Einstein haklıymış; kütle çekimsel dalgalanmalar gerçekten var!

Dünya bilimdeki yeni bir buluşla yerinden oynamış durumda.
Aslında buna “yeni” ya da “buluş” demek yaklaşık 100 yıl önce bunun varlığından bahseden ancak o zamanlar elinde yeterli teknoloji olmadığı için gerçek verilerle kanıtlayamayan Einstein’a haksızlık olur. Dolayısı ile giriş cümlesini “Dünya, bilimdeki en ünlü teorinin kanıtlanması ile yerinden oynamış durumda” diye değiştirebiliriz.

Einstein’ın bir asır sonra kanıtlanan kuramı
1915-1916 yılları arasında ünlü fizikçi Albert Einstein evrenin kanunlarını çözmek amacıyla yaptığı araştırmalar sonucunda uzayın inanılanın aksine statik yani durgun bir vaziyette olmadığını iddia etmişti. Alman fizikçi evrenin sürekli olarak kıvrılıp büküldüğünü ve bunun da etrafındaki enerji ve maddelerden kaynaklandığını açıkladı. Einstein’ın ünlü Genel Görelilik kuramı da bu teori üzerine oluşturulmuştur. Genel Görelilik bu bağlamda kütlelerin arasındaki çekim etkileşiminden doğan uzay-zaman bükülmesini yani kütle çekimsel dalgalanmaları açıklar. Ancak dediğimiz gibi Einstein bu teoriyi sağlam temeller üzerine kurmuş olsa da o zamanın teknolojik yetersizliğinden dolayı maalesef asla kanıtlamayı başaramamıştı. Lakin 100 yıl sonra LIGO bunu kanıtlamayı başardı.

LIGO
Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), Lazerli Çatışma Ölçeği Kütle Çekimsel Dalga Gözlemevi olarak çevirebileceğimiz bu araştırma merkezi bilimde çığır açacak kanıtlamayı gerçekleştirerek adeta her şeye yeniden başlamamızı sağladı. 1992 yılında ünlü fizikçi Kip Thorne (ki Christopher Nolan da Interstellar filmi için ondan çok destek almıştır), Caltech’ten Ronald Drever ve MIT’den Rainer Weiss’ın ortaklığı ile kurulan LIGO deneyinin tek amacı kütle çekimsel dalgalanmaları yakalamaktı.

İlk 8 sene boyunca (2002-2010) bir tane bile kütle çekimsel dalgalanma yakalayamayan deney daha geliştirilmiş algılayıcıların kurulması için bir süreliğine durduruldu. Beş yıl ve toplamda 620 milyon dolar sonrasında yeni ve daha da geliştirilmiş ikiz LIGO tesisleri Livingston, Louisiana ve Hanford, Washington’da hayata geçirildi.

Basitçe LIGO’nun yaptığı şey kütle çekimsel dalgalanmaların oluşturduğu bir seri ufak dalgalanmayı / titreşimleri doğrudan yakalamak oldu. Fakat işin esas büyüleyici noktası sadece bu ufak dalgalanmayı / titreşimleri keşfetmek değil onları oluşturan kütle çekimsel dalgalanmaların kaynağının bulunması. Buna göre bu kütle çekimsel dalgalanmalar yaklaşık 1.3 milyar yıl önce iki devasa kara deliğin birleşmesi sonucu ortaya çıkmış.

Zamanında Einstein’ın bile bulunmasının imkansız olduğunu düşündüğü kütle çekimsel dalgalanmaları keşfetmeyi başaran Caltech ve MIT araştırmacıları ikiz LIGO cihazını kontrol ederek bu ispatlamayı sağladılar. 2015 yılının eylül ayında LIGO cihazı ilk buluşunu bir enerji sinyalinden çok ufak bir parça yakalayarak yaptı. Bu sinyal evrendeki tüm yıldızların birleşiminden 50 kat daha büyük enerjiye sahipti ve istatistiksel önem açısından 5 sigma standardını geçmişti. (5 sigma standardı kısaca bir deneyin 3.5 milyon defa tekrar edilip kesin sonucun birden çok kez elde edilerek bir bakıma mutlaklık kazanması anlamına geliyor)

Evrenin anahtarı
Beş ay boyunca LIGO ekibi bu sinyali parçalara ayırmaya uğraştı. Bu şekilde sinyali sese çevirmeyi başardılar ve iki devasa kara deliğin çarpışmasını dinlediler. Sanki bir filmdeki patlama sahnesini dinlermiş gibi bu birleşmeyi dinlediklerini açıklayan MIT Asistan Fizik Profesörü Matthew Evans “Dünya’ya ulaşan sinyalleri aldık ve onları hoparlörlere vererek bu iki kara deliğin “Booom” sesi çıkartarak birleşmesini dinledik” dedi.

