Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

1915 yılında Einstein’ın yayınlamış olduğu “Genel GörelilikTeorisi”nde ivmeli hareketlilerin de zamanı algılama konusunda göreceli fikirlerde olduğunu gösterdi. Kısacası bu fikir ile kütle-çekimine sahip olan nesneler uzay-zaman eğrisini bükebiliyordu.

Bu fenomenin ispatı 29 Mayıs 1919 tarihindeki güneş tutulmasında gerçekleşti. 410 saniye süren bu tutulmanın 400 saniyesi bulutlar sebebiyle gözlemlenemiyordu. Neyse ki Arthur Eddington (Cambridge Üniversitesi) geri kalan 10 saniyede bu ispatı elde etmesini sağlayan görüntüleri kayıt altına alabilmişti. Bu görüntüde güneşin gelme açısı 1.61 saniye açı ile değişmişti ve bu Einstein’ın Genel Görelilik tezini doğrulayan ilk kanıt oldu.

Diğer bir kanıt ise Einstein halkasıdır (Einstein Ring veya Einstein-Chwolson Ring). Bu fenomende ise (genel göreliliğe dayanarak) kütle-çekim ışığın sapmasına sebep olmaktadır. Mesela bir galaksinin (G1) arkasında büyük bir galaksi (G2) olsun. Bizim bakış açımıza göre bu galaksi (G2) o galaksiyi (G1) kaplar şekilde bir halka çizer. Bu hesaplama da aşağıda belirtilen formül ile yapılır. Bu şekilde çapı hesaplayabiliyoruz.

G= Kütle-çekim sabiti, M= Merceğin kütlesi (yazıdaki galaksileri ele alırsak G1), c= ışık hızı, dL=Açısal çapın lenslere mesafesi, dS=Açısal çapın kaynağa mesafesi, dLS=Lensler (G1) ve kaynak (G2) arasındaki açısal çapın mesafesi.
G= Kütle-çekim sabiti, M= Merceğin kütlesi (yazıdaki galaksileri ele alırsak G1), c= ışık hızı, dL=Açısal çapın lenslere mesafesi, dS=Açısal çapın kaynağa mesafesi, dLS=Lensler (G1) ve kaynak (G2) arasındaki açısal çapın mesafesi.

Evren: Görebildiklerimizden Çok Daha Fazlası!

Evren aslında sadece gördüklerimizden, duyduklarımızdan ibaret değil. Çünkü ışığın belli bir dalga boyunu görebilirken, kızılötesi, x-ray ışınlarını göremiyoruz. Duyabildiğimiz ses frekansı aralığı da malum. Aslında biz gökyüzüne baktığımızda orada olup bitenlerin, güneşten gelen radyasyonun, çeşitli galaksilerden gelen ışınların atmosferimize çarpıp yok olmasının hiçbirini göremiyoruz. Yani biyolojimiz oldukça sınırlı gözlemleme açısından.

Şu anda bu yazıyı okurken içinizden geçip giden Wi-Fi ışınlarını, radyo dalgalarını görebiliyor, koklayabiliyor ya da hissedebiliyor musunuz?

Hayır.

İşte tam da bu yüzden insanoğlu teknolojiyle birlikte yıllardır gördüğümüzü sandığımız evreni gözlemlemenin çeşitli yollarını geliştirdiler. Çünkü aslında bizim görmediğimiz o kadar çok şey dönüyor ki etrafımızda! İşte LIGO adı verilen bu detektör de, bizim bırakın görmeyi, varlığını çeşitli denklemlerle fark etsek de, kesin olarak anca kanıtladığımız bu kütleçekimi dalgalarını gözlemliyor.

Kütleçekim Dalgası Nedir?

En basit anlatımıyla kütleçekim dalgaları, uzayda hareket eden ya da birleşen devasa objelerin uzay-zaman kumaşında yarattığı dalgalanmalardan başka bir şey değildir.

