İşte kütle çekim dalgalarını doğrulayan ekip

Georgia Tech‘de yayımlanan yazıyı Yeşil Gazete gönüllü çevirmeni Binnaz Çiftçi‘nin çevirisiyle sunuyoruz.

***

Dünyaya ulaşması neredeyse 1,5 milyar yıl sürdü ve burada 200 milisaniyeden daha kısa bir süre kaldı. Varlığı 2,5 santimlik elektron tüpü çiftini 1/400 proton çapı uzunluğunda yerinden oynattı. Fakat inanılmaz kısa süren ziyareti ve mikroskobik hareketine rağmen, bilim insanlarına yüzyılın fizik dünyasındaki en önemli buluşu yaptırmaya yetti.

Tarihte ilk defa, kütle çekim dalgaları gözlemlendi. Bir küresel araştırma grubu, 11 şubat Salı günü gerçekleşen buluşu duyurdu. Bu buluş, Albert Einstein’in genel görelilik kuramındaki kütle-çekim dalgalarıın var olduğu tahmininden yüz yıl sonra geldi.

Kütle-çekim dalgaları evrenle aynı dokuya sahip, uzayzamanı eğip büken dalgalardır ve şiddetli kozmik karmaşa sırasında oluşurlar.

Bu olayda gözlemlenen kütle-çekimsel dalga, iki kara deliğin yaklaşık 1,5 milyar yıl önce, uzaya ışık hızında savrulan bir dalga göndererek birleştiği zamanda oluşmuştu. Bu dalga, 14 Kasım 2015’de dünyaya ulaştı ve LIGO(Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) tarafından keşfedildi.

Kütle çekim dalgalarıyla ilgili daha fazla ayrıntıyı Boğaziçi Üniversitesi Fizik Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Levent Kurnaz’ın yazısından öğrenebilirisiniz.

LIGO Bilimsel İşbirliği

LIGO Bilimsel İşbirliği, Georgia Tech Bilim Akademisi’nden 2 fakülte üyesi ve onların 10 kişilik üniversite üye takımı, mezun ve öğrencilerinden oluşuyor. Bunlardan bir tanesi Physics School öğretim üyesi ve LIGO Veri Analizi Merkezi Başkanı Profesör Laura Cadonati.

Laura Cadonati. Fotoğraf: Gatech

Laura Cadonati. Fotoğraf: Gatech

Aşağıdaki videoda Laura Cadonati kütle çekim dalgalarının nasıl gözlemlendiğini ve bu dalgalarına neden evrene karşı daha fazla sırrı ortaya çıkardığını anlatıyor. Video şimdilik maalesef yalnızca İngilizce.

Georgia Tech takımı

Georgia Tech’in takımı

UMUTLARI VE KARİYER HEDEFLERİ GERÇEKLEŞTİ

Dierde Shoemaker

Dierde Shoemaker

Dierde Shoemaker, geçtiğimiz sonbahar kütle-çekim dalgalarına dair kanıtı görünce hissettiği şeyin ferahlama olduğunu söylüyor. Ne de olsa, Georgia Tech’in Relativistik Astrofizik Merkezi yöneticisi olarak, bütün bir kariyerini yüzlerce bilgisayar simülasyonu oluşturarak, varlığını kimsenin garanti edemeyeceği bir şey üzerinde şekillendirdi. LIGO Bilimsel İşbirliği‘nin bir üyesi olan Shoemaker, Einstein’ın ikili karadelik çarpışması denklemleri üzerine çalışıyordu. Tahminlerinin doğru olup olmadığını anlamak için ihtiyacı olan tek şey de gerçek bir kütle-çekim dalgası idi.

”Kütle-çekim dalgaları bize doğru yayılan uzayzaman titreşimleridir. Bilimsel olmayan bir şekilde izah edersek, bir masaya yumruğumu vurmam gibi, eğer masanın diğer tarafından da tutuyorsanız titreşimi hissedersiniz. Düzensiz hızlanım gösteren her kütle, kütle-çekim dalgalarına sebep olur, kolunuzu öne arkaya sallamanız dahi. Ama yalnızca hızlı hareket eden çok yoğun cisimlerin gözlenme şansı var.

