Kütleçekim Dalgaları Saptandı - FIZIK

Kütleçekim dalgaları saptandı
Einstein son sınavı da geçti...
ABD’de bilimciler, fizik dünyasında büyük yankılar uyandıracak bir keşfi açıklayarak, Einstein’ın genel
görelilik kuramının öngördüğü kütleçekim dalgalarının ilk kez belirlendiğini ilan ettiler.
Günümüzden 1.3 milyar yıl önce iki karadeliğin birleşmesi sonucu uzaya yayılan dalgaların, ABD’de bu
dalgaları saptamak için yıllardır çalıştırılan iki dedektör tarafından kesin biçimde saptandığı belirtildi.
Biri Washington eyaletindeki Hanford kenti yakınlarında, öteki de Louisiana eyaletindeki Livingstone
kenti civarında kurulu iki dev tesisten oluşan dedektör Lazer Girişimölçerli Kütleçekim Dalgası
Gözlemevi (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – LIGO) adını taşıyor.
GW 150914 olayı adı verilen birleşmede, biri Güneş’ten 29 kat, öteki de 36 kat büyük olan
karadeliklerin birbirleri etrafında dolanarak birleşmeleri sonucu yayılan dalgaların, uzayı bir
nanometrenin (metrenin milyarda biri) milyar kere trilyonda biri (10-21) ölçeğinde, beş ay önce
Dünya’dan geçtiği sırada da gezegenimizi de bir nanometrenin 100.000’de biri (ya da bir atom
çekirdeğinin çapı kadar) genişletip sündürdüğü açıklandı.
İvmelenen elektrik yüklü bir parçacık elektromanyetik dalgalar yayarken, ivmelenen bir kütle de
kütleçekim dalgaları yayıyor. Elektromanyetik dalgalar uzay-zaman dokusu içinden geçip giderken,
kütleçekim dalgalarıysa uzay zamanı genleştirip sündürerek “dalgalandırıyor”.
Fizikçilere göre iki karadeliğin birleşmesi sonucu 62 Güneş kütlesinde, kendi çevresinde dönen tek bir
karadelik oluştu. Karadeliklerin orijinal kütlelerinden arta kalan üç Güneş kütlesi karşılığı enerji de
kütleçekim dalgaları olarak her yönde uzaya dağıldı.
Birbirleri etrafında giderek daralan
spiraller çizerek birleşmenin son
aşamasına yaklaşan iki karadelikten
birleşmeye saniyeler kala yayılmaya
başlayan güçlü kütleçekim dalgaları
hem frekansları, hem de genlikleri
yükselen bir “cırıltı”biçimini alıp,
birleşme anında tepe noktasına
erişiyor. Birleşmeyle ortaya çıkan
yeni karadelik önce bozuk bir şekil
alıyor; ancak, saniyenin çok küçük
kesirlerinde bir zil gibi çınlayarak yeni
kütleçekim dalgaları yayıyor. Sistem
hızla enerji kaybettiğinden çınlama
karakteristik bir sinyalle
sonlanıyor.Saniyeden daha küçük
zaman aralıklarında meydana gelen
bu süreçte ortaya çıkan kütleçekim dalgaları, yeni (birleşik) karadeliğin kütlesi ve dönüşü hakkında
bilgi sağlıyorlar.
GW 150914 olayında da iki karadeliğin birbirlerine 210 kilometre kala yaymaya başladıkları
kütleçekim dalgalarının, modeldeki bu seyri takip ettikleri belirlenmiş.
Kozmologların, dedektöre ulaşması beklenen kütleçekim dalgaları sinyallerinin frekanslarını temel
alarak duyulabilir ses dalgaları biçiminde hazırladıkları bir çınlama ve sonlanma modelini, şu linkte
dinleyebilirsiniz:
https://caltech.app.box.com/s/ta7y0m97lqemz99lj1oztvf3mr8758je/1/3517143543/29359315721/1
Kütleçekim dalgalarıyla gelen ek ikramiye
Kütleçekim dalgalarının ilk kez belirlenmesi, ünlü genel görelilik kuramını 100 yıl önce yayımlayan
Einstein’ın bir başka öngörüsünün de kanıtlanmasını sağladı.
