LISA Kütleçekim Dalgalarını Uzayda Arayacak

Avrupa Uzay Ajansı (ESA) uzayda kütleçekim dalgaları arayacak olan LISA gözlemevinin bütçesini onayladı. LISA evreni doğuran büyük patlamadan kalan kütleçekim dalgalarını arayacak. Böylece biz de fiziği tek denklemle açıklayan bir kuantum kütleçekim kuramı geliştirebileceğiz. Peki ne zaman ve nasıl?

Lazer ışınlarıyla

Gelişmiş Lazer Girişimölçer Uzay Anteni’nin İngilizce kısaltması olan LISA, resimde gördüğünüz gibi, birbirine 2,5 milyon km uzaktan bağlanarak eşkenar üçgen oluşturan 3 lazer ışını uydusundan oluşuyor.

Kara delik çarpışmaları ve evreni doğuran büyük patlama gibi en şiddetli gök olayları uzay-zamanı dalgalandırıyor. Bu dalgalar, LISA’nın bulunduğu uzay parçasını da dalgalandırarak uyduları birbirine bağlayan lazer ışınlarının titremesine yol açıyor.

LISA bu titreşimlere bakarak kütleçekim dalgalarının şiddetini, ne zaman oluştuğunu (13,8 milyar yıl önceki büyük patlamada mı, yoksa 2 milyar yıl önceki bir kara delik çarpışmasında mı) ve türünü belirleyecek. Gerçekten de kütleçekim dalgalarının türünü bilmek çok önemli.

İlgili yazı: Uzay Milleti Asgardia 2017’de Kuruluyor

 

Neden önemli?

Bugün evrenin nasıl oluştuğunu süpersicim teorisine bağlı zar kozmolojisi ve sonsuz şişme teorisine bağlı çoklu evrenler modeliyle açıklayabiliyoruz. Her iki model de görünen evreni gayet iyi tanımlıyor. Ancak, bunlardan sadece biri doğru olabilir ve hangisinin doğru olduğunu sadece kütleçekim dalgalarına bakarak anlayabiliriz.

Bunun sebebi, kütleçekim dalgaları ile evrenin ışığın bile ortaya çıkmadığı ilk yıllarına bakabilecek olmamız. Yakın tarihli kara delik çarpışmaları da kütleçekim dalgaları oluşturuyor; ama en büyük ve güçlü dalgaları evreni meydana getiren büyük patlama yarattı.

Buna karşın büyük patlamanın üzerinden yaklaşık 13,78 milyar yıl geçti. Aradan geçen zamanda evren genişledi ve kütleçekim dalgaları ancak en hassas aletlerin görebileceği kadar zayıfladı (en basitinden, uzay genleşince dalga boyu uzuyor ve dalgaların frekansı azalıyor).

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Bu yüzden uzaya gidiyoruz

Amerikalıların Dünya’da kurduğu LIGO gözlemevi sadece eski kara delik çarpışmalarından kaynaklanan dalgaları görecek kadar hassas. Oysa uzayda Dünya’dan 50 milyon km uzakta; ama Güneş’e aynı uzaklıkta dönecek olan lazer girişimölçerli LISA gözlemevi en zayıf kütleçekim dalgalarını bile görebilecek.

Bunların da ilkin kütleçekim dalgaları olmasını, yani büyük patlamadan geriye kalan dalgalar olmasını istiyoruz. Böylece evrenin nasıl oluştuğunu gösterme şansını yakalayabiliriz. Daha önce Güney Kutbu’ndaki BICEP2 teleskopuyla bunu yapmaya çalıştık.

İlkin kütleçekim dalgalarının uzaydan geçerken galaksilerin ışığını bükerek polarize etmesine bakarak bu dalgaların varlığını dolaylı yollardan (ışığın polarizasyonuyla) görmeye çalıştık; ancak bu heyecanlı çaba hüsranla sonlandı.

Işığı ilkin dalgaların değil de Samanyolu’ndaki gaz ve toz bulutlarının büktüğü ortaya çıktı. Oysa LISA gerçeği bütün çıplaklığıyla açığa çıkaracak VE eğer kütleçekim dalgalarını göremezse bizim de evrenin doğumunu açıklamak için yeni bir fizik geliştirmemiz gerekecek.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Kısacası durum ciddi

Her halükarda LISA’nın nasıl çalıştığını anlatacaktık değil mi? Tamam, ama önce önemli bir not: LIGO 10 Hz ile 1000 Hz arasındaki dalgaları algılayabiliyor. LISA ise 0,1 mHz ila 1 Hz aralığında çalışıyor. Bunlar da ilkin kütleçekim dalgalarının bugünkü frekans aralığı oluyor!

