hataya yer veremeyiz.” diye belirtti.
Kütle çekim dalgaların var olabileceğini kanıtlamak sadece LIGO’nun başarısı değil, çünkü dalgalara işaret eden dolaylı ve inandırıcı kanıtlar bulunmaktaydı. 1974 yılında Amerikalı astronotlar Russell Hulse ve Joseph Taylor, radyo dalgası yayan Pulsar (atarca) adındaki nötron yıldızlarının birbirlerinin yörüngeleri içinde olduğunu keşfettiler. Atarcaların periyodunu raporlayan Taylor ve arkadaşı Joel Weisberg, ikisinin birbirlerine doğru sarmal hareket yaparak ilerlediğini kanıtladılar ki bu da eğer kütle çekim dalgaları yayıyorlarsa yapmaları gereken bir hareketti.
Kütle çekim dalgalarıyla neler yapılabileceği, fizikçileri heyecanlandıran konulardan bir tanesi. Örneğin Johns Hopkins’te kuramcı olan Kamionkowski‘ye göre ilk LIGO sonuçları, böyle bir radyasyon gücünün gökyüzünde görülemeyen objeleri, özellikle sönmüş kara deliklerin kalıntılarını ortaya çıkarabileceğini öngörüyor. Kamionkowski, “Bu, uzay dünyasında orada olduğunu bildiğimiz fakat bugüne kadar sadece küçücük parçacıklarını gördüğümüz yıldız kalıntılarının geniş popülasyonunu öğrenmemizde katalizör görevi görecektir” diyor.
Kmionkowski’ye göre bu gözlem aynı zamanda genel görecelik kuramını incelemede yeni bakış açıları getirmekte. Bu zamana kadar fizikçiler çalışmalarını çekim kuvvetinin nispeten daha zayıf olduğu koşullarda gerçekleştirdi. Şimdiyse araştırmacılar kütle çekim dalgalarını inceleyerek, bir objenin kütlesel çekim alanındaki enerjisinin, kütlesinin bir kısmına ya da tamamına denk geldiği sıra dışı koşulları inceleyebilirler.
Massachusetts Institute of Technology (MIT)‘ de çalışan fizikçi Rainer Weiss‘e göre kara delik birleşimiyle birlikte genel görelilik kuramı ilk testini başarıyla geçmiş bulunmakta. Rainer Weiss, LIGO’nun kurulması fikrini ortaya atan ilk bilim insanıdır. Rainer’ın “Einstein’ın teorisinden yaptığınız hesaplamalar elimizdeki sinyalin verileriyle tamı tamına uyuşmaktadır. Bu inanılmaz bir şey.” sözleri Einstein’ın nasıl bir dahi olduğunu bizlere bir kez daha hatırlatıyor.
Kütle çekim dalgalarının keşfi 1972’den beri süregelen maceranın nihai göstergesidir. 1979’da Uluslararası Bilim Kuruluşu MIT’deki ve Caltech’teki araştırma ve geliştirme projelerine fon ayırdı ve LIGO oluşumu 1994’te bu vesileyle hayata geçti. 272 milyon dolarlık makineler veri almaya 2001 yılında başladılar. Eğer LIGO’nun buluşu bir Nobel Ödülü kazanırsa ödülün kime gideceği ise ayrı bir merak konusu. Bilim insanları Weiss’in en güçlü aday olduğunu söylese de o aynı görüşte değil. Weiss’ın bu soruya cevabı “Bunu düşünmek hoşuma gitmiyor” şeklinde olmuştur.
Fizikçiler diğer buluşların da yakın zamanda gerçekleştirilebileceğini söylüyor. Italya’daki bir ekip de bu yıl içinde 3 kilometre kolları olan bir girişimölçeri devreye sokmayı planlıyorlar. Bir sonraki dalgayı merakla bekliyoruz.
Hazırlayan: Agah Tuğrulhan Polat | Kaynak: Sciencemag