Kütleçekimi nedir? Kütleçekimi dalgaları neden önemli?

Kütleçekimi neden bu kadar önemli?  Kütleçekimi dalgalarının bu kadar büyük bir heyecan yaratmasının nedeni nedir?  Yerçekimsel dalgaların ne anlama geldiğini biliyor musunuz? Evrenin oluşumu ve tüm düzenin bir dengede durması neye göre belirlenmiş? Uzay boşluğunda cisimler nasıl düşmüyor? Uzayda denge nasıl olur? Yerçekimi nasıl oluştu? Kara delikler birleşir mi?Sorularının cevaplarını yazımızda bulabilirsiniz.

Kütleçekimi nedir? 

Astronomlar, evreni elekromanyetik spektrum boyunca, optik ve radyo frekanslar üzerinden gözler. Bu frekans aralıklarının herbirinin emisyonları farklı bilgiler sağladığından, ilgilendiğimiz gökcismini farklı bir açıdan gözlemiş oluruz.

Kütleçekimi dalgaları elektromanyetik spektrum üzerindeki her şeyden farklıdır. 1915 yılında Albert Einstein, genel görelilik kuramı ile kütleçekimine tümüyle farklı bir açıdan bakılmasının yolunu açtı.

Kütleçekimini, kütlesi olan nesneleri farklı yönlere iten veya çeken bir kuvvet olarak ele almak yerine, uzay-zamanda bir bükülme olarak tanımladı. Başka bir deyişle kütleçekimi, kütlesi olan bir nesnenin çevresindeki uzayın (ve zamanın) bükülü olduğu anlamına geliyor ve bu bükülme uzay boyunca gelip geçen nesnelerin nasıl hareket edeceğini belirliyor.

Einstein’ın kuramı ilk başta mantığa aykırı gibi görünmekle birlikte bu kuramın öngördüğü etkileri aslında şu anda gözleyebiliyoruz.

Kütleçekimi dalgaları, evrenin gözlenmesi için yepyeni bir yol oluşturuyor

Örneğin bu kuram, zamanın Dünya’da, yörüngedeki GPS uydularına göre daha yavaş ilerlediğini söyler. Bu yavaşlama ne kadar küçük olursa olsun bir fark yaratır. Buna, uzay-zamanın bükülmesinin sonucu olarak “zaman genleşmesi” denir. Eğer uydu haberleşmesindeki küçük zaman ayarlarını yapmazsak, gitmek istediğimiz yere gidemeyiz.

Genel görelilik kuramının bir diğer sonucu da şudur: Nesneler bükülü uzay zamanın içinde yol alırken, kütleçekimi dalgaları denilen dalgalanmaların oluşmasına neden olur.

Bu dalgalar uzay boyunca çoğalarak ilerler.

Kütleçekimi dalgalarını duyabildiğimiz gibi.  Şimdi bu dalgaların ne dediğini anlamak için ileri çalışmalar devam ediyor.

Kütleçekimi dalgalarının sesini duyabilmek için niçin 100 yıl beklemek zorunda kaldık?

Bir kere bu dalgalar çok ama çok küçüktür proton çekirdeği çapının binde biri kadar- dolayısıyla bunların tespit edebileceğimiz ölçeklerde oluşması için çok şiddetli olayların meydana gelmesi gerekir.

Bu süreçte uzayı bir yönde sıkıştırırken, diğer yönde çekip uzatır. Bu dalgalanmaların öngörülen frekansları insanların duyabileceği bir aralık içindedir.

Ayrıca çok hassas dedektörler olmazsa bunlar tespit edilemez.

Yerçekimsel dalgalar son yılların en önemli buluşlarından biri olarak görülüyor

Kütleçekimi dalgalarını yakalayan teknoloji bugüne dek tasarlanmış en hassas ölçüm sistemidir

Fizikçiler uzay-zamandaki en ufak bir sapmayı bile saptayabilmek için lazer interferometre denilen bir teknikten yararlanır. Bu teknikte yoğunlaştırılmış bir ışık demeti, bir dedektöre gönderilmeden önce iki ayna arasında gidip gelecek şekilde farklı yönlere yollanır. Bütün bu geliş gidişler sırasında birkütleçekimi dalgası geçerse, aynalar arasındaki mesafe çok küçük miktarlarda değişir ve bu değişiklik iki sinyaldeki farklılık olarak değerlendirilir.