Sistem uzayda LIGO’ya benzer şekilde işliyor: LISA uyduları bir kenarı 2,5 milyon km olan eşkenar üçgen formasyonunda uçacaklar ve aralarında uydu jeneratörlerinin ürettiği lazer ışınları gidip gelecek.

Kütleçekim dalgaları uzayı dalgalandırırsa lazer ışınları uyduların taşıdığı aynaları ıskalayacak. Bu da kütleçekim dalgalarının varlığını ele verecek.

İlgili yazı: Güneş’in komşusu Alpha Centauri yıldız sisteminde hayat var mı?

 

Neden Dünya yörüngesinde değil?

LISA bazı Güneş gözlem sondalarında olduğu gibi, Dünya ile Güneş arasında ve iki gökcisminin yerçekimi alanının birbirini dengelediği Lagrange noktalarından birinde duracak. Duracak diyorum; çünkü bu tür L noktalarına park eden uzay araçları milyonlarca yıl yerinden milim kımıldamadan durabiliyor.

LISA’nın lazer ışınlarının yanlış alarm vermemek için gereksiz yere titrememesi gerekiyor. Bunun çözümü uyduların yerçekimsiz ortamda sabit duracağı bir yer bulmak. L noktaları bunu sağlıyor. İkinci sebebi ise LISA’nın Güneş’e Dünya ile aynı uzaklıkta dönecek olması.

Böylece Dünya’nın yörüngesini baz alarak uzaydaki gürültü sinyallerini (paraziti) uydunun lazer titreşim verilerinden silebileceğiz. LISA Güneş çevresinde bildiğimiz bir yörüngede döneceği için potansiyel ortam gürültüsünü lazer sinyallerinden ayıracağız. Bu da yanlış alarmı önleyecek.

Ayrıca uyduların birbirine 2,5 milyon km uzakta olması şart. Dünya’da bunu yapamayız: Gezegenimizin yarı çapı sadece 12 bin km. LIGO detektörleri ise yalnızca 4 km uzunluğunda. Kısacası Dünyamız ilkin kütleçekim dalgalarını görecek kadar büyük ve hassas bir gözlemevi inşa etmeye uygun değil.

İlgili yazı: Güneş’in kayıp ikizi nereye gitti?

 

Uzay çok uygun

Ne de olsa emlak vergisi ve arazi mafyası yok! Şaka bir yana, uzay bomboş olduğu için uyduları 2,5 milyon km uzaktan lazerle birbirine bağlayarak dev boyutlarda ve süper hassas kütleçekim dalgası detektörleri yapabileceğiz. LISA bu yüzden uzaya gidiyor.

Ancak, LISA uzayda yalnızca ilkin kütleçekim dalgalarını aramayacak. Kara deliklerin yıldızları yutması gibi en egzotik ve nadir gök olaylarını da araştıracak. Biz de evrenin en şaşırtıcı gök olaylarını LISA’yla birlikte 6 adımda görelim:

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

1. Galaktik kompakt ikililer

Fizikçiler bununla çarpışan nötron yıldızları, kara delikler ve beyaz cüceleri kast ediyorlar. Bu cisimlerin süper yoğun olduğunu ve güçlü yerçekimine sahip olduğunu biliyoruz. Kompakt ikili terimi süper yoğun gökcisimlerini sınıflandırmakta kullanılıyor.

Çarpışan nötron yıldızları ve kara deliklere bakmak önce LIGO’nun işi; fakat LISA çok daha hassas olduğu için işletim süresi boyunca en az 25 bin çarpışan yıldız ve kara delik bulabilecek.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

2. Süper kütleli çarpışan kara delikler

Çarpışan kara deliklerden daha görkemli ne olabilir derseniz bunlar çarpışan süper kütleli kara delikler olabilir.

Ne de olsa normal kara delikler 10 Güneş kütlesinde iken, genellikle galaksilerin merkezinde yer alan süper kütleli kara delikler 20 milyar Güneş kütlesine ulaşabiliyor (Samanyolu’nun süper kütleli kara deliği 4,4 milyon Güneş kütlesinde).

LISA, 103-107 Güneş kütlesinde olan küçük boy süper kütleli kara delik çarpışmalarını bile neredeyse büyük patlama anına kadar izleyebilecek (yılda birkaç çarpışma). Ayrıca gece göğünde 100 derece karelik bir alanda kara delikleri çarpışmadan en az 24 saat önce fark edecek! Bazı çarpışmaları ise aylar öncesinden öngörecek.

