Bilim insanları evrende ultra düşük frekanslara ulaştı

Dünyanın dört bir yanındaki gökbilimciler, uzun süre kuramı yapıldıktan sonra, evrenin gürül gürül arka plan uğultusu yaratan ultra düşük frekanslı kütleçekimsel dalgalarla dolup taştığına dair bulgulara ulaştıklarını duyurdu.

Albert Einstein’ın bir asırdan daha uzun süre önce tahmin ettiği uzay-zaman dokusundaki kütleçekimsel dalgaların evrene düşük frekanslarda nüfuz ederek kozmik arka plan uğultusu yarattığına dair bulgular açıklandı.

Bulgulara Kuzey Amerika, Avrupa, Çin, Hindistan ve Avustralya’da radyo teleskopları kullanan yüzlerce bilim insanının yıllarca süren çalışmasının sonucunda ulaşıldı.

Keşif, 2015-16’da araştırmacıların iki uzak kara deliğin ürettiği kütleçekimsel dalgaların varlığını ilk kez saptamalarından 7 yıl sonra geldi.

Kara delikler ve diğer büyük kütleli cisimlerin hareketi kütleçekimsel dalgalara neden oluyor. Tek bir şiddetli olayın sonucunda Dünya’ya doğru güçlü, kısa patlama dalgalanması gönderen yüksek frekanslı dalgalar, Lazer İnterferometre Kütleçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO) olarak adlandırılan araştırmanın bulgusuydu.

Ancak onlarca yıldır bilim insanları, arka plan gürültüsü gibi uzayda sürekli olarak çalkalanan düşük frekanslı yerçekimi dalgalarını arıyor.

Uluslararası Pulsar Zamanlama Dizisi konsorsiyumu çatısı altında güçlerini birleştiren çeşitli kıtalarda kütleçekimsel dalga dedektörlerinin başındaki bilim insanları, nihayet bu arka plan dalgalarına dair bulgular sundu.

ABD ve Kanada’dan 190’dan fazla bilim insanının işbirliğiyle oluşturulan Kuzey Amerika Nanohertz Yerçekimi Dalgaları Gözlemevi (NANOGrav) Fizik Sınırları Merkezi (PFC) tarafından elde edilen 15 yıllık veriler de bulgulara dahil. Konsorsiyumdaki her ülke veya grup, araştırmalarını çeşitli dergilerde ayrı ayrı yayımladı.

Karadelik çiftlerinden kaynaklanıyor

Yeni bulgular, uzayın, birleşmeden önce birlikte spiral çizen süper kütleli (bazısı Güneş’ten milyarlarca kat büyük) karadelik çiftlerinden kaynaklanıyor gibi görünen ve uzun süre salınan kütleçekimsel dalgalarla dolup taştığını gösteriyor.

Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi’nden Michael Keith, “Artık evrenin kütleçekimsel dalgalarla dolu olduğunu biliyoruz” dedi.

Araştırma üyesi ve Astrophysical Journal Letters dergisinde yayımlanan makalelerden birinin eşyazarı olan ABD’nin Oregon Eyalet Üniversitesi’nden astrofizikçi Jeff Hazboun, şu açıklamayı getirdi:

“Bu kütleçekimsel dalgalarının en gerçekçi açıklaması, kozmik çevremizdeki süper kütleli kara delik ikililerinin (birbirlerinin yörüngesinde dönen kara delikler) topluluğu. (Yaklaşık 13.8 milyar yıl önce evrenin başlangıcını belirlediği sanılan) Büyük Patlama civarıyla ilgili ilginç yeni fizik de diğer açıklamalar arasında.

Kütleçekimsel dalgalar, evrenimizdeki genellikle birbirlerinin etrafında yörüngede dönen astronomik olarak yoğun nesneler tarafından yaratılır. Kütleçekimsel dalgalar, aslında evrende seyahat ederken uzay-zamanın kendisini gerer ve sıkıştırır.”

“Büyük Patlama’ya dek gidebilir”

Diğer kuram, kütleçekimsel dalgaların, bilim insanları tarafından görülemeyen ve kozmik büyüme olarak tanımlanan Büyük Patlama’dan bir saniye sonra gelen hızlı genişlemeden kaynaklanmış olabileceği.