Kütleçekimi dalgalarından gelen sinyallerin fevkalade zayıf olmasının yanı sıra, bir de bu siyalleri boğacak kadar çok miktarda ortam gürültüsünün olması sinyalleri yakalamayı iyice zorlaştırır.

Hepsinden öte lazerin izlediği yolun iyice uzun olması gerekir. Lazer interferometre Kütleçekimi Dalga Gözlemevi (Lazer Interferometer Gravitationa-Wave Observatory- LIGO) bu nedenle her iki yöne doğru 4 kilometre uzunlukta tasarlanmıştır.

Bir de dedektörlerin, yerdeki titreşimlerden etkilenmemesi için havada asılı olarak konumlanmış olması gerekir. Dahası, LIGO, yanıltıcı sinyallere kanmaması için iki ayrı detektöre sahiptir; biri Washington Eyaleti’ndeki Hanford’da, ikincisi ise Louisiana Eyaleti’ndeki Livingstone’dadır. Böylece sinyalin yerel bir kaynaktan çıkmamış olması garanti altına alınmış olur.

14 Eylül 2015 tarihinde iki dedektörden milisaniye aralıkla gözlenen kütleçekimi dalgaları bu şekilde her türlü yanılgı olasılığından arındırılmıştı.

Ünlü kuramsal fizikçi ve yazar Kip Thorne bu önemli keşfi şöyle tanımladı: “Uzay-zaman dokusunda şiddetli bir fırtına”. 1.3 milyar yıl önce çok hücreli yaşam Yeryüzü’nde doğmak üzereyken, birbirlerinin yörüngesinde dönen iki kara delik giderek yaklaşıyordu. Bu iki yoğun cisim yakınlaştıkça, ortak kütçekimi alanının etkisiyle ışığın yarı hızına yakın bir süratle hız kazandılar. Böylece kütleçekimi dalgalarının oluşumu için mükemmel bir ortam yaratmış oldular.

Bu keşfi süper bilgisayarlar ile yapılan simülasyonlarla karşılaştıran astronomlar, iki karadeliğin orijinallerinin Güneş’imizin kütlesinin 29 ile 36 katı olduğu sonucunu elde ettiler. Bunların birleşmesi sonucu oluşan kara delik ise Güneş’inkinin 62 katıydı.

Bu keşiften önce astronomlar iki kara deliğin birleşebildiğini kesin olarak bilmiyordu; şimdi ise bu özel olay büyük bir kesinlik kazanmış durumda.

Bugün devasa iki kara deliğin birleşerek daha büyük bir kara delik oluşturabildiğini artık biliyoruz

Einstein kütleçekimi dalgalarının varlığını 100 yıl önce öngörmekle birlikte, o dönemde bu kadar zayıf sinyallerin tespit edilebileceğine ihtimal verilmiyordu.

1992 yılında LIGO ABD’nin Ulusal Bilim Vakfı’nın o güne dek yaptığı en büyük yatırımdı. Kurum bu yatırımla çok büyük bir risk aldı; zira kütleçekimi dalgalarının varlığı yalnızca kuramsal bir temele dayanıyordu;
ayrıca sinyaller gerçekten var olsa bile, devasa bir sistem kurulmadığı takdirde tespit edilmesi imkansızdı.

Kaldı ki 2002 ile 2010 yılları arasında LIGO’nun çalışmalarından kayda değer bir sonuç alınamamıştı.

Ancak yenilenmiş ve iyileştirilmiş LIGO, son derece gelişmiş bir hassasiyete sahiptir; öyle ki yakaladığı sinyaller en ufak bir kuşkuya yer vermeyecek kadar kesindir.Yeni kulaklarımızla evrene kulak verdiğimiz  zaman,aklımıza bile gelmeyen yepyeni keşiflere kapı açmış oluruz.

Bu yeni keşfin en heyecan verici kısmı daha başlangıç olmasıdır. LIGO’nun sinyalleri bu kadar büyük bir kolaylıkla tespit etmesine bakarsak, yeni sinyallerin de alınacağını ve bunun için de çok fazla beklememize gerek kalmayacağını söyleyebiliriz.