Biz Dünya’da daha depremleri önceden tahmin edemiyoruz; ama LISA kara deliklerin çarpışacağını önceden görecek. Bu sayede LIGO ile birlikte çalışarak daha hassas gözlemler yapacak. Hatta galaksilerin merkezindeki pasif kara deliklerin yıldız yutarken nasıl süper aktif süper kütleli kara deliklere (yani kuasarlara) dönüştüğünü de görecek.

İlgili yazı: Dünya’ya En Çok Benzeyen Gezegen Bulundu

 

3. Yıldız yutan kara delikler

Bu müthiş olayın teknik adı aşırı kütle oranlı iç sarmal olayları (EMRI). EMRI’ler 105 Güneş kütleli kara deliklerin, 60 Güneş kütlesine kadar yıldızları yutmasına karşılık geliyor. Elbette bunların içinde nötron yıldızları da var.

LISA yılda en az bir kez gerçekleşen bu tür çarpışmalara bakarak kara deliklerin yıldız yuttuğu güneş sistemlerinin fiziksel özelliklerini görecek. Muhtemelen kara deliğin nötron yıldızı mı, yoksa Güneş benzeri bir yıldızı mı yuttuğunu da anlayacak.

Sonuçta kara deliğin yerçekimi alanında parçalanan yıldızların da süpernovaya yol açabildiğini biliyoruz. LISA bu yeni süpernova türünü daha iyi anlamamızı sağlayacak.

İlgili yazı: Dünyanın Derinliklerinde Yeraltı Okyanusu Bulundu

 

4. Orta boy kara delik çarpışmaları

LISA 100-600 (küçük – orta boy) Güneş kütlesindeki kara delik çarpışmalarını görecek. Bu da süper kütleli kara deliklerin daha küçük kara deliklerin çarpışmasıyla nasıl oluştuğunu anlamamız için önemli bir detay.

Ayrıca evrende hangi boy kara deliklerin daha yaygın olduğunu göreceğiz. Bu da galaksilerin çarpışarak nasıl büyüdüğünü ve cüce galaksileri nasıl yuttuğunu tespit etmemizi sağlayacak.

İlgili yazı: Bizden İlkel Dünya Dışı Uygarlık Bulursak Ne Yaparız?

 

5. Evrenin genişleme hızı

Evrenin son 5 milyar yılda hızlanarak genişlemeye başladığını biliyoruz. Ancak, Evren’in nasıl yok olacağını bilmek için (büyük yırtılma, ısıl ölüm vb.) uzayın genişlemesinin gittikçe hızlanıp hızlanmadığına bakmamız gerekiyor.

Bunun için ölçüm süresi ve ölçüm hassasiyeti çok önemli. Elimizdeki teleskoplarla ancak az sayıda yıldıza ve galaksiye bakarak bir tahminde bulunuyoruz. LISA ise 4 yıllık çalışma ömründe bizzat kütleçekim dalgalarına bakarak evrenin genişleme hızını yüzde 1 hata payıyla ölçecek (tam olarak her 3 milyon 600 bin ışık yılında 1 km/saniye hata payıyla).

Evrenin 90 milyar ışık yılı çapında olduğunu ve genişlemeden sorumlu karanlık enerjinin de evrenin yüzde 68,3’ünü oluşturduğunu düşündüğümüzde LISA ölçümlerinin önemini daha iyi kavrıyoruz.

İlgili yazı: 1 milyar yıl sonra Dünya gezegenine ne olacak?

 

6. Kütleçekim dalgaları artalan yayılımı

Nasıl ki evrenin 380 bin yaşındaki bebeklik halini gösteren bir kozmik mikrodalga artalan ışıması haritası var, LISA da evrenin şişme evresinden günümüze uzanan kozmik kütleçekim dalgaları haritasını çıkaracak. Öyle ki evrenin 1 saniyeden daha genç halini bile görebileceğiz.

Bu da bize kütleçekim, elektromanyetizma, zayıf ve güçlü nükleer kuvvetin nasıl oluştuğunu, uzay ve zamanın nasıl ortaya çıktığını ve zamanın neden ileri aktığını gösterecek. Bunun yanında, evrenin kısa bir süre için ışıktan hızlı genişleyip genişlemediğini de test etmemize izin verecek.

Dahası bugün bazı teorilerde öngörülen egzotik cisimlerin de varlığını test edebileceğiz. Zamanda yolculuğa izin veren kozmik sicimler gibi… Ancak, en heyecanlı keşiflerimizden biri zaman kristalleri yazısında anlattığım simetri kırılması olacak.

Simetri kırılmasının tam olarak ne zaman gerçekleştiğine bakarak fizik yasalarının evrenin her yerinde nasıl geçerli olabildiğini sadece göstermiş değil, aynı zamanda ispatlamış olacağız! Bu da fizik bilimiyle gerçekliğin arayışında bir milat olacak.