LIGO ‘dan gelen sinyal çok fazla insanı hayrete düşürdü. Çoğu kişi ilk algılananın ikili bir nötron yıldızı (bilinen en yoğun yıldız çifti) olduğunu düşündü. Ama bu sinyal çok netti. Astrofizik bilgimize dayalı olarak gözlemlemeyi beklemediğimiz, iki adet kısmen geniş kara delikten geliyordu. Birkaç dakika içinde anladık ki elimizde büyük bir şey vardı. Bundan daha fazla heyecanlanamazdım.

Ben nötron yıldızları üzerine çalışmıyorum. Ben ikili kara delikler üzerine çalışıyorum. Dolayısıyla, sinyali gördüğüm zaman, bu kadar güçlü bir şeyin yalnızca çarpışan kara deliklerden gelebileceğini biliyordum. Georgia Ekibimiz gözlemlenen sinyalin analizinde doğrudan ve çok önemli bir rol oynadı. Dalga LIGO’da ilk yakalandığında, gerçek sinyal ve arka plan gürültüsünün birleşimiydi. Sinyal çözümlendiğinde, ekibimiz onu yüzlerce ikili kara delik birleşmesi simülasyonumuzla karşılaştırabildi. Bu da bize sinyallerin gerçekten de kütleleri eşit, yörünge çizerek kendi eksenleri etrafında dönen ve çarpışarak tek bir kara delik oluşturan iki kara delikten geldiğini doğrulattı.’’

EVREN YAPBOZUNUN BİR PARÇASI DAHA!

Pablo Laguna

Pablo Laguna

Pablo Laguna 1980’lerin başında doktora çalışmalarına başladığında böyle bir gün ancak hayaldi. Kütle çekim dalgaları gözlemlerinin çalışıldığı bir bilim, Physics School başkanı için artık ”somut” bir gerçek. 2008’de kurduğu Georgia Techs Göreli Astrofizik Araştırma Merkezi’ni(CRA) ayakta tutan 3 temel alandan birisi bu .

”Kütle-çekim dalgaları, parçacık astrofiziği ve yüksek enerji astrofiziği. Bunlar, CRA’nın üzerine multi messenger (çoklu-haberci) astrofizikçilerinden oluşan bir araştırma ekibi oluşturduğu 3 temel alan. CRA ülkenin en hızlı gelişen astrofizik merkezlerinden birisi.

Peki neden kendimizi çoklu-haberci astrofiziğine adadık? Evren hakkında bilgi taşıyan yalnızca üç çeşit haberci var: fotonlar (ya da ışık), nötron veya kozmik ışınımlar gibi parçacıklar ve kütle-çekim dalgaları. Sadece CRA gibi merkezler bu kaynaklardan yararlanacak araştırmaları yürütebilecek şekilde konumlanmıştır.

LIGO gözlemleri düzene girince grubumuz ve diğerleri kara delik ve nötron yıldızı toplulukları hakkında daha fazla şey öğrenecek. Bu bulgular, öldükten sonra arkalarında kara delikler ve nötron yıldızları bırakan yıldızların yaşamları hakkında daha fazla bilgi sağlayacak. Bu bulgular sırasıyla yıldızların doğuşları, oluştukları çevre ve buradan hareketle de evrenin hayat döngüsünü tamamlayışına ışık tutacak.

LIGO’nun gözlemlediği, resmi olarak GW150914 diye adlandırılan dalga bize evrenin en müthiş olaylarından birinin, iki kara deliğin birleşmesinin ilk görüntülerini verdi. Bu, yapbozun, yani evrenimizin, en önemli parçalarından biri. Meslektaşlarımın ve benim yalnızca Einstein’ın haklı olup olmadığını test etmemizi değil aynı zamanda kütle-çekimin en güçlü etkisinin nerede olduğuna dair astrofizik fenomenini araştırmamıza imkan veren bir parçası.

Doç. Dr. Deirdre Shoemaker, Doktora adayı Karan Jani, ve Postdoktora araştırmacısı James Clark LIGO buluşunun astrofizik alanındaki olası sonuçlarını tartışırken. Fotoğraf: Rob Felt.

Doç. Dr. Deirdre Shoemaker, Doktora adayı Karan Jani, ve Postdoktora araştırmacısı James Clark LIGO buluşunun astrofizik alanındaki olası sonuçlarını tartışırken. Fotoğraf: Rob Felt.

