Fizikte Çığır Açan Keşif Nobel Ödülü Getirecek >> Evren’in doğum sancılarını gösteren kütleçekim dalgaları bulundu mu?

Harvard Üniversitesi araştırmacıları, Güney Kutbu’ndaki BICEP2 mikrodalga teleskopunu kullanarak yaptıkları gözlemlerde kütleçekim dalgalarını tespit ettiklerini duyurdu. 21. yüzyılın en önemli keşiflerinden birini yapan araştırma ekibinin Nobel Ödülü kazanması bekleniyor.1

Kütleçekim dalgaları Evren’in doğum sancılarını gösteriyor ve kozmoloji teorileri için büyük önem taşıyor. Kütleçekim dalgaları, Büyük Patlama’dan sonra uzayın kısa sürede ışıktan çok hızlı bir şekilde nasıl genişlediğini açıklayan Şişme Modeli için ilk doğrudan kanıtı sağlıyor.

Şişme Modeli, Evren’deki madde ve enerjinin bugün uzaya neden eşit ölçüde dağıldığını gösteren en geçerli teori olarak kabul ediliyor. Bugün Evren’e baktığımız zaman her yerde yıldızlar ve galaksiler görüyoruz. Oysa kuantum fiziğine göre böyle olmaması gerekirdi.

Kuantum fiziğine göre, madde ve enerji Evren’in belirli bölgelerinde hamur gibi toplanmalıydı ve uzayda milyarlarca ışık yılı genişliğindeki bölgeler bomboş kalmalıydı. Şişme Modeli, Einstein’ın görelilik teorisiyle kuantum fiziğini birleştirerek, Evren’in bugün neden tekbiçimli bir görünüm sergilediğini açıklıyor. [Güncelleme: fizikçiler maalesef söylediklerini geri aldılar, kanıtlar sinyal parazi çıktı]

 

 

Kozmik Enflasyon

Enflasyon sadece ekonomide görülen bir kavram değil. İçinde bulunduğumuz Evren de yaklaşık 13 milyar yıl önce kozmik enflasyon yaşamıştı. Evren Büyük Patlama anından sonra kısa bir süre için ışıktan binlerce kat hızlı genişledi.

Peki, bilim adamları bu fikre nasıl vardılar? Zamanı geriye sararak Evren’in doğum anına, Büyük Patlama’ya yolculuk edelim ve her şeyin başlangıcına kısaca göz atalım.

 

 

Bugün yaklaşık 93 milyar ışık yılı çapında olan Evren doğum anında, yani Büyük Patlama’nın ilk saniyesinin ufak bir kesrinde, bir atomdan çok daha küçük bir enerji topuydu. Bu nedenle de bütün Evren kuantum yasalarının etkisi altındaydı.

Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi’nden kaynaklanan “rastlantısallık” nedeniyle kuantum yasaları, bütün evrende kuantum salınımları olarak adlandırılan enerji dalgalanmalarına yol açtı. Ardından Evren genişlemeye başladı ve zamanla bugünkü devasa boyutlara ulaştı. Böylece başlangıçtaki kuantum salınımları bütün evrene şekil verdi.

 

 

Kütleçekim dalğaları Evren'e son 13,8 milyar yıl içinde dalgalar halinde yayıldı.Kaotik evren

Oysa kuantum fiziğinin yol açtığı enerji dalgalanmaları tümüyle rastlantısaldır ve evrende maddeyle enerji de uzaya rastlantısal olarak dağılmalıydı. Bu nedenle gökyüzüne baktığımız zaman gece göğünde büyük siyah delikler görmemiz gerekiyordu.

İçinde tek bir yıldız bile parlamayan, hiç radyasyon yaymayan büyük, soğuk boşluklar görmeliydik ve maddeyle enerji rastlantısal olarak Evren’in sadece belirli yerlerinde toplanmış olmalıydı. Geri kalan uzay boşluğu “bomboş” kalmalıydı.