Örneğin meşhur LIGO deneyinde gözlenen, iki devasa karadeliğin birleşmesi sonucu, halihazırda Dünya’nın 332.000 katı kütleye sahip Güneş’in 3 katı büyüklükte bir kütleyi kaybetmelerine neden oldu.

İşte bu büyüklükteki bir enerji, uzay-zaman dokusunda bir dalgalanmaya neden oldu. Bu dalgalanmaya kütleçekim dalgası diyoruz.

Kütleçekim dalgaları ne kadar hızlı hareket ediyorlar?

Her ne kadar daha ileri ölçümler gerekse bile, şimdilik iki dedektör’ün bu enerji dalgasını algılamaları arasındaki zaman farkı (7 milisaniye), bu dalgaların ışık hızında hareket ettiklerini gösteriyor. Bu da, söz konusu dalgaların kütlesinin olmadığını gösteriyor. Çünkü kütlesi olan bir ‘şey’ ışık hızında hareket edemez. Işık hızında hareket etmesi için enerji haline geçmiş olması gerekmektedir.

Dolayısıyla 1.3 milyar ışık yılı uzaktaki bir birleşmenin etkileri de Dünya'ya tam 1.3 milyar yıl sonra ulaştı. Spesifik olarak, 14 Eylül 2015'te...

LIGO’nun gözlemlediği bu dalgaların kaynağı neydi? 

Biri Güneş’in kütlesinin 36 katı, diğeri 29 katı olan ve 1.3 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan iki karadeliğin birleşmesi, detektörler tarafından tespit edilebilen bir sinyal yarattı.

İki karadeliğin çarpışmanın sonlarına doğru birbirlerine çok hızlı bir biçimde yaklaşırlar ve dalga yayarken enerji kaybederler. Bu iki karadelik daha sonra yaklaşık olarak ışık hızının yarısı kadar bir hız ile çarpışıp yeni bir karadelik oluşturur. LIGO’nun dedektörlerine gelen girişim modeli de bu 3 Güneş kütleli enerjinin kaybolmuş kısmıydı. Bu girişimi iki LIGO laboratuvarı da (Livingston, Louisana ve Hanford, Washington) görüntüledi ve aynı sonuca ulaşıp birbirlerini doğruladılar.

Dalgalar sonsuza kadar hareket mi edecek ?

Aynı ışık gibi, bildiğimiz kadarıyla evet. Kütleçekim dalgaları da sonsuza kadar hareket ediyorlar. Yani bu birleşmenin uzay-zaman’da yarattığı dalgalanma, muhtemelen sonsuza (ya da Evren'in bir sınırı varsa oraya kadar) yayılmaya devam edecek.

Ancak merkezden uzaklaştıkça, bu dalgaların hızı ve gücü azalıyor. Dolayısıyla bir noktadan sonra tespit etmesi mümkün olmayan düzeylere inebilir.

LIGO Gözlemi Neyin İspatıydı?

Eylül 2015'te yapıldıktan sonra 11 Şubat 2016'da ilan edilen LIGO gözlemi, bilim camiasında epey bir heyecan uyandırdı. Peki bu neyi ispatlıyordu?

1916 yılında Albert Einstein, kütle-çekiminin uzay-zamanda dalgalar şeklinde yayıldığını ve bu dalgaların ışık hızında ilerlediğini iddia etti. Bu dalgalanmalar evrendeki uzay-zamanı şekillendirdiğinden dolayı dalgaların etki alanındaki bölgelerde (uzay-zamanda) zamanın akışında değişim meydana geldiğini iddia ediyordu. Bu değişim de farklı açıdaki uzunluklarda birbirlerine göre değişim meydana getirmeliydi.

LIGO tam da bunu prensip alarak kütleçekimsel dalgaları keşfetti. Aslında kütleçekimsel dalgaların varlığı daha önceden biliniyordu; ancak doğrudan bir ispat LIGO verilerine kadar yapılamamıştı Kütleçekimsel dalgalar ilk kez 1970-80 yıllarında Joseph Taylor ve ekibi tarafından keşfedilmişti. Taylor ve Hulse bir nötron yıldızı etrafında dönen bir pulsar keşfetti. Daha sonra Taylor ve Weisberg pulsarın yörüngesinin yavaş bir şekilde küçüldüğünü fark etti. Pulsarın yörüngesinin küçülmesinin keşfi kütleçekimsel dalgaları hesaplanabilir kıldığından 1993’te Taylor ve Hulse Nobel Fizik Ödülü’nü aldı. 

