Yerçekimi dalgalarının çekiminden öğrendiğimiz 5 şey | Yeni Özgür Politika
Bilim insanları 2015 yılında yerçekimi dalgalarını keşfettiği zaman artık fizikte yeni bir çağın başladığı söylendi. Peki Albert Einstein'ın öngördüğü ve 100 yıl sonra LIGO laboratuvarı tarafından keşfedilen yerçekimi dalgaları bize neler öğretti?
21 Ekim 2017 Cumartesi | Toplum-Yaşam
Her an hem geriliyor ve hem sıkıştırılıyoruz
Albert Einstein 1916 yılında karadelikler ve nötron yıldızları gibi devasa cisimlerin hareket ettikçe uzay-zaman düzleminde büzüşmeler yarattığını ve bu nedenle evrendeki her şeyin sürekli olarak sıkıştırılıp gerildiğini öngörmüştü. 2015'te yerçekimi dalgalarını keşfettiğimiz anda artık her şeyin, Dünyamızın, vücudumuzun her an gerilip sıkıştırıldığını öğrendik. Yerçekimi dalgalarının kaynağı çok uzaksa bu sıkıştırılıp gerilme oranımız da aynı oranda küçük oluyor. Ama eğer bir karadelik ya da nötron yıldızına yakın olsaydık bu hareketleri hissedebilirdik.
Karadeliklerin varlığını on yıllardır biliyoruz. Yüzyıl önce bilim insanları karadeliklerin varlıkları üzerinden hesaplar yapıyordu. Ama LIGO ortaya çıkana kadar hiçbir zaman bir karadeliği gözlemleyememiştik. Yerçekimi dalgaları bizde bu imkanı verdi. Hatta karadeliklerin birbirleri etrafında yörüngede olabildikleri, birleşebilip daha büyük bir karadelik oluşturabildikleri de ispatlandı.
Ağır elementlerin nasıl oluştuğunu öğrendik
Büyük patlamadan sonra evrendeki en hafif elementler olan hidrojen ve helyum oluştu. Bilim insanları hiçbir zaman ağır elementlerin nasıl olduğunu ispatlayamadı. Son olarak iki nötron yıldızının birleşmesi sonucunda ortaya çıkan yerçekimi dalgalarını tespit eden bilim insanları bu bölgeye teleskoplarını çevirdiklerinde altın, platinyum ve kurşun elementlerinin oluşumuna dair ipuçları gördü.
LIGO'da çalışan bilim insanlarına göre iki nötron yıldızının çarpışması Dünyamızın 10 katı kadar altının bir anda oluşmasına neden oldu.
Kısa süreli gamma ışını patlamalarının kaynağını tespit ettik
İki nötron yıldızı birleştiği zaman ortaya çıkan ilk şey büyük bir gamma radyasyonu ışıması. LIGO'nun alıcılarının nötron yıldızı birleşimini tespit etmesinden sadece birkaç saniye sonra NASA'nın Fermi teleskobu da gamma ışını patlaması tespit etti.
Geçtiğimiz on yıllar içinde birçok kez gamma ışını patlaması tespit ettik ancak nereden geldiğini hiçbir zaman ispatlayamamıştık. Bilimin insanları ilk andan itibaren bu ışımanın kaynağının iki nötron yıldızı olduğunu tahmin etmesine rağmen LIGO ve Fermi teleskobunun verileri bu tahmini ispatlaması açısından önemli.
Evren hakkındaki tahminlerimizde doğru yoldayız
Yerçekimi dalgalarının ortaya çıkardığı her şey daha önce kağıt üzerinde bildiğimiz şeylerin ispatı durumunda. LIGO bu dalgaları keşfetmeden önce karadeliklerden gelecek olan yerçekimi dalgaları ile nötron yıldızından gelecek olan yerçekimi dalgaları arasındaki farkları dahi biliyorduk.
Teorik olarak karadeliklerin varlığını biliyorduk; nötron yıldızlarının birbirleri etrafından olağanüstü hızlı bir şekilde hareket ettiklerini de. Ve nötron yıldızı çarpışmalarının ağır elementleri oluşturacağını da hesaplamıştık.
LİGO ve yerçekimi dalgaları şu ana kadar bize çok büyük bir sürpriz yapmadı. Kağıt üzerindeki teorileri geçerli kıldı ve doğru yolda olduğumuzu gösterdi.