Kaldı ki LIGO dedektörleri, henüz planlanan hassasiyette çalışmıyor ve tam kapasitede çalıştığında sinyalleri saptamak iyice kolaylaşacak. LIGO’nun başarısı, benzer projelerin de hızlandırılmasına yol açacak. Bunların başında LIGO Hindistan, KAGRA Japonya, VIRGO İtalya ve GEO600 Almanya geliyor.

Ayrıca birden fazla dedektörün işbirliği içinde çalışması durumunda, orijinal kütleçekim dalga sinyallerinin alınması mümkün olabilir. 2011 yılında NASA’nın desteklemekle Avrupa Uzay Ajansı’nın üstlendiği LISA projesi, kütleçekimsel dalga dedektörlerini uzaya gönderecek. Böylece sinyalleri daha uzun süreler içinde (milisaniye değil, dadika, hatta saat) duymak mümkün olacak. Bu olasılık LIGO ile söz konusu değil.

Kütleçekimi dalgalarının, Eylül 2015’te tespit edilen sistem gibi, birbirinin yörüngesinde dönen kara deliklerden kaynaklandığı öngörülüyor. Fakat bunlar aynı zamanda nötron yıldızları gibi diğer kompakt cisimli ikili sistemlerden de kaynaklanabilir.

Yerçekimsel dalgalar için daha geniş bilgi aşağıdaki linklerden okumaya devam edebilirisiniz.

Kütleçekimine bir de bu açıdan bakalım! 

Kütleçekimi ne anlama geliyor? Diğer kuvvetler söz konusu olduğunda işin içine parçaçıklar girer. Örneğin elektromanyetizma fotonların el değiştirmesidir. Zayıfnükleer kuvvet W ve Z bozonları tarafından taşınır. Ve gluon’lar güçlü nükleer kuvveti taşır ve atomik çekirdekleri bir arada tutar.

Loyalo Üniversitesi’nden fizikçi Robert McNees’e göre diğer kuvvetlerin hepsine bir değer biçilebilir. Başka bir deyişle bunlar tek tek parçacıklar olarak ifade edilebilir ve kesintili değerlere sahip olabilir. Ancak kütle- çekimi böyle bir şey değildir. Fizik kuramlarının pek çoğu kütleçekiminin graviton adı verilen, varsayıma dayalı kütlesiz parçaçıklar tarafından taşındığını söyler. Sorun, bugüne dek kimsenin gravitonları bulamamış olmasıdır.

Ve herhangi bir parçaçık dedektörünün de bunları görebileceğinden kimse emin değil. Çünkü eğer gravitonlar madde ile etkileşime geçiyor olsa bile bu çok nadirdir.

O kadar nadirdir ki arka plan gürültüsünde görünmez olurlar. Hatta gravitonların kütlesiz olmaları bile kuşkuludur; kaldı ki kütleleri olmuş olsaydı çok ama çok küçük olurdu.

Hatta nötrinolardan bile küçük olurdu. Nötrinoların bilinen en hafif parçacıklar olduğunu hatırlatalım. Sicim kuramı gravitonların (ve diğer parçacıkların) enerjinin kapalı bir halkası olduğunu öne sürer. Fakat matematiksel çalışmalar bu öngörüyü bugüne dek kanıtlamış değil.

Gravitonlar henüz gözlemlenmemiş olduğu için kütleçekimi diğer kuvvetlerin anlaşılmasında yararlanılan yöntemlere direnç gösteriyor. Theodor Kaluza ve Oskar Klein gibi bazı fizikçiler kütleçe kiminin ekstra bir boyutta parçaçık olarak işlev gördüğünü iddia ediyordu. Bu ekstra boyut uzayın üç (uzunluk, genişlik ve yükseklik) ve zamanın (süre) bir boyutunun ötesindedir. Ancak bu öngörünün doğruluğu henüz tartışılmakta.

Ayrıca Bakınız

• Milyonlarca yıl uzaklıktan gelen haberci Yerçekimsel dalgalar nedir?
• Güneş sistemindeki gezegenleri ne kadar tanıyorsunuz?