LIGO’da bu keşfi birbirine dik iki silindirin uzunluklarını ölçerek yaptılar. Bu uzunluklar o derece birbirlerine eşitti ki (4 km) protonun çapının 10,000 de 1’i hata payını bile kabul etmiyordu. Ayrıca LIGO, bilgisayar teknolojisi açısından da gelişmiş bir kurum. Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü (Caltech), bu laboratuvardan gelen verilerin 4.5 Petabyte'lık (4500 Terabyte) kısmını depolamış durumda. Her yıl yaklaşık 0.8 Petabyte yeni veriyi LIGO için depolamayı sürdürmektedir. Saniye başına 1 Byte sayacak olursak, 1 Petabyte a ulaşabilmemiz için 35.7 yıl beklememiz gerekirdi! Bu örnek, Petabyte’ın ne derece büyük bir boyut olduğunu göstermiş olacaktır - ki protonun çapının 10,000 de 1’i kadar aynı ölçeğe sahip uzunlukları ölçebilen bir kurum, hem de Petabyte’larca veriyi kucaklayıp ayıklayabilen bir kurum LIGO. Bu laboratuvarlar tamamiyle bir mühendislik ve temel bilim harikasıdır. 

İnterferometre Nedir ve Nasıl Çalışır?

Bu mühendislik harikası nasıl çalışıyor ona bir göz atalım isterseniz.

Bir önceki paragrafta "silindirler" diye anlattığımız şeyler aslında interferometredir. Bu interferometre 1887’de Michelson ve Morley’in yaptığı deneyin benzeridir. Michelson ve Morley bu aleti kullanarak Esir’in (Ether veya Aether) varlığını kanıtlamaya çalıştılar; ancak başarısız oldular. Bu da, bu teorinin terk edilmesine sebep oldu. Bu sebeple fizik tarihinin en önemli deneylerinden biriydi bu. Bu iki fizikçi aslında bu taslak ile farkında olmadan kütleçekimsel dalgaların resmi olan keşfine 125 yıl önce katkıda bulunmuş oldu.

Michelson ve Morley’in deney düzeneği
Michelson ve Morley’in deney düzeneği
LIGO’nun kullandığı prensipte ekstra iki ayna kullanılmaktadır. Bu da ışığın daha uzun bir yol almasını sağlamakta ve bu sebeple Michelson modeline göre daha hassas ölçümler yapabilmektedir.
LIGO’nun kullandığı prensipte ekstra iki ayna kullanılmaktadır. Bu da ışığın daha uzun bir yol almasını sağlamakta ve bu sebeple Michelson modeline göre daha hassas ölçümler yapabilmektedir.

Bu düzenekte lazer demet ayrıştırıcısı (lazeri 90 derece yansıtabilecek ve aynı zamanda karşı tarafa da bölüştüren bir düzenek) tarafından iki farklı yöne ışınlar oluşturmakta. Her bir koldan geçen ışın aynalardan geri dönerek beam splitter tarafından birleştirilmekte ve fotodedöktöre gelmekte. Fotodedektör de bu birleşimin parlaklığını ölçmekte. 

Eğer bu birleşimden hiç ışık çıkmıyorsa veya iki kat parlaklıkta ışık çıkıyorsa, ışığın dalga özelliğinden ötürü sönümlenme (destructive) veya katarlanma (constructive) gerçekleşmiştir ki bu da iki kolun aynı uzunlukta olduğunu gösterir. İki tüp birbirine eşit olmadığı durumda ise kollardan giden ışınlardan biri diğerine göre demet ayrıştırıcısında daha geç birleşmiş olur. Bu da girişim modelinde daha farklı bir sonuç oluşturur. Eğer parlaklık hiç yok ile iki kat parlaklık arasındaysa bu kütle çekimsel dalgaları göstermiş olur. LIGO’da tüplerden birinin diğerine göre uzay-zamandaki uzunluğu 10-18 metre değişmişti bu da girişim modelinde anlaşılmıştı

Girişim modelinin sesini aşağıdaki videodan dinleyebilirsiniz:

Kütleçekim Dalgaları Ne İşimize Yarayacak?