Nötron yıldızı, yıldızların yaşamlarının son bulabileceği biçimlerden biridir. Bir nötron yıldızı dev bir yıldızın bir süpernova olarak patladıktan sonra geri kalan kısmın kendi içine çökmesiyle oluşur. Bu yıldızlar neredeyse tamamen nötronlardan oluşsa da az miktarda proton ve elektron da içerir. Nötron yıldızlarının kütleleri Güneş'inkinin 1,44 ila 3 katı olabilir. Bugüne kadar gözlemlenmiş en büyük nötron yıldızının kütlesi ise Güneş'inkinin yaklaşık iki katıdır. Samanyolu içinde yaklaşık 2000 nötron yıldızı olduğu biliniyor. Güneş Sistemi'ne en yakın nötron yıldızları, yaklaşık 400 ışık yılı uzaklıktaki RX J1856.5-3754 ve yaklaşık 424 ışık yılı uzaklıktaki PSR J0108-1431'dir. Nötron yıldızlarının kütleleri çok büyük olmasına rağmen hacimleri çok küçüktür. Örneğin kütlesi Güneş'inkinin yaklaşık 1,5 katı olan bir nötron yıldızının çapı sadece 10 kilometre civarındadır. Bu durum nötron yıldızlarının yoğunluklarının çok yüksek olmasına neden olur. Öyle ki nötron yıldızlarının yoğunlukları Güneş'inkinin 2,6 x 1014 ila 4,1 x 1014 katıdır.
LIGO iki nötron yıldızının çarpışmasını gözlemledi
Dünyanın tek yerçekimi dalgaları gözlemevi LIGO, dünyamızdan 130 milyon ışık yılı uzaklıkta iki nötron yıldızının birleşmesini tespit etti. Önce LIGO'da bilim insanlarının detektörlerine yerçekimi dalgalarını keşfetti. Aynı anlarda Şili'deki yer üssünde bulunan uzmanlar da Fermi teleskobundan gelen Gamma ışını patlaması verilerini inceliyordu.
Bilim insanlarının verilerine göre 17 Ağustos 2017 günü gözlemlenen bu gök olayı, Dünyamızdan 130 milyon ışık yılı uzaklıktaki Hydra takımyıldızında yaşanan bir nötron yıldızı birleşmesinden başka bir şey değildi. Dünya üzerindeki 70 teleskop patlama anından çok kısa bir süre sonra Hydra takımyıldızına çevrildi ve iki nötron yıldızının birleşmesinin ardından neler olduğu gözlemlendi.
Karadelikler dışında ilk kez
Karadeliklerin uzay-zaman düzleminde yarattığı büzüşmeleri tespit etmek için kurulan LIGO, 2015 yılındaki yerçekimi dalgalarının keşfinin ardından ilk kez karadelikler dışındaki bir gökcismi tarafından oluşturulan yerçekimi dalgalarını tespit etti. LIGO kuruluşundan bu yana iki karadeliğin birleşmesini beş kez tespit etti. Altıncısında ise iki nötron yıldızının birleşmesini gözlemledi. İtalya'da aktif olan Virgo detektörü kör noktada olduğu için Hydra'dan gelen büzüşmeleri tespit edemedi ancak Washington'daki detektörler tüm detaylarıyla iki yıldızın birleşmesini gözlemledi. Bu olay aynı zamanda hem gamma ışınları hem de yerçekimi dalgalarıyla veri elde edilen ilk gök olayı olarak da tarihe geçti.
11 milyar yıllık dans sona erdi
Gamma ışımaları ile patlamanın şiddeti ve sonrasında oluşan elementler gibi konular hakkında bilgi edinilebilirken yerçekimi dalgaları birleşmenin iç dinamikleri, kütle büyüklükleri, ne kadar enerji ortaya çıkıp ne kadar kütle kaybedildiği gibi konularda ayrıntılı bilgiler veriyor.
Nötron yıldızları karadeliklerden çok daha küçük oldukları için böylesi bir gözlem yapmak için bu gök olayının yakın bir bölgede gerçekleşmesi gerekiyordu. 130 milyon ışık yılı da evren ölçülerinde oldukça yakın bir mesafe sayılıyor. Bundan önce LIGO'nun tespit ettiği en yakın gök olayı 1.4 milyar ışık yılı ötede gözlemlenmişti. Bilim insanlarının elde etiği verilere göre yaklaşık olarak Güneş'in kütlesine sahip olan iki nötron yıldızı Hydra takımyıldızının olduğu bölgede 11 milyar yıldır birbirleri etrafında yörüngedeydi. Bilim insanlarının kilonova olarak adlandırdıkları bu olay sonucunda ağır elementlerin oluştuğu da düşünülüyor.
Kilonovalar günler hatta haftalar süren gök olayları. LIGO ve Fermi teleskoplarının çok kısa sürede bu patlamayı keşfetmeleri bilim insanlarının iki nötron yıldızının birleşmesinin sonrasını ayrıntılı bir şekilde gözlemlemesini sağladı.