Ancak öyle olmadığını biliyoruz. Şehir ışıklarından kaçarak gözlerimizi geceye çevirdiğimizde her yerde yıldızlar görüyoruz. Şişme modeli işte bu uyumsuzluğu açıklamak için geliştirildi. Şişme Modeli’ne göre, Evren Büyük Patlama ile meydana geldikten sonraki 1 saniye içinde çok hızlı genişledi. Aslında 10 -36 ile 10 -32 saniye arasında ışıktan hızlı olarak balon gibi şişti.

 

 

Balon evren

Şişme olayı; Evren’in doğumu sırasında atomdan çok daha küçük olan kuantum enerji salınımlarını, yani enerji dalgalarını yüz gerdirir gibi gerdi ve bu izleri bütün uzaya yayarak dev lekeler halinde “sıvadı”. Bu da Evreni milyarlarca ışık yılı uzunluğundaki madde ve enerji ipliklerinden oluşan bir tür kozmik ağ ile doldurdu.

Sonuçta Evren’in kısa süre için ışıktan hızlı şişmesi, rastlantısal kuantum salınımlarını (madde ve enerjiyi) uzaya eşit biçimde benek benek dağıttı ve bugünkü tekbiçimli kainatı oluşturdu.

Aslında çok şanslıyız. Evren’deki bu dev lekeleri teleskoplarla her an görebiliyoruz. Bunlara galaksiler diyoruz ve evrenimizde yaklaşık 200 milyar galaksi var. Bugün gördüğümüz galaksiler, hatta galaksi boyundaki görünmez karanlık madde topakları boncuk gibi dizilerek bu kozmik ağın iplerini oluşturuyor.

 

 

Şişme Modeli işte bu süreci açıklıyor, Evren’in bugünkü halini nasıl aldığını anlatıyor ve bu yüzden Şişme Modeli’ni kanıtlamak çok önemli. Ancak, söz konusu modelin doğru olması için Evren’in sancılı ve sarsıntılı bir doğum yapmış olması gerekiyor.

Gerçekten de Evren bizi meydana getiren madde ile enerjiyi kütleçekim sancılarıyla doğurdu ve kütleçekim dalgaları milyarlarca yıl boyunca gizemini korudu. Ancak 2014 Mart ayında bu sır açığa çıktı ve Harvard Üniversitesi astronomları, Antarktika’daki BICEP2 mikrodalga teleskopuyla kütleçekim dalgalarını tespit ettiklerini duyurdular.

 

 

Varoluşun başlangıcı

Astronomlar teleskopla uzayın derinliklerine baktıkları zaman, Büyük Patlama’nın kalıntısını gösteren dev bir ışık çakması görmediler elbette. Uzaydaki yıldızların ışığını dalgalandıran güçlü bir enerji alanı da görmediler. Bunun yerine, bütün Evren’i kaplayan, ancak gözle görülemeyecek kadar zayıf olan elektromanyetik radyasyonda küçük bir çarpılma gördüler:

Teleskopun merceğine ulaşan ışınlar, Evren’i doğuran Büyük Patlama’nın kalıntısı olan Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işınımı’na aitti. Evren Büyük Patlama’dan sonra inanılmaz ölçüde sıcaktı; ama aradan geçen 13 milyar 798 milyon yıl içinde Evren soğudu ve patlamanın sıcaklığı boşlukta -270 santigrata düştü. İşte astronomlar bunu gösteren kozmik mikrodalga alanında küçük bir çarpılma tespit ettiler.

 

Kozmik ışınımı çarpıtan şey bizzat uzay boşluğunun dalgalanmasıydı ve milyarlarca yıl sonra Dünyamıza ulaşan bu dalgalanmayı, Evren’in doğumu sırasında yayılan kütleçekim dalgaları yaratmıştı. Bilim adamları Evren’in oluşumunu anlatan bu keşfe büyük önem veriyor. Hatta “durağan kütlenin” sebebi olarak gösterilen Higgs parçacığının 2012 yılında keşfedilmesinden çok daha önemli bir buluş olduğunu söylüyorlar.

 

 

Kütleçekim dalgaları nedir?

Dahi Einstein kütleçekim dalgalarını 1916 yılında öngörmüştü. Einstein, Genel Görelilik teorisinde kütleçekim dalgalarının uzay-zamanın dokusunda meydana gelen dalgalanmalar olduğunu ortaya koydu. Bilim adamları o zamandan beri kütleçekim dalgalarını gerçek hayatta görmek için çabalıyor.