DİĞER ASTROFİZİKÇİLERİN TEPKİLERİ

David Ballantyne, Tamara Bogdanovic ve Ignacio Taboada

David Ballantyne, Tamara Bogdanovic ve Ignacio Taboada

Laguna’nın belirttiği gibi, kütle-çekim dalgaları Göreli Astrofizik Merkezi’nin (CRA) temel unsurlarından yalnızca birini oluşturuyor. David Ballantyne ve Tamara Bogdanovic özellikle kara deliklere, galaksilere ve yıldızlara odaklanarak, evreni çözümlerken ışığı temel alıyor. Ignacio Taboada ise ışık yerine parçacıkları, yani kozmik ışınımları, nötronları ve gama ışınlarını gözlemliyor.

Taboada: Zamanın başlangıcından günümüze kadar, ışık insanlığın tek astronomik habercisi olageldi. Ardından araştırmacılar ışığın kaçamadığı aşırı yoğun bölgelerde çalışılabilen nötronları keşfettiler. Bu durum nötronların ruh gibi olmasından kaynaklanıyor. Durdurulmadan her şeyin içinden geçebiliyorlar. Ben çoğunlukla galaksimizden uzakta oluşan astrofiziksel nötronları keşfeden IceCube Birliği’nin bir üyesiyim. Tıpkı nötronlar gibi kütle-çekim dalgaları da hiçbir ışığın yayılmadığı fenomeni yakından incelememizi sağlayacak.

Dünya'dan gökyüzünün haritası. İkili kara delik birleşmesinin olası konumları görülebilir. (Görsel: Shane Larson, Northwestern Universitesi)

Dünya’dan gökyüzünün haritası. İkili kara delik birleşiminin olası konumları görülebilir. (Görsel: Shane Larson, Northwestern Universitesi)

Bogdanovic: Kütle-çekim dalgalarını inceleyen bilim insanları, kara deliklerin birbirlerine yaklaştıklarında ve çarpıştıklarında oluşturdukları dalgalarla ilgileniyorlar. Benim gibi astrofizikçilerse boşlukları dolduruyorlar: Kara delikler nereden geldi? Onları birbirlerine çeken neydi? Ne tür galaksilerde yaşıyorlar?

Ballantyne: Son yüzyılın astronomik tekniklerine dayanan bizim alanımız genelde “geleneksel astronomi” olarak adlandırılıyor. Ben genişleyen karadeliklerin ürettiği radyasyonla galaksilerdeki gaz ve toz bulutlarının etkileşimlerine odaklanıyorum. Tüm bu bilgileri, kara deliklerin çevresinde oluşan fiziksel süreçleri ve içinde bulundukları galaksinin evrim sürecine etkilerini saptamak için kullanıyoruz. Kütle-çekim dalgalarını çalışmak evrenin temel yasalarını incelemek demek. Bu da bir senfoninin notalarına bakmaya benziyor. Tamara ve ben bu senfoninin dinleyiciyi nasıl etkilediğini anlamaya çalışıyoruz.

Bogdanovic: Bu doğru. Kütle-çekim dalgaları bize kara deliklerin çarpışmasını anlatıyor. Haklarındaki diğer her şeyi, içinde bulundukları galakside çevrelerini saran gaz ve yıldızların yaydığı ışıklara bakarak öğreniyorsunuz. Işık ve kütle-çekim dalgalarını bir araya getirirseniz, birleşen kara delikleri daha geniş bir evren bağlamına yerleştirebilirsiniz.

Ballantyne: Genel görelilik kütle-çekiminin iyi bir tanımı olageldi ve insanların tabi tuttuğu her testten geçti. Gözlemlenmelerine şaşırmamış olsam da heyecanlıyım, çünkü kütle-çekim dalgaları evrenin yeni bir penceresini açıyor.

Bogdanovic: Ne zaman bu pencerelerden birisi açılsa, evrenin yepyeni bir resmini sunuyor. Kütle-çekim dalgaları kaçınılmaz olarak önceki bazı tahminlerin doğrulanmasını ve aynı zamanda yeni keşiflere yol gösterecek birtakım sürprizleri beraberinde getirecek. Bunun benim profesyonel kariyerim sırasında gerçekleşiyor olmasından çok mutluyum çünkü böyle gelişmeler çok sık yaşanmıyor.

BİLİMSEL FİKİRLERİN DOĞRULANMASI YENİLİKTEN FAZLASINI GETİRİYOR

Paul Goldbart

Paul Goldbart

Georgia Tech Bilimler Koleji’nin Dekanı Paul Goldbart meslektaşlarının son aylarda ve yıllar içerisinde yaptıkları kütle-çekim dalgalarının duyurulmasına varan çalışmalarından gurur duyduğunu belirtiyor. Kendisi Fizik Okulu’nun eski başkanı ve yeni bulguları muhteşem olarak nitelendiriyor.

