Gök bilimciler, üstün kütleli kara deliklerden kaynaklanan yer çekimi dalgalarını keşfettiler. Bu keşif, Kuzey Amerika Kütleçekim Dalgaları Nanohertz Gözlemevi (NANOGrav) tarafından yapıldı. NANOGrav, meyyit yıldızlardan gelen ışık parıltılarını takip ederek pulsarları izliyor. Bu pulsarlar, üstün kütleli kara deliklerin birleşmesinden kaynaklanan uzay-zaman dalgalanmalarını tespit etmek için ülkü birer araçtır. NANOGrav, pulsarları yıllarca izleyerek ve vakitlerindeki değişiklikleri kaydederek bu yer çekimi dalgalarını tespit etmeyi amaçlıyor.
Yaklaşık yirmi yıllık bir dinleme sürecinin akabinde gök bilimciler nihayet evrenimizin devleri olan harika kütleli kara deliklerden yayıldığına inandıkları kütleçekim dalgalarının gümbürtüsünü “duymaya” başladılar.
Sonuç, Kuzey Amerika Kütleçekim Dalgaları Nanohertz Gözlemevi (NANOGrav) olarak bilinen Ulusal Bilim Vakfı takviyeli bir teşebbüsten geliyor. NANOGrav 2004 yılından bu yana pulsar olarak bilinen ve Samanyolu’nu kapsayan meyyit yıldız ağından gelen metronom gibisi ışık parıltılarını izliyor.
Patlayan büyük yıldızların kalplerinden dövülen bu kent büyüklüğündeki küreler bir güneş kadar ağırdır ve saniyede binlerce defa dönebiliyorlar.
Bu da onları son derece hassas vakit tutucular ve üstün kütleli kara deliklerin birleşmesinden ortaya çıkacağı varsayım edilen uzay-zamandaki bilhassa büyük dalgalanmalar için ülkü nöbetçiler haline getiriyor.
NANOGrav, dünya çapında devam eden birkaç farklı pulsar zamanlama dizisi projesinden yalnızca biri.
Tüm bu gayretler tıpkı temel planı izliyor: düzinelerce muhteşem öngörülebilir pulsarı yıllarca izlemek ve ritmik dönüşlerindeki küçük değişimleri yakalamak için radyo teleskopları kullanıyorlar.
Cornell Üniversitesi’nde astrofizikçi ve NANOGrav’ın bir üyesi olan Thankful Cromartie, “Temelde atom saatlerine rakip olacak mutlaklıkta varış vaktini bilmemizi sağlayan bu modelleri oluşturabiliriz” diyor.
‘Yani pulsarların vaktin biraz dışına çıkmasına neden olan bir şey olduğunu biliyoruz’ – yerçekimsel dalgaların Dünya ile her bir pulsar ortasındaki boşluğu esnetip daraltması üzere bir şey.
Bu da epey şık bir doğal deney oluşturuyor.
Northwestern Üniversitesi’nde astrofizikçi ve NANOGrav üyesi olan Caitlin Witt, ‘Bu milyar dolarlık dedektörü inşa etmenize gerek yok; yalnızca bir radyo teleskopu kurmanız ve kozmosa bakmanız yeterli’ diyor.
Pulsar zamanlama dizileri son derece özel dedektörler gerektirmese de sabırlı olmayı gerektiriyor.
Yer çekimi dalgası art planına ait beklentilerle dengeli olan daha hudutta bir sinyal bildiren 2020 tarihli evvelki NANOGrav makaleleri üzerine inşa edilen en son sonuçlar, Kuzey Amerika işbirliğinden elde edilen 15 yıllık dataları içeriyor.
NANOGrav şu anda kabaca galaksimiz büyüklüğünde doğal bir yerçekimsel dalga dedektörü oluşturan 68 farklı pulsarı izliyor.
Projenin tahlilindeki ‘yeni’ bilgiler, Porto Riko’nun Arecibo Gözlemevi’ndeki ikonik radyo teleskobunun çöküşe hakikat kaymaya başladığı ve müşahedeleri durdurduğu Ağustos 2020’ye kadar devam ediyor. Kanada Hidrojen Yoğunluğu Haritalama Deneyi o vakitten beri yeteneklerini güçlendirmek için NANOGrav’a katıldı.
Ancak data hacmine ve bugünkü umut verici duyuruya karşın, bilim insanları kütleçekimsel dalga art planını tespit etmeye daha yeni başlıyorlar ve hala karşılıklardan çok soruları var.
Örneğin, üstün kütleli kara delik çiftlerinin yerçekimsel dalga art planının birçoklarından sorumlu makul astrofiziksel kaynaklar olduğu konusunda fikir birliği olsa da, bunun kesin ispatı hala güç.