İlgili yazı: Kütleçekim dalgaları uzayı nasıl buruşturuyor?

 

Bilinmeyene açılan pencere

Bu noktaya kadar LISA’nın 1905’te geliştirilen kuantum fiziği ve 1915’te geliştirilen görelilik teorisinden sonra fizikte yeni bir devrim yapacağını görmüş olduk. Dolayısıyla LISA sayesinde 5 yılda yüz yıllık ilerleme kaydetme şansımız olacağını rahatlıkla söyleyebiliriz.

Bunu da istatistiksel açıdan söylüyorum: Bugüne kadar fizikte ne zaman yeni bir frekans aralığını taramaya başlasak o bant aralığında hiç bilmediğimiz yeni enerji kaynakları (gökcisimleri) keşfettik. Bu yüzden LISA da hiç bilmediğimiz kozmik olayları ve yepyeni gökcisimlerini keşfetmemizi sağlayabilir.

Düşünün, şimdiye dek uzaya sadece ışıkla baktık. Artık bizzat uzay-zamanın dokusunu kütleçekim dalgalarıyla inceliyoruz. Bu yüzden önümüzde ufkumuzu genişleten yepyeni bir pencere açılıyor.

İlgili yazı: Sürpriz! Evrende yeni kara delik türü bulundu

 

Bilim insanlarının umudu

Nitekim ESA bilim direktörü Alvaro Giménez Cañete konuyla ilgili açıklamasında, “Ne keşfedeceğimiz hakkında hiçbir fikrimiz yok. Bu girişim CERN parçacık hızlandırıcısını ilk kez çalıştırmak gibi bir şey. Belki de kuantum kütleçekim kuramını geliştiririz” diyor.

MIT Kavli Astrofizik Enstitüsü’nden David Shoemaker da ESA’nın LISA bütçesini onaylamasına istinaden şunları söyledi: “LISA olacak gibi, nihayet işler yoluna girdi.” Peki bundan sonra bize yepyeni bir fiziğin kapılarını açacak yeni Einsteinlar bekleyebilir miyiz?

İlgili yazı: Fizikçiler Karanlık Madde Süper Sıvı Olabilir Dedi

 

En iyisi tarih verelim

LISA 2034 yılında fırlatılacak; yani yeni fiziğe 16 yıl var. Elbette bu süre zarfında fizikçiler kendi teorilerini savunacaklar ve evrenin nasıl oluştuğuyla ilgili ateşli tartışmalara girecekler. Ne de olsa bu teorileri ispat edecek veya çürütecek olan tek deney aygıtı LISA.

Zaten fiziğin günümüzdeki en büyük sorunu da bu: Bilim deney ve gözlemlerle yürür; ama elimizde teorilerimizi test edecek yeni bir gözlem aygıtı yok. Bu yüzden son 40 yıldır fizik dünyasında atış serbest.

Üstelik CERN parçacık hızlandırıcısı da süpersicim teorisi için gereken süpersimetrik parçacıkları bulamadı. Bu da standart modelin ötesindeki en sorunsuz parçacık fiziği teorilerinin geçersiz olmasına yol açtı. Bilimin gerçeği hayalden ayırmak için acilen eski rotasına, yani Galileo zamanındaki deney ve gözlem yoluna girmesi gerekiyor.

İlgili yazı: Evrende Kaç Kara Delik Var ve Nerede?

 

LISA bu yüzden şart

Peki, bütün evreni 2,5 cm uzunluğundaki tek bir denklemle açıklamayı hedefleyen her şeyin teorisini LISA sayesinde geliştirebilecek miyiz? Yoksa evrenin bir bilgisayar simülasyonu olduğunu mu göreceğiz? Bunun için önce evrenin kaç boyutlu olduğunu bilmemiz gerekiyor.

Örneğin süpersicim teorisine göre evren, zaman dahil 11 boyutlu ve holografik evren ilkesine göre, uzay-zamanı 5 boyutlu matematik uzayındaki 4 boyutlu bir hiper küreyle ifade edebiliriz.

Bu teoriler gerçekse Interstellar filminde olduğu gibi, bir süper kütleli kara deliğin içine girerek geçmişe gitmek ve geçmişi kısmen etkilemek kuramsal açıdan mümkün olacak. Tabii paralel evrenlere veya komşu evrenlere seyahat etmenin yollarını da ciddi ciddi değerlendirmeye başlayacağız. Gerçeğin arayışınızda hepinize macera dolu okumalar dilerim

¹eLISA