Güneş ve Jüpiter’i dedektör olarak kullanmak

Einstein genel görelilik teorisinde, evrendeki yıldız çarpışmaları, beyaz cüce, nötron yıldızı ya da karadelik oluşumu gibi güçlü kütle çekim etkileşmeleri sonucunda etrafa kütle çekim dalgaları yayıldığını ortaya koymuştu (Kütle çekim dalgalarına dair yazdığım eski bir açıklayıcı yazı için tıklayınız). Bu dalgaların büyüklüklerinin çok çok küçük olması nedeniyle günümüze kadar herhangi bir yolla tespit edilmeleri mümkün olmadı. LIGO ve VIRGO gibi interferometre yöntemi ile bu dalgaları arayan deneylerin yanında son zamanlarda yıldızları ve yapılarındaki titreşimlerinin de bu amaçla kullanılabileceği tartışılmaya başlandı. Boğaziçi Üniversitesi'nden İbrahim Semiz ve Kazım Çamlıbel, arXiv'e ekledikleri son makalelerinde ise bir adım ileri giderek Güneş ve Jüpiter'i parçacık fiziği dedektörlerindeki 'coincidence dedector'(rastlaşma dedektörü) olarak bir arada kullanıp kütleçekim dalgalarının tespit edilebileceğini savunuyorlar.

 

 

Araştırmacılar, Güneş Sistemi'nin bu iki üyesinin yapılarındaki sismik aktivitelerle ortaya çıkan titreşim modlarındaki gözlenebilecek eş zamanlı-ilişkili(correlated) bir sinyalin kütle çekim dalgalarını ortaya çıkarmaya yarayabileceğini savunuyorlar. Makalenin sonunda, yakın zamanda böyle bir olası sinyal aldıklarını belirten SYMPA deneyini işaret ederek, belki de bunun çoktan elde edildiğini iddia ediyorlar.

 

Semiz ve Çamlıbel'in makaleleri üzerine New Scientist'te yayınlanan kısa bir yorum yazısına şu bağlantıdan erişebilirsiniz: The sun and Jupiter could reveal space-time ripples

 

Orijinal makalenin bağlantısı: http://arxiv.org/pdf/1412.0992v1.pdf

 

Güneş ve yıldız sismolojisi ve kütle çekim dalgalarının bu yolla tespiti üzerine yakın zamanda yayınlanmış güzel bir review için: http://arxiv.org/pdf/1405.0292v2.pdf

Uzayın Dokusundaki Dalgalanmalar

Bu hafta Gökbilim Dergisine Gama Işını Patlamaları ile ilgili bir makale yazarken araştırma imkanı bulduğum ve bugün de Physics and Physicists blogunda karşılaştığım bir konu kütle çekim dalgaları. Einstein'ın genel görelilik kuramının bir sonucu olarak karşımıza çıkan, uzayın dokusundaki dalgalanmaları ifade eden bir kavram. Bilindiği gibi cisimler sahip oldukları kütle nedeniyle etraflarındaki uzay-zamanı tıpkı gerili bir çarşaf üzerine atılmış bilyeler gibi bükerler. Einstein'ın getirdiği bu yaklaşımla Newton'un uzaktan etkileşim ile açıkladığı kütle çekimi etkisi, cisimlerin ve ışığın bükülen uzay-zamanı izlemesiyle kolayca açıklanabilir oldu.

Uzayın dokusundaki değişimler kütle çekim dalgaları aracılığıyla iletilir ve bu dalgalar ışık hızıyla yayılır. Bunu en güzel şu şekilde açıklayabiliriz. Örneğin Güneş sistemini ele alalım. Güneş'i olduğu yerden bir şekilde kaldırdığımızda etrafındaki gezegenler de anında yörüngelerinden fırlar mı sizce? Newton'un kütle çekim kanununa göre evet, fırlar; fakat Einstein 'ın kütle çekimi uzayın bükülmesi ile ilişkilendirdiği kurama göre anında fırlamaz. Dünya-Güneş arası mesafe yaklaşık 8 ışık dakikası olduğundan, Güneş'i yerinden kaldırarak uzay dokusunda yarattığımız bozukluk dalgalanarak ışık hızında bize ulaşır ve biz ancak 8 dk sonra yörüngemizden fırlarız.

Bahsettiğim bu kütle çekim dalgaları uzayda nötron yıldızlarının çarpışmaları, karadelik birleşmeleri gibi olaylarda yüksek kütleli ve dolayısıyla uzayı yüksek derecede büken ve hareketleriyle uzay dokusunda büyük dalgalanmalara neden olan gökcisimleri tarafından yoğun olarak yayınlanırlar. Kütle çekim dalgaları etkileştikleri cisimleri öncelikle yatayda uzatıp dikeyde sıkıştırırker, ardından yatayda sıkıştırıp dikeyde uzatırlar. Bu etki çok zayıftır , örneğin 1 metrelik çubukta gerçekleştireceği uzama/kısalma protonun büyüklüğünün milyonda biri kadardır.

Kütle çekim dalgalarını tespit etmek için Amerika'da kurulmuş olan LIGO(Laser Interferometer Gravitational wave Observatory) gözlem evleri kurulduğu yıldan beri yoğun bir şekilde gözlemler yapıyor. Kütle çekim dalgalarını tespit etmek için ise müthiş bir teknik kullanıyorlar. Deney tıpkı 1887'de "ether" adlı hayali maddeyi tespit etmek için kurgulanmış Michelson-Morley deneyine benziyor ve ışığın dalga özelliği nedeniyle girişim yapmasına dayanıyor.

L şeklinde iki kanaldan oluşan gözlem evinde bir uçtan gönderilen laser ortadaki ışın ayırıcı(beam splitter) aracılığıyla ikiye ayrılarak bir kısmı düz devam eder, bir kısmı diğer yolu seçer. Işınlar uca ulaşıp geri döndüklerinde yine bir kısmı fotodetektöre gelir, bir kısmı da lazere geri döner. Eğer biz ilk başta gönderdiğimiz ışınların fazını ayarlayarak photodetektörde %100 yıkıcı girişim elde edebiliriz(dalga tepeleri ve dalga çukurları üst üste biner) Kütle çekim dalgaları etki ettiğinde L şeklindeki kanallardan birinin boyu diğerine göre daha farklı uzayacaktır(yönelimlerinden dolayı), böylece ışığın bir koldan fotodetektöre ulaşması gecikecek, ışınlar arasındaki faz farkı da değişecektir. Böylece girişim örgüsünde ilk gözlediğimizden farklı bir şekil görmemiz gerekir.


Bütün bu tekniklere rağmen şu ana kadar LIGO'da herhangi bir dalga tespit edilebilmiş değil. Bunu kurulan deneyin yeterli hassaslıkta olmamasına ve Dünya üzerindeki "gürültü sinyallerine" bağlayanlar var. Evrenin fiziksel gerçekliğinin temellerini açıklayan Einstein'ın genel görelilik kuramı önümüzdeki günlerde test edilmeye devam edilecek.

LIGO hakkında detaylı bilgi almak için bu bağlantıdaki videoyu izlemenizi tavsiye ederim.

LIGO ile ilgili olarak 2009 Astronomi Yılında yapılması düşünülen halka yönelik aktivitelerin anlatıldığı makaleye erişmek için tıklayınız. Eğitimcilerin işine yarayabilir.

İlgili bağlantılar :
LIGO - Ana sayfası
LIGO - Einstein's Messenger