“Kütle-çekim dalgaları hakkındaki bu heyecan niye? Bilimsel fikirlerin doğrulanması yenilikten daha fazlasını getiriyor. Aynı zamanda bize önemli gelişmeler de sağlayabilirler. Birbirine güç uygulayan elektrik yüklü iki parçacığı düşünün. Bu Coloumb Kanunu’dur, yüklerin birbirlerinin çekimine karşı koyduğu ve müdahale ettiği mesafeli aksiyona (action-at-a-distance) bir örnek. Faraday ise yüklerin, uzayda yayılan elektrik alanlarına sebep olduğu alan teorisi ile kavrayışımızı başka bir yere getirmişti. Şunu düzeltmeliyiz, elektrik alan sadece mesafeli aksiyonu saklamaya yarayan bir yöntem değil. Kendisine ait mekanik bir gerçekliği var. Peki ya manyetik alanlar ? Onların da varlıkları olmasa da hareketleri (Ampere Kanunu) yüklerden kaynaklanıyor. Manyetik alanlar zaman içinde değişince tekrar elektrik alanlarına sebep oluyorlar (tekrar Faraday Kanunu).

James Clerk Maxwell (1831–1879). Fotoğrafın tarihi bilinmiyor. Kaynak: Wikimedia Commons.

James Clerk Maxwell (1831–1879). Fotoğrafın tarihi bilinmiyor. Kaynak: Wikimedia Commons.

İşte modern fiziğin başladığı yer burası. James Clerk Maxwell, sadece 150 yıl önce, elektrik ve manyetizma hakkında bilinenleri yeniden ele alarak, yapbozun yeni bir parçasını öngördü: Eğer değişen manyetik alanlar elektrik alanlarına sebep oluyorsa, belki değişen elektrik alanları da manyetik alanlar oluşturuyordur? Oluşturuyorlar da! Bu usta vuruşla Maxwell ışığın doğasını açığa çıkarıyor: Değişen manyetik alan değişen elektrik alana o da sonra manyetik alana… Hareketli yükler tarafından yayılan fakat tutulamayan, Maxwell’in teorisinin ortaya koyduğu gibi uzayda “ışık hızında” ilerleyen kendi kendine devam eden bir model oluşturuyor. Gelişmeye dikkat edelim: mesafeli aksiyon, alan kuramı, elektromanyetik radyasyon. Bu ileticiler gökyüzünü gama ışını, x ışını, ışık, mikrodalga ve radyo ışını gibi farklı dalga boyundaki radyasyonlarla doldurarak bize Big Bang olduğundan beri evrenin ve sakinlerinin değerli, detaylı resimlerini sundu.

Şimdi yükün yerine kütleyi koyarsak ne olacağını sorun. Newton bize yerçekimi denen, kütleler arasında işleyen (mesafeli aksiyon) kuvvetini öğretti ve 1700’lerin sonlarında Laplace kütle-çekimsel alan kavramını tanıttı. Ardından, kütle-çekimi ve hareketsizlik anında kütlelerin eşitliğinden yola çıkarak, Einstein kütlenin (ve enerjinin) uzayda ve zamanda bükülmeye yol açtığını ve bu bükülmenin de kendi dinamik gerçekliğinin olduğunu gösteren Genel Görelilik Teorisini ortaya koydu. Bazen şöyle denir, uzay ve zaman artık sahne değil aktör konumundadır.

Bu, meslektaşlarım Laura Codati, Deindre Shoemaker ve LIGO İşbirliği’nin oldukça zorlayıcı deney ve ileri hesaplamaları birleştirerek ilk defa olarak doğrudan gözlemlediği, evrende çok uzaklarda sarsıntılı kütlesel hareketten salınan, gözlemlenmesi çok güç bir kütle-çekimsel ışınım. Pek çok fizikçi yakında, evren hakkında ışığın kütle-çekim kardeşinden yeni mesajlar alacağımızı umuyor.

Yazının İngilizce Orijinali

Yeşil Gazete için Çeviri: Binnaz Çiftçi

Çeviri Editörü: Ayşe Ceren Sarı

(Yeşil Gazete, Georgia Tech)