Kütleçekim dalgaları Evren’in Büyük Patlama’dan sonra bir süre için gerçekten de ışıktan hızlı genişlediğini kanıtlıyor (bizzat uzay boşluğu balon gibi şiştiği için).

Kütleçekim dalgalarının uzaydaki etkisini test etmek üzere su dolu bir havuza taş atabilirsiniz. Havuzun yüzeyi hemen dalgalanmaya başlayacaktır. Şimdi bu havuzun yüzeyinin Evren olduğunu düşünün. Kütleçekim dalgaları uzay-zamanı böyle dalgalandırıyor.

 

 

Nobel ödülü kapıda

Neresinden bakarsak bakalım büyük bir keşif. Harvard Üniversitesi’nde araştırmalarını sürdüren gökbilimci Avi Loeb (bu keşfi yapan ekipten değil) kütleçekim dalgalarının önemini şöyle açıklıyor: “Bu teyit edilirse, Evren’in genişlemesinin hızlanmaya başladığını keşfetmemizden bu yana en büyük keşif olacak. Nobel’e layık.”

Bu yazıda sizinle ön sonuçları paylaşıyoruz. Ancak bilim adamlarının hata yapmamak için kütleçekim dalgası verilerini defalarca test edip onaylaması gerekiyor. Bunun için binlerce bilgisayarı dolduracak kadar veri inceleyecekler. Ardından resmi açıklama gelecek.

 

 

Şimdi kütleçekim dalgalarını keşfeden kahraman teleskopu daha yakından tanımaya ne dersiniz? Kahraman diyorum, çünkü bilim adamları kütleçekim dalgalarını yirmi yıldan önce bulmayı beklemiyorlardı: Örneğin Kütleçekim dalgalarını doğrudan gözlemlemesi beklenen LISA teleskopu 2034 yılında uzaya fırlatılacaktı.

Oysa Güney Kutbu’ndaki (Antarktika) küçük ve görünüşte basit bir teleskop, kütleçekim dalgalarını, sıcaklığın -90 dereceye düştüğü kış gecelerinde fedakar bilim adamlarının çabalarıyla keşfetti. Böylece “büyüklüğü değil, işlevi önemli” sözünün doğruluğunu bir kez daha göstermiş oldu.

 

 

Dünyanın en gelişmiş teleskoplarından biri

BICEP2 teleskopuna dışarıdan baktığımızda karın ortasında basit bir çanak anten görüyoruz. Teleskopun yanında bulunan sıradan kulübe ise biraz da nükleer savaş sonrasını anlatan filmlerdeki derme çatma binaları andırıyor; ama görünüşe aldanmamak lazım.

Galaksi Dışı Kozmik Polarizasyon Arka Plan Görüntüleme Sistemi’nin İngilizce kısaltması olan BICEP2, aslında dünyanın en gelişmiş teleskoplarından biri.

Hatta yeni kuşak yer teleskoplarının Güneş Sistemi’nin dışındaki ötedünyaları keşfetmekte uzay teleskopları kadar becerikli olduğunu ve onlarla sıkı rekabet ettiğini bile söyleyebiliriz. Bu noktada BICEP2 “Uzay teleskopu, yer teleskopuna karşı” rekabetini bambaşka bir boyuta taşıyor. Sıradan gezegenleri keşfetmek yerine, bizzat Evren’in doğum sancılarını ve kasılmalarını gösteren kütleçekim dalgalarını araştırıyor.

 

 

Mütevazı fizikçi

Antarktika’nın kuru havası rutubete bağlı atmosferik dalgalanmaları en aza indirdiği için, BICEP2 uzaydan gelen elektromanyetik radyasyonu hemen hemen hiç bulanıklık olmadan gözlemliyor.

Bulanıklığın son izlerini ise özel bilgisayar yazılımları gidererek, teleskopun kamerasının kristal netliğinde çekim yapmasını sağlıyor. Ancak astronomlar bununla yetinmedi ve elde ettikleri sonuçları konferansta açıklamadan önce kılı kırk yaran testler yaptılar.