Keith, Dünya ile Büyük Patlama arasındaki galaksilerin muhtemelen bu tür dalgaları ‘boğduğunu’ söyledi.

Bilim insanlarına göre gelecekte düşük frekanslı kütleçekimsel dalgalar, bu ilk genişleme hakkında daha fazla şey ortaya çıkarabilir, karanlık maddenin gizemine ışık tutabilir, kara delikler ve galaksilerin nasıl oluşup geliştiğini daha iyi anlamaya yardımcı olabilir.

Einstein’ın 1916 tarihli kuramından beri aranıyor

1916’da Einstein, kütleçekimini uzay ve zamanın madde tarafından bozulması olarak tasvir ederek çığır açan genel görelilik teorisinin sonucu olarak kütleçekimsel dalgaların varlığını önermişti.

1970’lerden başlayarak varlıklarına dair yalnızca dolaylı kanıtlar bulunan kütleçekimsel dalgalar, 2016’da saptandı.

Çok hassas saat gibi işleyen pulsarlar sayesinde

Pulsar adı verilen cisimler -mutfak karıştırıcı hızında dönen patlamış yıldızların son derece yoğun haldeki ölü çekirdekleri- yeni araştırmada çok önemli rol oynadı. Pulsarlar, saniyede yüzlerce kez dönerek, kozmik deniz fenerleri gibi son derece düzenli aralıklarla yanıp sönen radyo dalgaları huzmeleri yayar.

Keith, bunun ‘çok, çok hassas bir saat’ olarak hareket ettikleri anlamına geldiğini söyledi. Fransız astrofizikçi Antoine Petiteau, ’20 yıldan uzun bir süre boyunca saniyenin milyonda birinden daha az değişiklik tespit ettiklerini’ belirtti. Bulguların toplanmasında en az 115 pulsardan yararlanıldı.

Hazboun, “Kütleçekimsel dalgaların geçişini, galaksimizdeki bir dizi pulsarın atımlarının varış zamanındaki değişiklikler olarak görüyoruz” diye izah etti.

‘Partide konuşan kalabalığın uğultusuna eşdeğer’

Araştırmacılar, evrenin kütleçekimsel dalga arka planını, ‘herhangi bir bireysel sesi ayırt edemeden, bir partide konuşan büyük bir insan grubunun uğultusunu duymaya eşdeğer’ olarak tanımladı.

Avustralya’nın Parkes Pulsar Zamanlama Dizisi’nin üyesi Daniel Reardon, dalgaları “Evrenin her yerindeki galaksilerin merkezinde birbirinin etrafında dönen tüm ikili süper kütleli kara delik sistemlerinin toplamı” diye tasvir etti.

Bugüne dek bilinenlere kıyasla ultra düşük frekanslı

Hazboun, “Kütleçekimi dalgası spektrumunun yeni bir bandında dalgaların uğultusuna dair sağlam kanıtlarımız var. Bu frekanslar, LIGO tarafından tespit edilenlerden 10-12 kat daha küçük ve dalga boyları ışık yılı uzunluğunda” dedi.

‘Gürültülü bir restoranda sesleri dinlemek gibi’

Keith, “Tüm bu kara deliklerin arka plan uğultusu, gürültülü bir restoranda oturup içerdeki tüm insanların konuşmasını duymak gibi” benzetmesini yaptı.

‘Uzaydaki koro’

ABD’nin Yale Üniversitesi’nde fizik doçenti, NANOGrav üyesi ve Astrophysical Journal Letters’daki makalenin eşyazarı Chiara Mingarelli, “Tüm bu süper kütleli kara delik çiftlerinin farklı frekanslarda çınladığı bir koro gibi” tasvirini yaptı.

Kütleçekimsel dalgalar, ışığa göre daha avantajlı

Astronomlar, kozmos hakkında daha fazla şey öğrenmek için uzun süredir ışığı incelemeye sırtlarını dayayageldi, ama evrenin pek çok yönünün içyüzünü anlama imkanı sunmadığından bu yaklaşımın sınırları var.

Oysa nötrino adı verilen hayaletimsi atom altı parçacıklar gibi kütleçekimsel dalgalar da evrenin daha sağlam bir şekilde incelenmesine imkan tanıyor.