“Bu da yaptığımız gözlemin duygusal bir yanı aslında. Bu oluşumun sesini duyabilmek fantastik bir şey.”

Her bir LIGO tesisinde L şeklinde interferometreler (küçük hareket veya mesafeleri iki ışının çarpışmasıyla öIçen alet) bulunmakta. Bu interferometreler yaklaşık 4 kilometre uzunluğu ölçebilecek kapasitede her iki tünelde gidip gelen lazerler üretme kapasitesine sahip. Lazerler tünellerdeki yolculukları sırasında içeride belli noktalara konumlandırılmış aynalara çarpıyor. Bu sırada da lazerin her bir aynadan aynaya geçiş süresi hesaplanıyor. İşte bu anda kütle çekimsel dalgalanma LIGO’dan geçtiğinde lazerin iki ayna arasında kat ettiği mesafe değişiyor.

Lakin bu değişim o kadar ufak ki neredeyse farkedilmeyecek derece. Zaten Einstein’ın “bulunması imkansız” demesinin sebebi de bu.

Bunu tıpkı bir göle ufak bir çakıl taşı atarak oluşan minik dalgalara benzetebilirsiniz. Bu dalgaların önemi ise etraflarındaki uzay-zamanı saptırarak biçimini bozmak. İşte bu bozukluklar dışa doğru yayılıyor ve en nihayetinde yüz milyonlarca ışık yılı sonrasında (ki bu durumda 1.3 milyar yıl) Dünya’ya ulaşıyor.

Dalgalanmaların bilgisayar üzerinde simülasyonları yapıldığında ise ortaya gerçekleşen olay çıktı. Buna göre Dünya’ya ulaşan enerjinin, birisi güneşin 29 katı diğer 36 katı büyüklüğünde kütleye sahip iki nesneden geldiği anlaşıldı. Bu iki nesne çarpışmadan önce birbirlerinden yaklaşık 130 millik bir mesafe ile spiral bir şekilde dönerek birbirlerine yakınlaştılar ve en nihayetinde çarpışarak birleştiler.

Bir başka kanıtlanmış gerçek; Kara Delik vardır
Bu iki nesnenin kara delik olduğunun kanıtı ise kütle büyüklükleri. LIGO ekibinin üyesi Bruce Allen’a göre sadece kara deliklerin sınırlandırılmış düzlemde bu derece büyük kütlelere sahip olabileceğini belirtiyor. Bu da kara deliklerin oluşum prensiplerinde yaşanan tartışmalara; “Kara delikler vardır” diyerek son noktayı koyuyor.

Beş ay önce gerçekleşen bu olay ise ancak dün (11 Şubat 2016) kesin olarak gerçek olduğu kabul edildi. Nitekim kütle çekimsel dalgalanmalar konusunda şüpheler artmaya başladığı için araştırmacılar bu aldıkları sinyallerin gerçek olup olmadığını gece gündüz kontrol ettiler. Alınan sinyalin alternatif kaynakları konusunda laboratuvarın kendi sahte sinyallerinden insan hatasına kadar geniş bir yelpazesi var ve bu keşif dünyaya açıklanmadan önce bunların hepsinin teker teker elenmesi gerekiyor. Kısa zamanda ise alınan sinyalin gerçek olduğu farkediliyor ve dünyaya duyurusu yapılıyor.

…Ve sonrası
Peki bu keşif bizlere neler sağlayacak? Artık LIGO ekibi astrofiziğin ve genel görelilik kuramının yapı taşı olan kütle çekimsel dalgalanmaların varlığını kesin olarak kanıtladığı için bütün evrene farklı bir gözle bakabilecek. Her şeyden önce bu zamana kadar evreni gözlemlemek için kullandığımız teleskop ya da elektromanyetik ışıma artık tek yöntem değil. Kütle çekimsel dalgalanmalar sayesinde daha önce bu yöntemlerle keşfedilmesi imkansıza yakın olan kara delik ya da nötron yıldızları gibi hiçbir şekilde ışığa sahip olmayan uzay cisimlerini keşfetmek mümkün olacak.

Kütle çekimsel dalgalanmaların içine gizlenmiş olan bu bilgiler sayesinde onu üreten nesne hakkında oldukça büyük bilgilere sahip olabileceğiz. Algılayıcılar daha da hassas konuma güçlendirildiğinde kütle çekimsel dalgalanmaları düzenli olarak yakalayabileceğiz. Bu da evrendeki en büyük enerjik eylemlerin bir sıralamasını çıkartmaya yarayacak. Hatta bununla ilgili bir demografik tablo bile oluşturulabilecek.

MIT astofizikçisi Scott Hughes’un yaptığı açıklamada da belirttiği gibi:
“İlk sinyali keşfetmek büyük bir heyecan yaratsa da esas ilginç olaylar bu işlemin bir rutine dönüşmesinden sonra yaşanacak.”
Şimdi sıra evreni gerçekten tanımaya geldi.