Marc Kamionowski, BICEP2 sonuçları Cambridge Massachusetts Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi’nde açıklanmadan önce bu verilere göz atan az sayıdaki bilim adamından biri ve arkadaşları için “Bu insanlar çok dikkatli ve tutucudur” diyor: “Üç yıldır kanıt ellerindeydi, ama gördüklerini yorumlamak için önce alternatif açıklamaları değerlendirdiler. Bunları sistematik olarak ve tek tek elediler.”

 

 

Alan Guth çok yaşa

YouTube’da astronomi belgeseli seyrediyorsanız, Şişme Modeli’nin babası olan süper zeki ve biraz da utangaç fizikçi Alan Guth’u izlemiş olmalısınız. Videolarda, Guth’un Evren’in doğumunu gözleri parlayarak nasıl tutkuyla anlattığını görebilirsiniz.

Alan Guth, Şişme Modeli’ni 80’lerde geliştirdi ve kütleçekim dalgalarının keşfedilmesine en çok sevinenlerden biri o oldu. Ben de 35 yıl önce bu modeli yazdığı not defterinin ekran görüntüsünü sizler için bulup aşağıya ekledim. 🙂

Şimdi ışık polarizasyonu nedir ve bunun kütleçekim dalgalarıyla ne ilgisi var sorusuna geçelim. Sonuçta BICEP2 teleskopu, kütleçekim dalgalarını Evren’den gelen ışığın polarizasyonundaki çarpılmaya bakarak keşfetti ve bu keşif fizikte çığır açtı.

 

 

Fizikte yeni bir çağ başlıyor

Kütleçekim dalgalarıyla ilgili dolaylı kanıtların aynı zamanda Şişme Modeli için doğrudan bir kanıt oluşturması, felsefe ve mantıkla ilgilenen arkadaşların merakını uyandıracak bir gelişme. Ancak fizik bilimi açısından bakacak olursak, kütleçekim dalgalarının, Einstein’ın klasik fiziğe dayalı Genel Görelilik teorisi ile kuantum fiziğini birleştirdiğini söyleyebiliriz.

BICEP2 kütleçekim dalgalarını ışığın polarizasyonundaki çarpılma sayesinde tespit etti. Peki polarizasyon nedir? Işık elektromanyetik bir dalgadır ve polarizasyon da ışık dalgalarına ait elektrik alanının “dalgalanma” yönüdür (teknik adıyla osilasyon, yani salınım). Biz insanlar polarizasyonu çıplak gözle göremeyiz. Sadece ışığın parlaklığını ve rengini görebiliriz.

Ancak, yaz aylarında veya öğle vakti gözümüzü güneşten koruyan kaliteli güneş gözlükleri polarizasyon ilkesiyle çalışıyor. Gözlük camlarını kaplayan ince polaroid filmler, belirli bir polarizasyona sahip ışık dalgalarını kesiyor ve geri kalan ışığın gözümüze ulaşmasına izin veriyor. İşte bu yüzden polarize güneş gözlükleri yüzde 100’e yakın UVA ve UVB koruması sağlıyor (morötesi radyasyondan korunma).

 

 

Bunun Büyük Patlama ile ne ilgisi var?

Büyük Patlama’nın ışığı aradan geçen zamanda soldu ve gözle görülemeyecek kadar zayıf bir “mikrodalga ışınımına” dönüştü. Bilim adamları Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işınımı’nı 1964 yılında keşfetti ve yıllar sonra BICEP2 bu ışığın polarizasyonunu ölçtü.

Kütleçekim dalgaları, ışığın polarizasyonunda tıpkı havuza atılan taşın yaptığı gibi dalgalanmalar oluşturuyor. Bilim adamları bu dalgalanmalara bakarak, kütleçekim dalgalarının varlığını dolaylı yollardan tespit ettiler.

Bunun ne kadar zor ve aynı zamanda ne kadar dahice bir iş olduğunu anlamak için gezegenleri, yıldızları ve galaksileri bir arada tutan kütleçekim kuvvetinin diğer fizik kuvvetlerinin yanında nasıl zayıf kaldığını görmek lazım. Şansımıza bunu hemen anlayabiliriz. 🙂

 

Kolunuzu dambıl çalışır gibi yukarı kaldırın. Gördünüz mü? Elektromanyetik kuvvetle çalışan kaslarınız, 12 bin km çapındaki koca Dünya’nın kayalarını bir arada tutan kütleçekim kuvvetini yendi ve kolunuzu yukarı kaldırabildiniz.

