Kütle Çekim Dalgaları ve LIGO ile gelen 2017 Nobel Fizik Ödülü

2017 Nobel Fizik Ödülü, hakettiği gibi, Kütle Çekim Dalgalarını ilk defa ispatlayan LIGO deneyine verildi. Aslında 2016 Nobel Fizik ödülünün bu deneye verilmesi beklenirken bu yıla kalmış oldu. Peki, nedir bu LIGO Deneyi ve başardıkları?

Laser Interferometer Gravitational Observatory(LIGO) – Lazer Girişimölçer Kütle Çekim Dalga Gözlemevi. Yani bir bakıma kütle çekim teleskobu denebilir. Einstein’ın 1915 yılında yayınladığı Genel Görelilik Kuramı(GGK) kuşkusuz bilim tarihinin en köklü buluşlarından biridir. Bu kuramın doğruluğu defalarca doğrudan ve dolaylı yollardan kanıtlanmış oldu. İşte LIGO bunlara bir yenisini daha ekledi. GGK’den hareketle, yine Einstein’ın “olması gerek ama tespit etmesi çok zor” diye öngördüğü kütle çekim dalgalarının varlığı LIGO deneyinin temel araştırma konusuydu. Genel Görelilik Kuramı’na göre çok yüksek kütleli cisimler, kimi özel durumlarda enerjilerini kütle çekim dalgaları ile de yayabilmeliydiler. Bu öngörü tamamen matematiksel bir tespit olarak yapıldı. Bu öngörü yapıldığından LIGO’ya kadar da doğrulanmayı bekledi. Kütle Çekim Dalgalarının(KÇD) varlığı bu deneye kadar tartışma konusu idi. Ancak 2017 Nobel Fizik Ödülü bu tartışmayı artık sonlandırmış oldu. Peki gerçekten haketti mi? Bakalım.

Öncelikle LIGO çok ama çok hassas ölçüm yapabilen bir deney düzeneği. O kadar ki bir proton çapının(10^-14m) on binde biri kadar hassas.

ZOOM.gif

Girişimölçer denilen bir metoda dayanan düzenek dünyanın en pürüzsüz aynalarına sahip. Bu aynalar saç teli kalınlığında silikon iplerle tutturuluyor. Dünyanın en iyi lazerleri kullanılıyor ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndan sonra dünyanın en büyük/güçlü vakumuna sahip. Düzenek L şeklinde ve her bir kolu 4 km uzunluğunda. Lazerlerden çıkan fotonlar aynalardan yansıyarak tekrar geri dönüyor. Normalde lazerden aynı anda çıkan dalgaların aynı yolu aynı sürede katetmelerini bekleriz. İki kolda hareket eden dalgalar senkron yani. Ancak eğer uzay dalgalanırsa varolan senkronizasyon bozulacaktır. LIGO temelde bu prensibe dayanıyor.

source.gif

Bu hareketli görselde dalgaların girişim özelliğine dayanan sistem gayet iyi anlatılıyor. Ancak burada kocaman gösterilen dalgaların aslında bir protonun on binde biri kadar küçük olduğunu unutmayın. Dolayısıyla girişimi saptamak bu kadar kolay olmuyor. Ölçüm hassasiyetinin bu kadar fazla olması bize deneyin aynı zamanda ne kadar zor olduğuna dair ipucu veriyor. Tahmin edeceğiniz gibi bu kadar hassas olmasının gerekliliği ise kütle çekim dalgalarının tespitinin aynı oranda zor olması. Öyle bir hassasiyetten söz ediyoruz ki, deneyin bulunduğu yerin 1 km yakınından geçen bir otomobilin yaydığı titreşim bile etkiliyor. Dolayısıyla bu kadar çok etkiye açık bir düzeneği izole hale getirmekte o kadar zor oluyor. Einstein’ın kasettiği tam da böyle bir şeydi.

Bu zorluğa rağmen deney gurubu bu ölçümü gerçekleştirmeyi başarmış oldu. Sırf bu bile ödülü hak ediyor. Ancak deneyi bu kadar önemli kılan ve etki uyandırmasının esas sebebi teknik başarıdan daha çok ispat ettiği fizik olmuş oldu. LIGO, Kütle Çekim Dalgalarının varlığını kanıtlamakla birlikte kara deliklerin varlığını da kanıtladı. Bunu anlamamız için öncelikle kara deliklerle kütle çekim dalgalarının arasındaki ilişkiye bakalım.