Batı Virginia Üniversitesi’nde astrofizikçi ve NANOGrav üyesi olan Maura McLaughlin, “Her bir harika kütleli kara delik ikilisini tek bir enstrüman olarak düşünebilirsiniz .
Ve yerçekimsel dalga art planı hepsinin bir ortaya gelmesiyle oluşan senfonidir’ diyor. Lakin diğer ‘enstrümanlar’ da var olabilir ve dev kütleçekim dalgalarının kozmik kakofonisine daha fazla olmasa da birebir ölçüde katkıda bulunabilirler.
Senfoninin “sesini” tahlil ederek, bilim insanları bu tıp kaç enstrümanın çaldığını belirlemeyi ve hatta bu harika kütleli kara delik ikililerinin neye benzediğini anlamaya başlamayı umuyorlar.
Bilim insanları bu ikililerin muhteşem kütleli karadelik barındıran galaksiler ortasındaki çarpışmaların bir sonucu olarak ortaya çıktığına inandıkları için, NANOGrav’ın çalışması Samanyolu da dahil olmak üzere büyük galaksilerin hiyerarşik birleşimine ışık tutacaktır.
Ancak kozmik sicimler ya da büyük patlamanın çabucak sonrasından gelen kütlesel olarak şişirilmiş kuantum dalgalanmaları üzere öteki, daha garip fenomenler de kütleçekimsel dalga art planına katkıda bulunuyor olabilir.
Bilim insanları şimdi ortadaki farkı söyleyecek ya da ne cins bir kaynaktan ne kadar sinyal geldiğini bilecek kâfi bilgiye sahip değiller.
NANOGrav’ın rapor ettiği yerçekimsel dalga art plan sinyalinin bilhassa şaşırtan bir istikameti, şaşırtan derecede güçlü olmasıdır.
Tahmin edilenden yaklaşık iki kat daha güçlü. Daha ezoterik açıklamalar işe yaramazsa ve sinyal büsbütün harika kütleli kara delik ikililerinden geliyorsa, beklenmedik gücü bu devlerin kendilerinin bilim insanlarının varsayım ettiğinden daha büyük yahut daha bol olduğu manasına gelebilir.
Princeton Üniversitesi’nde astrofizikçi olan ve yeni araştırmada yer almayan Jenny Greene’ de bu durum hakkında görüşlerini paylaştı.
Böyle bir bulgunun daha klasik teleskop bilgilerinde üstün kütleli kara deliklerin birleştiğine dair delil bulma gayretlerine da ilham verebileceğini söylüyor. ‘Bu biraz utanç verici: kara deliklerin birleşmesini bekliyoruz, lakin hakikaten gözlemsel delil bulamadık’ diyor. ‘Eğer bu kadar çok ikili varsa, onları sahiden bulabilmeliyiz, bu yüzden bu mevzuda yeni eforları teşvik edeceğini düşünüyorum.’
Sinyalin kaynağını bulmak için bilim insanlarının daha fazla pulsarı izlemek üzere daha fazla vakit harcaması gerekecek.
‘Bu tıpkı bir dinozor iskeletini kazıp çıkardıktan sonra tozunu almaya başlamak üzere bir şey. Birinci başta, ‘Oh, bu mükemmel görünüyor’ dersiniz. Sonra tozu kaldırdıkça iskeleti daha güzel görmeye başlarsınız,’ diyor Yale Üniversitesi’nde astrofizikçi ve NANOGrav üyesi Chiara Mingarelli. ‘Şu anda bir dinozor iskeleti bulduğumuzu katiyen biliyoruz, fakat tahminen de ne çeşit bir dinozor olduğunu şimdi bilmiyoruz.’
Bu belirsizliğe karşın, bilim insanları sinyalin gerçek olduğundan ve sadece NANOGrav bilgilerinin en yeni kümesinde ortaya çıkan eşsiz bir parmak izi nedeniyle yer çekimi dalgalarından geldiğinden eminler.
1983 yılında araştırmacılar, yerçekimsel dalga art plan sinyalinin, farklı pulsar çiftlerinden görüldüğünde, her bir pulsarın gökyüzündeki pozisyonuna bağlı olarak, öteki pulsarın göründüğü yere kıyasla biraz lakin varsayım edilebilir bir biçimde değişeceğini hesapladılar.
Bu korelasyon NANOGrav bilim insanlarının şu anda datalarında gördüklerini söyledikleri şeydir.
Greene, ‘Bu nitekim heyecan verici yeni bir kesim ve birleşen kara delikleri sahiden tespit ettiklerine dair size inanç vermeye başlıyor’ diyor.