Bu nedenle, kütleçekim dalgaları bugünkü teleskoplarla göremeyeceğimiz kadar zayıftır; ama bunlar aynı zamanda uzayı ve uzaydan gelen ışığı dalgalandırıyor. BICEP2 bu ışığa baktı ve dalgalanmayı ölçtü. Avrupa Uzay Ajansı ESA’nın Planck uzay teleskopu ise uzaydaki sıcaklık dalgalanmalarını inceliyor.

 

 

Planck uzay teleskopu BICEP2’ye karşı

Ağustos ayında, bilim adamları BICEP2 ile Planck verilerini karşılaştırarak kütleçekim dalgalarının varlığını teyit etmeye çalışacaklar. Planck’ın sağlayacağı veriler çok önemli. Çünkü BICEP2 sadece Güney Kutbu göğüne bakabiliyor.

Planck ise uzayda kendi çevresinde silindir gibi dönüyor ve bütün uzayın ışık haritasını çıkarıyor. Bu nedenle Planck teleskopu, kütleçekim dalgaları ve bunların yol açtığı polarizasyon çarpılmasıyla ilgili daha kapsamlı bilgiler elde edecek.

Örneğin, BICEP2’nin lokal olarak gördüğü, yani yalnızca Evren’deki belirli bir yerden, Dünyamızın yanından geçerken tespit ettiği bu dalgaların uzaya nasıl yayılmış olduğunu anlayacağız. Bu da kütleçekim dalgaları gerçekten varsa, bu dalgaların Evren’i nasıl etkilediğini göstermemizi sağlayacak.

 

 

 

Ne gibi veriler?

Evren’in doğum anındaki sıcaklığı ve enerjisi bugün termometreyle ölçemeyeceğimiz kadar yüksekti. Bu sıcaklık, Dünya’nın en büyük parçacık hızlandırıcısı olan CERN Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın (LHC) protonları neredeyse ışık hızında çarpıştırarak ürettiği enerjiden trilyon kat fazlaydı. Evren’in doğum sancıları derken bunu kast ediyoruz ve kütleçekim dalgaları bu muazzam enerjinin izlerini taşıyor.

University College London’dan Hiranya Peiris, kütleçekim dalgalarının sağladığı bilginin ne kadar önemli olduğunu şöyle açıklıyor: “Bu bütün evreni dev bir parçacık hızlandırma deneyine dönüştürmek gibi bir şey!” Gerçekten de Büyük Patlama anını ve ilk saniyeyi düşündüğümüzde, bütün Evren’in bir parçacık hızlandırıcısı gibi çalıştığını görüyoruz.

Peiris’ten devam edecek olursak, kütleçekim dalgalarının keşfi, kuantum fiziği ile genel göreliliği birleştirerek “her şeyin teorisini” geliştirmemizi de sağlayabilir. Sheffield Üniversitesi’nden Doç. Dr. Ed Daw diyor ki “Büyük Patlama anında yayılan kütleçekim dalgaları, bize Evren’in nasıl oluştuğunu gösterebilir.  Bu sonuçlar doğrulanırsa, Evren’in ilk zamanlarıyla ilgili önemli bilgiler edineceğiz ve bu bilgileri başka şekilde elde etmemiz imkansız.”

 

 

Balon şişirme deneyleri

Ed Daw haklı. Neden haklı olduğuna gelince: Doğum anından sonra balon gibi genişleyen Evren’de uzay boşluğunun nasıl çarpıldığını görmek için bakkaldan aldığımız bir balonu şişirebiliriz.

Ancak balonu ne kadar şişirirseniz şişirin, hava üflediğiniz ağız kısmının buruşuk olduğunu göreceksiniz. Evren’i doğuran Büyük Patlama’yı balonun ağzına benzetebiliriz. Kütleçekim dalgaları da balonun ağzındaki kat yerlerini ve buruşuklukları oluşturacaktır.