Einstein’ın kuramına göre kütleçekim dalgalarının ışık hızında gitmesi ve kütleçekimini taşıyan (ancak
henüz dedektörlerde gözlenememiş) “graviton” adlı kuramsal parçacıkların da dolayısıyla kütlesiz
olması gerekiyor. Ancak, kütleçekim dalgaları şimdiye kadar gözlenememiş olduğundan, öngörü kesin
olarak doğrulanamamıştı.
Kütleçekim dalgası sinyalinin LIGO’nun
(daha doğrusu duyarlılığı ve menzilinin
artmasıyla aldığı yeni adıyla advanced
[geliştirilmiş] LIGO anlamına gelen
“aLIGO”nun) iki dedektörüne 0.007 saniye
(saniyenin binde yedisi) farkla ulaşması,
sinyalin ışık hızında yol aldığını gösterdi.
Böylece kütleçekim dalgasının, Einstein’ın
öngörüsüne uygun olarak ışık hızında yol
aldığı ve onu taşıyan “graviton” adlı
parçacığın da kütlesiz olduğu kanıtlanmış
oldu.
LIGO dedektörleri 2015 Eylül’ünde hizmete giren yenilenmiş
donanımlarıyla eskisinden 10 kat büyüklükte erim kazandılar.
Nasıl Saptandı?
Hanford ve Livingstone’da kurulu ikiz “aLIGO” tesislerinde lazer ışınları, birbirlerine dik açıyla L
şeklinde birleşen, herbiri 4 km uzunlukta iki tünel içinde gidip geliyorlar. Her bir tünelin iki ucunda da
“test kütlesi” adı verilen 40 kg ağırlığında, saf silisyumdan yapılı birer ayna asılı bulunuyor.
Tesislerde, 1064 nanometre dalga boyunda ve 200 W gücünde bir lazer demeti, bir demetbölücüye
gönderiliyor ve böylece lazer demetinin yarısı tünellerden birine girerken, öteki yarısı da
demetbölücüden yansıyarak öteki kola giriyor. Tüneller içinde ışık, demetbölücüye geri dönmeden
önce aynalar arasında 400 kez gidip geliyor ve böylece ışığın almış oldığı yol gerçekte yaklaşık 1600
km’ye çıkıyor.
Yansımalardan sonra kollardaki ışıklar demetbölücüye geri dönerek birleşiyorlar. Bu ışığın bir kısmı
demet bölücü tarafından bir ışık algılayıcısına gönderiliyor. Eğer ışık her iki kolda da tam olarak aynı
mesafeyi katetmişse, yeniden birleşen demetler “yıkıcı girişim” denen olgu sonucu birbirlerini
götürüyorlar ve algılayıcıda ışık görülmüyor.
Ama kütleçekim dalgası tünellerden birini
hafifçe uzatıp diğerini büzmüşse, iki demet
birbirini götüremiyor ve ışık algılayıcısında
bir girişim örüntüsü ortaya çıkıyor.
Bir kütleçekim dalgasının lazer ışınlarının
frekanslarını etkilemesi halinde, lazerlerin
kesişme noktalarında meydana gelen
girişimin bir protonun genişliğinin 10.000’de
biri kadar duyarlılıkta ölçümü sonucu
dalganın boyutları ve kaynağın özellikleri
belirlenebiliyor.
Nobel bekleniyor
Keşfi bir basın toplantısıyla duyuran bilimciler, 14 Eylül 2015 tarihinde LIGO’nun otomatik
sistemlerinin önce 35 Hz frekansla başlayan dalganın 0.25 saniye sonra 235 Hz’e ulaşarak sistemi
terkettiğini açıkladılar. ışık hızında yol alan dalganın iki gözlemevine 0.007 saniye farkla ulaştığını,
bunun da kütleçekim dalgaları için öngörülen ışık hızında yolalma parametresini karşıladığını
kaydettiler.
Keşfin, Nobel Fizik Ödülü’nü getireceğine kesin gözüyle bakılıyor.
Raşit Gürdilek
KAYNAKLAR:
“Gravitational waves, Einstein’s ripples in spacetime, spotted for first time”, ScienceOnline, 11 Şubat
2016
“LIGO detects first ever gravitational waves – from two merging black holes” PyysicsWorld, 11 Şubat
2016