Güncel Çalışmalar – Ergün Ege

Bu yıl Fizik dalındaki Nobel ödülü, Albert Einstein'ın 1916'da öngördüğü kütleçekimsel dalgaların varlığını, LIGO'daki (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) çalışmaları ile gözlemsel olarak kanıtlayan 3 bilim insanına verildi.

   

Newton, kütleçekim yasasını ifade ederken, kütlelerin birbirine çekim kuvveti uyguladığını yani birbirlerini çektiğini, bunun kütle büyüklüğüne ve aralarındaki uzaklığın karesine bağlı olarak hesaplanabileceğini gösterdi. Einstein bir adım ileri giderek zaman boyutunu işin içine kattı ve üç boyutlu uzayı, zaman boyutu ile birlikte dört boyutlu olarak yeniden ele aldı ve belki de daha önemlisi kütlenin uzay-zamanı nasıl bükeceğini, bükülen uzay-zamanın da kütleye nasıl hareket edeceğini söylediğini gösterdi. Elektromanyetik dalgalar bir kütleye sahip olmadıkları halde büyük kütleli bir cismin çevresinden geçerken cisim uzay-zamanı büktüğü için izledikleri yol tıpkı kütle gibi değişir. Newton yasası kendi başına doğru ama bu aşamada yetersiz kalırken, Einstein'ın kuramı bu olayı açıklamaktadır. Einstein'ın kuramına göre büyük kütleler yer değiştirdiğinde uzay-zaman'da dalgalanmalar yaratır. Bu dalgalanmalar da kütleçekimsel dalgalar olarak uzayda yayılır. Bu dalgaları tespit etmek ve ölçmek yakın zamana kadar teknolojik olarak zor olsa da, LIGO deneyi bunu başardı.

   

1.3 milyar ışık yılı uzaklıktaki, Güneşin 36 katı ve 29 katı kütleye sahip iki karadelik birbiri etrafında dönerken enerjilerini kaybederek birleşti ve Güneş kütlesinin 62 katı büyüklüğünde bir karadelik oluşturdular. Bu birleşme sonucunda 3 Güneş kütlesi büyüklüğünde bir enerji kütleçekimsel dalga olarak yayıldı. Bu birleşme sonucu uzay-zamandaki dalgalanmanın, LIGO'daki detektörlerin arasında yarattığı çok küçük mesafe değişimleri, gözlenebildi ve gözlemsel olarak Einstein'ın öngörüsü ispatlanmış oldu.

   

İstanbul Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümü olarak biz de bir süredir Kütleçekimsel Dalgalar (KD) alanında çalışma yürütmekteyiz. Öğretim üyelerimiz Massimiliano De Pasquale, Tolga Güver ve lisansüstü öğrencilerimizden Ergün Ege, Uluslararası LIGO Elektromanyetik Bileşen kollaborasyonunun bir üyesi olarak, TÜBİTAK Ulusal Gözlemevi'nde bulunan 1 metre çaplı T100 teleskobu ile KD teleskoplarının gözlem alanı içinde bulunan en parlak galaksilerin bulunduğu bölgelerde kilonova gözlemleri ile çalışmalarımız devam ediyor. KD gözlemleri ile ilişkili olarak optik teleskoplar ile yaptığımız gözlemlerin önemi şöyle:

   

KD gözlemlerinin eşleniği olarak ve onlardan bir süre önce yüksek enerjilere duyarlı teleskoplar ile gözlenebilecek Gama-Işın Patlamaları, bize bu birleşmelerin doğasına dair önemli ipuçları verecektir. Gama-Işın patlamaları olmasa da bu birleşmeler sonucunda 2-10 Güneş kütlesi kadar  nötronca zengin bir atım beklenmektedir. Bu atım r-işlevi elementlerinin (bazı en ağır ve nötronca zengin elementler) sentezi için doğal bir ortam oluşturuyor.