 

 

Elbette varoluşun başlangıcını incelemek için Büyük Patlama’yı laboratuar ortamında yaratamayız. Evren’i Büyük Patlama ile tekrar havaya uçurup teorilerimizi test edemeyeceğimize göre, kütleçekim dalgalarını dolaylı yollardan saptamak şimdilik bizim için yeterli olmalı.

Çünkü kütleçekim dalgaları ve Evren’in doğumuyla ilgili kesin veriler sağlayacak olan LISA teleskopunun kullanıma girmesine daha çok zaman var ve BICEP2’nin başarısı da burada yatıyor, BICEP2 aradaki açığı kapatıyor. Nasıl mı? Işık sinyallerindeki polarizasyona bakarak ve bu polarizasyona sadece kütleçekim dalgaların yol açtığını göstererek. Şimdi biraz da bundan söz edelim:

 

 

Kütleçekim dalgalarına işaret eden özel polarizasyona sahip ışık ışınları, yani Büyük Patlama’nın yarattığı ışık, milyarlarca yıl sonra Dünyamıza ulaşana kadar sayısız galaksi ile gaz ve toz bulutunun içinden geçti.

BICEP2 verilerini titizlikle analiz eden bilim adamları, önce uzaydaki döküntülerin ve enerji alanlarının yarattığı paraziti ışık sinyalinden temizlediler. Geriye küçük bir hata payı kaldı ve bu da Planck verileriyle karşılaştırılacak.

 

 

Verilerde şimdiden uyumsuzluk var

Planck uzay teleskopundan gelen ve Evren’deki karanlık enerji ile karanlık madde miktarını yeniden hesaplamamızı sağlayan veriler geçen yıl açıklandı. Bu da blogda Karanlık Maddenin Sırları başlıklı yeni bir yazı dizisine başlamama neden oldu, ama aslında durum çok daha kritik. Çünkü Planck’ın çalışma yöntemi ile BICEP2’nin çalışma yöntemi birbirinden farklı.

Planck, Evren’in sıcaklığını ölçüyor ve kütleçekim dalgalarını sıcaklıktaki küçük dalgalanmaları ölçerek arayacak. BICEP2 ise kütleçekim dalgalarını “kozmik mikrodalga arka plan ışınım polarizasyonunu” ölçerek arıyor.

Arka plan ışınımındaki polarizasyonun büyük kısmı Planck’ın gözlemlediği ve Evren’in sonraki dönemlerine ait olan madde ve enerji yoğunluğu değişikliklerinden kaynaklanıyor (E modu). Bu polarizasyonun sadece küçük bir kısmı, Evren’in şişmesine işaret eden kütleçekim dalgalarından kaynaklanıyor (B modu).

 

 

Işıkları açın!

Polarizasyonun kütleçekim dalgalarına karşılık gelen kısmı, Planck’ın görebildiğinden çok daha eski zamanları gösteriyor. Planck, Evren oluştuktan 380 bin yıl sonra uzaya yayılan ışığı görebiliyor fakat daha eski anları göremiyor. Çünkü Evren ilk 380 bin yıl boyunca, aşırı sıcak olmasına karşın son derece karanlık bir yerdi.

Deyim yerindeyse ışık sonradan yaratıldı ve Planck sadece bu ışığı görebiliyor. Bunun sebebine gelince: Evren ilk zamanlarda aşırı sıcak ve yoğundu, ağzına kadar madde ve enerjiyle doluydu. Bu da ışığı oluşturan fotonların uzaya kaçmasına ve Evren’i aydınlatmasına engel oluyordu. Fotonlar sürekli çevredeki parçacıklara çarpıp emiliyor ve tekrar yayınlanan fotonlar da başka parçacıklarla çarpışıyordu. Böylece fotonlar bir türlü uzaya dağılıp ışığı “yaratamıyordu”.

 

 

Özetleyecek olursak, Evren’de oluşan kütleçekim dalgaları, Planck’ın göremediği karanlık anları ve Evren’in ilk saniyesini gösteren izleri taşıyor. Yine de Evren’in sonraki dönemlerine ait Planck polarizasyon verilerinin de BICEP2 ile uyuşması gerekiyor.

