LIGO Gravitational Wave Gözlemevi tarafından iki kara delik arasında son derece yüksek bir çarpışma tespit edildi ve fizikçilerin 1971’de Stephen Hawking tarafından ön plana çıkmasını test etmesini sağladı.
Kozmos boyunca yerçekimi dalgaları birleştiren ve gönderen iki kara deliğin illüstrasyonu
Stephen Hawking’in kara deliklerin nasıl birleştiği konusundaki 50 yaşındaki teoremi, yerçekimi dalgası astronomisindeki büyük ilerlemeler sayesinde, gökbilimcilerin ışık hızında yeryüzünü geçtikçe alışılmadık derecede güçlü bir çarpışmanın neden olduğu dalgaları yakalamasına yardımcı olan büyük gelişmeler sayesinde başarılı bir şekilde test edildi.
Hawking, iki kara delik birleştiğinde, ortaya çıkan kara deliğin olay ufkunun – ışığın bile kara deliğin debriyajlarından kaçamayacağı sınırın – iki orijinal kara deliğin toplamından daha küçük bir alana sahip olamayacağını belirten 1971’de kara delik alanı teoremini önerdi. Teorem, bir nesne içindeki entropinin veya bozukluğun asla azalmadığını belirten termodinamiğin ikinci yasasını yansıtır.
Kara Delik birleşir, evrenin dokusunu çözer, yerçekimi dalgaları olarak bilinen uzay-zamanında, evreni ışık hızında geçen küçük dalgalanmalar üretir. Dünyadaki beş yerçekimi dalgası gözlemevi, bir atomun çekirdeğinden 10.000 kat daha küçük dalgalar için avlanır. Bunlar arasında Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi’nin (LIGO) ABD tabanlı iki dedektörünü ve Ligo-Virgo-Kagra (LVK) olarak bilinen uluslararası bir işbirliği tarafından işletilen İtalya, Japonya’daki Kagra ve Almanya’daki GEO600’ün Başak dedektörü bulunmaktadır.
GW250114 olarak adlandırılan son son çarpışma, 2015 yılında gözlemlenen ilk yerçekimi dalgalarını yaratanla neredeyse aynıydı. Her ikisi de güneşimizin kütlesinin 30 ila 40 katı arasında kütleli kara delikler içeriyordu ve yaklaşık 1,3 milyar ışık yılı uzakta gerçekleşti.
Bu kez, yükseltilmiş LIGO dedektörleri 2015’te sahip oldukları hassasiyetin üç katına sahipti, bu yüzden çarpışmadan çıkan dalgaları eşi görülmemiş ayrıntılarla yakalayabildiler. Bu, araştırmacıların, birleşmeden sonra olay ufkunun alanının gerçekten daha büyük olduğunu hesaplayarak Hawking’in teoremini doğrulamalarına izin verdi.
Kara delikler çarpıştığında, LVK ekibinin bir üyesi olan İngiltere Portsmouth Üniversitesi’nde Laura Nuttall, diyor. Daha önce bu tonlar, Hawking’in teorisini test etmek için gerekli olan çarpışmalardan önce ve sonra olay ufuklarının alanını hesaplamak için yeterli netlikle gözlemlenemeyecek kadar hızlı bir şekilde dağılmıştır. İlk tespit edilen çarpışma üzerine 2021’lik bir çalışma, teoriyi yüzde 95’lik bir güven seviyesiyle destekledi, ancak yeni araştırma bu güveni yüzde 99,999’a zorluyor.
Bilim adamlarının yerçekimi dalgalarını gözlemledikleri 10 yıl içinde 300 kara delik çarpması kaydettiler. Ancak hiçbiri GW250114 kadar güçlü ve net bir şekilde yakalanmadı, bu da bugüne kadar algılanan diğer yerçekimi dalgalarının iki katı yüksekti.
“Gerçekten, gerçekten, gerçekten, gerçekten, verilerimizde gerçekten yüksek olanlar – ki, neler olup bittiğinin temel fiziğini gerçekten araştırmaya başlayabileceğimiz, sadece çok yüksek oldukları ve belirsizlikler çok küçük olduğu için. Böylece neler olup bittiğinin nitelikli ayrıntılarını seçmeye başlayabiliriz” diyor Futtal. “Sadece doğanın bize bu güzel şeyleri vermeye devam etmesini bekliyoruz.”
GW250114’ten gelen dalgalar LVK işbirliği tarafından izlenen diğer dedektörleri değil, Dünya’ya ulaştığında sadece LIGO faaliyet gösteriyordu. Bu, Hawking’in teorisinin testini etkilemedi, ancak araştırmacıların gökyüzündeki dalgaların kökenini daha net bir şekilde tespit edemedikleri anlamına geliyordu.
Portsmouth Üniversitesi ve LVK ekibinin bir parçası olan Ian Harry, LIGO ve gelecekte çevrimiçi olmaları nedeniyle diğer planlanan gözlemevlerine yükseltmeler, daha da fazla hassasiyet getirecek ve kara deliklerin fiziğini daha derinlemesine araştırmamıza izin verecek. Harry, “Hepsini alamayabiliriz, ancak tekrar böyle bir etkinlik alacağız” diyor. “Belki bir sonraki yükseltme seti ile, belki 2028’de böyle bir şey görüyoruz ve belki de o zaman gerçekten delik açabileceğimiz hassasiyette.”
Bulgular, fizikçilerin genel göreliliği ve kuantum fiziğini birleştirmeyi umduğu kuantum yerçekimi üzerine yeni araştırmaların yolunu açıyor. Nuttall, son sonuçların genel görelilik ve kuantum mekaniğinin birlikte çalışmaya devam ettiğini, ancak gelecekte bazı tutarsızlıkların beklendiğini söylüyor.
“Bir noktada, şeylerin güzel oynamayı bıraktığını görmeye başlayabiliriz ve bu, enstrümanların hassasiyeti arttıkça verilerimizde son derece yüksek görünen çok yakın sinyaller aldığımızda olacaktır” diyor Nuttall.
LVK’nın son verileri, bilim adamlarının 1960’lardan itibaren matematikçi Roy Kerr’in denklemlerini doğrulamalarını sağladı ve bu da kara deliklerin sadece iki metrikle karakterize edilebileceğini tahmin etti: kütleleri ve spinleri. Özünde, aynı kütle ve spinli iki kara delik matematiksel olarak aynıdır. GW250114’ün gözlemleri sayesinde artık bunun doğru olduğunu biliyoruz.