Aynı radyo dalgaları gibi, kütleçekimi dalgaları da aslında bilginin bir formu. Yani bu bilgi formlarını, evrenin gözlemlememizin mümkün olmadığı uzaklıklarında milyonlarca yıl önce olmuş olan, olaylar hakkında bilgi sahibi olmak için kullanabiliriz.

Örneğin bu iki karadeliği göz önüne alalım. İkisinin çapı da 150 kilometreden küçük! Şimdi kütlelerini göz önünde bulundurarak yoğunluklarını tekrar hayal etmeye çalışın! Ve iki karadelik de bizden 1.3 milyar ışık yılı uzakta. Işık dalgalarını kullanarak bu iki cismi görmeyi bi kenara bırakalım, bize bu uzaklıkta olan milyonlarca kilometre çapındaki koca bir galaksiyi bile görmemiz zor. Ama yerçekimi dalgaları işe bize bu hayal edilemez uzaklıkta olan olaylar hakkında bilgi veriyorlar.

En ilginci ise, bu tarz karadelik birleşmelerinden daha fazlasını gözlemlememiz, bize evrenin tarihi hakkında, muhtemelen Big Bang’in gerçekleştiği o ana en yakın zamanlar hakkında dahi bilgi verecek. BBC’ye konuşan Stephen Hawking; bu yöntem sayesinde Big Bang sırasında, evrenin çok çok önceki zamanlarında oluşan enerjilerin kalıntılarını dahi gözlemleme şansımız olduğunu belirtti.

Kaynaklar ve İleri Okuma
  • D. Castelvecchi, et al. Einstein's Gravitational Waves Found At Last. (2016, Şubat 11). Alındığı Tarih: 20 Şubat 2019. Alındığı Yer: Nature
  • C. Moskowitz. Gravitational Waves Discovered From Colliding Black Holes. (2016, Şubat 11). Alındığı Tarih: 20 Şubat 2019. Alındığı Yer: Scientific American
  • Caltech. Ligo's Interferometer. (2019, Şubat 20). Alındığı Tarih: 20 Şubat 2019. Alındığı Yer: LIGO
  • Caltech. What Is An Interferometer?. (2019, Şubat 20). Alındığı Tarih: 20 Şubat 2019. Alındığı Yer: LIGO
  • Wikipedia. Gravitational Wave. (2019, Ocak 02). Alındığı Tarih: 20 Şubat 2019. Alındığı Yer: Wikipedia
  • Wikipedia. General Relativity. (2019, Şubat 18). Alındığı Tarih: 20 Şubat 2019. Alındığı Yer: Wikipedia
  • Hyper Physics. Einstein Ring. (2019, Şubat 20). Alındığı Tarih: 20 Şubat 2019. Alındığı Yer: Hyper Physics
  • N. Burgess. Benchmarks: May 29, 1919: Solar Eclipse . (2009, Haziran 01). Alındığı Tarih: 20 Şubat 2019. Alındığı Yer: Earth
  • Z. Kılıç. Kütleçekimsel Dalgalar Einstein’ın Öngörüsünden 100 Yıl Sonra Keşfedildi!. (2016, Şubat 11). Alındığı Tarih: 20 Şubat 2019. Alındığı Yer: Gökyüzü

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Öğrenmeye Devam Edin!
Evrim Ağacı %100 okur destekli bir bilim platformudur. Maddi destekte bulunarak Türkiye'de modern bilimin gelişmesine güç katmak ister misiniz?
Destek Ol
Gizle

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
Geri Bildirim Gönder