Ağustos ayında açıklanacak Planck sonuçları BICEP2 ile uyuşursa, kütleçekim dalgalarının varlığını kanıtlamış olacağız. Tümüyle farklı yöntemler kullanan biri yerde, diğeri uzayda iki teleskopun aynı sonuca varması kütleçekim dalgalarının yanı sıra Şişme Modeli’ni de kanıtlayacak.

 

 

Kutuplaştıran bir konu

Kütleçekim dalgaları ışığın polarizasyonunu “döndürüyor” bu da BICEP2’nin uzaydan gelen ışığı gözlemleyerek, kütleçekim dalgalarını dolaylı yoldan saptamasına imkan veriyor.

Evren’deki gaz ve toz bulutları gibi ışığın içinden geçtiği cisimler veya enerji alanları da ışığın polarizasyonunu çarpıtabiliyor, fakat kütleçekim dalgaları ışığın polarizasyonunu özel bir şekilde büküyor.

Bu da kara delikler veya galaksilerin güçlü kütleçekim alanları sayesinde meydana getirdiği polarizasyon çarpılmasından farklılık gösteriyor (ışığın mercek etkisiyle bükülmesi). Kütleçekim dalgalarının bükme etkisi manyetik alan çizgilerindeki çarpılmalara benziyor. Bu yüzden de fizikçiler, kütleçekim dalgası kaynaklı polarizasyonu B modu olarak adlandırıyor.

 

 

B modu olmak ya da olmamak, işte bütün mesele!

Örneğin Planck, Evren’in kozmik arka plan sıcaklığına odaklanıyor ve daha çok ışıktaki E modu polarizasyonunu inceliyor. Aslında kara deliklerin kütleçekim alanı da E modu polarizasyonuna yol açabiliyor; ama B modu polarizasyonuna sadece kütleçekim dalgaları sebep oluyor. Planck ve BICEP2 teleskoplarına ait verileri karşılaştırmanın en büyük esprisi bu.

Ayrıca Planck verilerindeki E modu sinyalleri, kara delikler ve galaksilerin mercek etkisi veya uzaydaki gaz ve toz bulutlarının yol açtığı bükülme nedeniyle B modu sinyallerine dönüşebiliyor. Bu “sahte” B modu sinyallerini kütleçekim dalgalarına işaret eden gerçek B modu sinyallerinden ayırt etmek gerekiyor.

Özellikle diğer bazı yer teleskoplarının da şüpheli B modu sinyalleri aldığını düşünürsek, BICEP2’nin yakaladığı sinyallerin gerçekten kütleçekim dalgalarına ait olduğunu teyit etmek için bunları Planck datası ile karşılaştırmamız gerektiğini görebiliyoruz.

 

 

Çarpık Evren

Bilim adamları E modu ve B modu polarizasyonunu karşılaştıracak ve bunların birbirine oranını ölçecekler. Böylece hem kara delik ve galaksilerin mercek etkisinden kaynaklanan paraziti temizleyecekler, hem de geriye kalan kütleçekim kaynaklı B modu polarizasyonun Şişme Modeli öngörülerine uyup uymadığını test edecekler.

Fizikte buna tensör ve skaler alanların oranı diyoruz. Tensör çizgileri (Büyük Patlama anında kütleçekim dalgalarının yol açtığı polarizasyon çarpılma çizgileri) B moduna karşılık geliyor. Skaler alan ise E modu polarizasyon çarpılmasını gösteriyor.

 

 

Öyle ki Tensör-Skaler alanı 0 olursa, Evren’in doğuşundan kaynaklanan kütleçekim dalgaları yoktur ve Şişme Modeli yanlıştır.  Harvard araştırmacıları BICEP2 ile bu oranın 0 olmadığını gösterdi. Bunu Planck da onaylarsa Nobel ödülü geliyor:

Çünkü bu oran sıfırdan büyükse Şişme Modeli prensipte kanıtlanmış olacak. BICEP2 teleskopu B modu verilerini sağladı, Planck da Ağustos ayında E modu verilerini sağlayacak ve ikisinin birbirine oranını ölçebileceğiz. BICEP2 ilk kez bu oranı doğrudan ölçmüş bulunuyor ve şimdi konuşma sırası Planck’ta.

