Milyonlarca yıl önce evrenin uzak bir köşesinde biri yaklaşık 36 Güneş kütleli, diğeri yaklaşık 29 Güneş kütleli iki karadelik birleşerek yaklaşık 62 Güneş kütleli dev bir karadelik oluşturdu. Aradaki 3 Güneş kütlesi kadar kütle farkı enerjiye dönüştü ve kütleçekim dalgaları şeklinde uzay-zamanın dokusunu dalgalandırarak evrende yol almaya başladı. 14 Eylül 2015 günü bu dalgalar Dünya’ya ulaştı ve Lazer İnterferometresi Kütleçekim Dalgası Gözlemevi (LIGO) bunu tespit etti. Böylece insanlık tarihinde ilk kez kütleçekim dalgaları gözlemlendi ve astronomide yeni bir pencere açıldı.
Kütleçekim dalgalarının varlığını ilk kez öngören Einstein bile bu dalgaların tespit edilmesinin mümkün olmadığını düşünüyordu. Çünkü kütleçekim dalgalarının uzay-zaman dokusunda oluşturduğu dalgalanma çok küçüktür, öyle ki 14 Eylül 2015’te keşfedilen dalga LIGO’nun 4 kilometrelik kollarında sadece bir protonun binde biri kadar bir değişime sebep oldu. Peki LIGO bu kadar hassas bir ölçümü nasıl başardı?
Adından da anlaşılabileceği gibi LIGO özünde bir interferometre yani girişimölçer. İki dalga birbiri üzerine geldiğinde dalgaların tepe ve çukur noktaları üst üste gelirse bu iki dalga birbirini güçlendirerek daha yüksek genlikli bir dalga oluşturur. Eğer tepe ve çukur noktaları çakışmazsa, örneğin birinin tepe noktası diğerinin çukur noktası üzerine gelirse bu sefer de bu iki dalga birbirini sönümler yani yok eder. Bu olaya girişim denir. LIGO’nun çalışma prensibi şu şekildedir: Bir lazer kaynağından çıkan ışın özel bir ayna yardımı ile ikiye ayrılır ve ışınlar her biri 4 kilometre uzunluğundaki birbirine dik olarak inşa edilen iki kolda hareket eder. Ardından söz konusu iki ışın tekrar birleştirilerek bir dedektör üzerine düşürülür. Normal şartlarda iki farklı yönde ancak tamı tamına aynı mesafeyi kat eden bu ışık dalgalarının tam olarak örtüşmesi beklenir. Ancak uzay-zaman dokusunda bir dalgalanma olmuşsa yani nesnelerin uzunlukları çok küçük miktarda, bir protonun büyüklüğünden bile çok daha küçük ölçüde, bir değişime uğrayıp eski haline dönmüşse kütleçekim dalgasının geliş yönüne bağlı olarak LIGO’nun kollarının da birbirine göre olan uzunluğu değişir. Bu da dedektörde beklenenden farklı bir girişim deseni oluşmasına sebep olur. İşte bu farklı desenler sayesinde kütleçekim dalgaları tespit edilebilir.
LIGO çok hassas dedektörü sayesinde zamanında Einstein’ın tespitinin imkânsız olduğunu düşündüğü bu çok küçük değişimleri saptayabiliyor. Ancak bu denli hassasiyet bazı problemlere de yol açıyor. Yer kabuğu hareketleri gibi birçok küçük hareket de LIGO tarafından algılanabiliyor. Bunun önüne geçmek için bilim insanları aynı gözlemevini ABD’nin iki ayrı ucuna inşa etti. Tespit edilen her değişim diğer gözlemevi ile karşılaştırılıyor. Böylece değişimin kaynağının yer kabuğu mu yoksa uzay mı olduğu anlaşılabiliyor.
LIGO ve benzeri gözlemevleri, astronomide açılan yeni kütleçekim dalgaları penceresi için bir başlangıç. Dünya yüzeyinde birkaç kilometreden daha uzun vakum tüpler oluşturmak zor. Gelecekte LISA gibi projeler ile benzer bir sistemin yörüngeye yerleştirilmesi planlanıyor. Bu sayede milyonlarca kilometrelik ışınlarla girişim oluşturulabilecek. Bu da çok daha büyük dalga boyuna sahip dalgaların keşfedilmesine olanak sağlayacak.
Hazırlayan: Mustafa Demirer
İTÜ Astronomi Kulübü Üyesi
Kaynak:
- Abbott, Benjamin P.; et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) (2016). “Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger”. Phys. Rev. Lett. 116 (6): 061102. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102.