Örneğin biri 36 diğeri 29 güneş kütleli(GK) iki kara deliğimiz olsun. Bunların ne şekilde yan yana geldiklerini pek sorgulamadan birbirlerinin çekimlerine kapılarak ikili kara delik sistemi oluşturduklarını düşünün. Genel Görelilik diyor ki, böyle bir sistem varsa uzay-zaman dokusunu, yani uzayı muhakkak “dalgalandırırlar.” Hatta bu iki kara delik birleşirse ortaya muazzam bir enerji çıkar. O kadar fazla ki, o an evrendeki bütün yıldızların yaydığı ışımanın tam 50 katı kadar. Bu enerji KÇD olarak yayılır.

Two-Black-Holes-Merge-into-One.gif

Hatırlayın, kara deliklerden birinin kütlesi 36, diğerinin 29 güneş kütlesi kadar idi. Yeni oluşan kara deliğin 36+29=65 güneş kütlesi olmasını bekleriz. Ancak ölçümlerde 62 güneş kütlesi olarak ölçüyorsak anlarız ki 3 güneş kütlesi kadar enerji kayıptır. Nereye gittiğini ise KÇD ile bağdaştırırsak bu bizi oldukça tutarlı bir sonuca götürecektir. LIGO’da olan tam da bu idi.

Bundan tam 1.3 milyar yıl önce 36 ve 29 güneş kütlelik iki kara delik birleşerek ışık hızı ile yayılan çok güçlü bir KÇD oluşturdu. LIGO’nun 2015 yılında saptadığı bu birleşmenin yaydığı KÇD idi. Bir süre emin olamadılar ve ölçümün doğruluğunu defalarca sınadılar. Çünkü KÇD o kadar ufaktı ve uzay dalgalanması o kadar kısa sürüyordu ki gerçekten yakından geçen bir kamyonet buna sebep olmuş olabilirdi. Bu tür durumlarda sonuçları karşılaştırabilmek için aynı deney düzeneği Livingston ve Hanford olmak üzere iki ayrı yerde kuruldu. Her iki deney düzeneği de aralarında 7 milisaniye zaman farkı olmak üzere aynı frekansta bir pik kaydettiler.

1.gifAralarındaki 7 milisaniyelik zaman farkı, dalganın iki düzenek arasındaki katedeceği mesafenin süresine denk geliyor. Bu ise kara deliklerin birleşiminden yayılan KÇD’nin iki düzenek tarafından da saptandığını doğrulayan başka bir veri. 2015’te LIGO’da ilk pik gözlendikten sonra şu ana kadar üç ayrı gözlem daha yapıldı. LIGO gibi şu an inşası süren 5 düzenek daha yolda. Bunlar arasında uzayda görev yapacak olan LISA en fazla ilgi çekeni. Farkettiyseniz ciddi bir destek var bu çalışmalara. Bunun temel sebebi KÇD’lerin evrene dair kavrayışımıza bir yenilik getirmiş olması. Çünkü evrene dair edindiğimiz tüm bilgiyi elektromanyetik ışımlar sayesinde ediniyorduk. IŞIK HER ŞEYİMİZ(Dİ).

Bir yıldızın ışığı ile kütlesi, kimyasal bileşimi, yaşı gibi spesifik tüm bilgilerini edinebiliyoruz. Ancak kara delik gibi ışıma yapmayan cisimlerin davranışını anlamamız için ışığa alternatif olarak KÇD’ler yeni bir GÖZ oldu bize. Bu yüzden bu kadar önemli! Haddimize mi bilmiyorum ama ekibi gerçekten tebrik etmek gerek. Binlerce insanın emeği, çalışması var. Söylenebilecek daha çok fazla şey var. Ama dahasını makalelere bırakalım.

i.

ii.

iii. https://www.vox.com/science-and-health/2017/10/3/16408730/nobel-prize-2017-physics-graviational-waves-ligo-kip-thorne-rainer-weiss-barry-barish-virgo

Reklamlar

One response to “Kütle Çekim Dalgaları ve LIGO ile gelen 2017 Nobel Fizik Ödülü

  1. Geri bildirim: Kara delik “fotoğrafı” neden önemli?* |·

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s