Ayrıca bir sorun daha var: BICEP2’nin polarizasyon verileri WMAP uydusu, Güney Kutbu Teleskopu ve Atacama Kozmoloji Teleskopu’nun dolaylı yollarla elde ettiği verilerinden oldukça farklı. Planck verileri bu uyuşmazlığı gidermekte de kullanılacak: Sahte B modu sinyallerini Planck verileriyle temizleyeceğiz ve diğer teleskopların B modu sinyallerini de Planck sayesinde rafine edeceğiz. Böylece BICEP2’nun B modu / E modu oranının doğru olup olmadığını test etmiş olacağız.

 

 

Şişme Modeli’nin rakipleri pusuda bekliyor

Yanlış anlaşılmasın. Bilim adamları kütleçekim dalgalarının varlığından şüphe etmiyor. Ancak BICEP2’nin gerçekten kütleçekim dalgalarını keşfettiğinden emin olmak zorundalar. Ve macera daha yeni başlıyor, çünkü ister inanın ister inanmayın kozmolojide onlarca farklı Şişme Modeli var.

Kütleçekim dalgaları Şişme Modeli’nin prensipte doğru olduğunu kanıtlayacak. Ancak, onlarca model arasında hangisinin doğru olduğunu kanıtlamak apayrı bir şey. Bunun için başka deneyler ve daha fazla gözlem yapmamız gerek.

 

 

 

Planck ve BICEP2 verileri bazı Şişme Modellerinin yanlış olduğunu gösterdi. Geriye kalanların hangisinin doğru olduğunu anlamaksa şimdilik zor. Bu konuda elimizdeki aletler bizi sınırlıyor. Planck ve BICEP2 teleskopları, bize hangi modelin doğru olduğunu gösterecek teknolojiye sahip değil.

Doğrusu Şişme Modeli’ne rakip Zar Kozmolojisi (brane cosmology) kuramını geliştiren bilim adamlarının Alan Guth’u panellerde nasıl eleştirdiğini gördükçe, Şişme Modeli’ni ispat eden veya çürüten kanıtların bir an önce ortaya çıkmasını istiyorum. Bu yüzden diyoruz ki Lazer Girişimölçer Uzay Anteni LISA 2034 yılında gecikmeden fırlatılsın ve kütleçekim dalgalarını doğrudan gözlemleyerek bizi bu dertten kurtarsın. 🙂

 

 

Amundsen-Scott Güney Kutbu İstasyonu’ndaki BICEP2 mikrodalga teleskopu

 

 

 

Profesör Clement Pryke Evren’in doğum sancılarını gösteren kütleçekim dalgalarının keşfini anlatıyor

 

 

 

1BICEP2 2014 Results Release: http://bicepkeck.org/
2Ade, P. A. R.; Aikin, R. W.; Barkats, D.; Benton, S. J.; Bischoff, C. A.; Bock, J. J.; Brevik, J. A.; Buder, I.; Bullock, E.; Dowell, C. D.; Duband, L.; Filippini, J. P.; Fliescher, S.; Golwala, S. R.; Halpern, M.; Hasselfield, M.; Hildebrandt, S. R.; Hilton, G. C.; Hristov, V. V.; Irwin, K. D.; Karkare, K. S.; Kaufman, J. P.; Keating, B. G.; Kernasovskiy, S. A.; Kovac, J. M.; Kuo, C. L.; Leitch, E. M.; Lueker, M.; Mason, P.; Netterfield, C. B.; Nguyen, H. T.; O’Brient, R.; Ogburn, R. W. IV; Orlando, A.; Pryke, C.; Reintsema, C. D.; Richter, S.; Schwartz, R.; Sheehy, C. D.; Staniszewski, Z. K.; Sudiwala, R. W.; Teply, G. P.; Tolan, J. E.; Turner, A. D.; Vieregg, A. G.; Wong, C. L.; Yoon, K. W. (17 March 2014). BICEP2 I: Detection of B-mode Polarization at Degree Angular Scales (PDF). arXiv:submit/0934323.

 

 

 

3 Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*