Bu atımlardaki r-elementlerinin radyoaktif bozunmasının, “kilonova” adı verilen izotropik optik ve yakın kızılötesi termal emisyon üreteceği düşünülüyor. Henüz tam anlaşılamamış olan r-element'lerinin oluşum mekanizmaları bu gözlemler ile aydınlatılmaya çalışılıyor. Bu elementlerin oluşumu Süpernova patlamaları ile açıklansa da bazı elementler için bu teori tam olarak yeterli değil. Bu birleşimlerin sonucu ortaya çıkan mekanizmalar belki de bu oluşumların anlaşılmasında ilerlememizi sağlayacak.

   

Kilonovalar, bu birleşmelere ev sahipliği yapan galaksinin tanımlanmasına yardımcı olacak; kırmızıya kayması, enerjisi, çevresi hakkında bilgi taşıyacak. Kilonovaların ışık eğrisi; kütle, hız, geometri ve atımın opasitesine bağlıdır. KD, birleşmenin karadelik, kısa ömürlü hiper-kütleli nötron yıldızı ya da uzun ömürlü hiper-kütleli nötron yıldızı üretip üretmediğini söyleyecek. KD ile birlikte elektromanyetik karşılıklarının gözlemlerinin yürütülmesi, atımın evrimleşme çıktılarının daha iyi anlaşılmasını ve teorik öngörülerin test edilmesini sağlayacak. Elektromanyetik dalga yayan süreksiz kaynakların birleşen bu cisimlerin “iç mekanizmaları” ve çevreleri hakkında bilgi taşıyacağı ve Evren'deki bu eşsiz fenomenin anlaşılmasında KD teleskoplarının gözlemlerini tamamlayıcı bir çalışma olacağı düşünülüyor. Bu gözlemler ile birleşen cisimlerin pek çok özelliği aydınlatılabilir. Elektromanyetik dalga gözlemleri ile bu cisimlerin kütlesi, kimyasal kompozisyonu, geometrisi, kinetik enerjileri gibi bilgilerin hesaplanması hedefleniyor. Bu bilgiler sayesinde cisimlerin yaşlarına ve evrimsel aşamalarına dair bilgiler de edinilebilir.

   

Bilim çevrelerinde zaten bilinen KD alanındaki çalışmaların önemi Nobel ödülü ile daha görünür hale geldi ve Astronomi bilimi artık kütleçekimsel dalga çağına girdi. Bir sonraki aşama kütleçekimsel dalga gözlemlerinin elektromanyetik ışınım yapan bileşenlerinin gözlenmesi ile tümlenmesi olacak ve bilim evreni anlamada -küçük- bir adım daha atmış olacaktır.

 

Görsel 1: LIGO deneyi, L şeklinde ve kolları 4 km. uzunluğunda vakum tüplere sahip gözlemevleri birebir aynı olarak inşa edilmiş ve aralarında 3002 km. mesafe bulunuyor. Optik teleskopların ışık kirliliğinden uzak olması gerektiği gibi, KD dalga detektörleri için insan aktivitelerinin titreşimlerinden uzak yerler seçilmiş; Louisiana ormanları ve Hanford stepleri. Bu detektörler öylesine hassas ki, deprem gibi yer hareketlerinden, kamyonların yolda yarattığı titreşimlere kadar tüm titreşimleri algılayabiliyor. Bu nedenle birbirinden uzak iki detektör kullanılıyor. Yakın gelecekte çok daha uzak ve birlikte çalışan (ve hatta uyduların da dahil olduğu) deneyler yapılmaya başlanacak. Fotoğraf deneyin üçüncü detektörü olan Virgo'ya ait. (kaynak: https://www.ligo.caltech.edu)

 

Şekil 1:Üç detektör tarafından tespit edilen kütleçekimsel dalgalar. Üstteki grafik Sinyal/Gürültü oranını yani algılamanın kabaca hassasiyetini gösteriyor. Ortada frekans kayması/zaman grafiği (buna "cıvıldama" deniyor). Alttaki ise dalga formu grafiği.

06/10/2017
269 defa okundu

İstanbul Üniversitesi Gözlemevi Uygulama ve Araştırma Merkezi

34452 34119 Üniversite/Fatih-İstanbul

Tel: 0 (212) 440 00 00