Tam on yıl önce, bilim insanları evrenin ilk kez gümbürdediğini duydu. Kütleçekimsel dalgaların bu ilk keşfi, Albert Einstein'ın genel görelilik teorisinin kilit bir tahminini kanıtlamış ve astronomide yeni bir çağ başlatmıştı. Şimdi ise, bu önemli atılımın yıldönümünde yapılan yeni bir kütleçekimsel dalga keşfi, bilim dünyasının bir başka dev ismi Stephen Hawking'in teorisini test ediyor.
Kütleçekimsel Dalgalar Nedir?
Kütleçekimsel dalgalar, uzay-zaman dokusundaki ışık hızında yayılan 'dalgalanmalar'dır. Kara delikler veya nötron yıldızları gibi devasa yıldız kalıntılarının birleşmesi gibi, yüksek oranda hızlanmış kütleli nesneler tarafından oluşturulurlar. Evrende yayılan bu dalgalanmalar, ilk olarak 14 Eylül 2015'te Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ikiz Lazer İnterferometre Kütleçekimsel Dalga Gözlemevi (LIGO) dedektörleri tarafından doğrudan gözlemlendi. GW150914 olarak adlandırılan bu ilk sinyal, Güneş'in kütlesinin 30 katından fazla olan ve Dünya'dan bir milyardan fazla ışık yılı uzakta bulunan iki kara deliğin çarpışmasından kaynaklanıyordu. Bu, tam 100 yıl önce Einstein'ın görelilik teorisi tarafından öngörülen kütleçekimsel dalgaların ilk doğrudan kanıtıydı. Keşif, LIGO işbirliği üzerine öncü çalışmaları için Rainer Weiss, Barry Barish ve Kip Thorne'a 2017 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırmıştı.
On Yıldan Az Sürede Yüzlerce Sinyal
2015'ten bu yana, İtalyan Virgo ve Japon KAGRA dedektörlerinin yanı sıra LIGO tarafından 300'den fazla kütleçekimsel dalga gözlemlendi. Sadece birkaç hafta önce, uluslararası LIGO/Virgo/KAGRA işbirliği, dördüncü gözlem turunun en son sonuçlarını yayınlayarak bilinen kütleçekimsel dalga sayısını iki katından fazla artırdı. Şimdi, ilk keşiften on yıl sonra, Kütleçekimsel Dalga Keşfi Mükemmeliyet Merkezi (OzGrav) bünyesindeki Avustralyalı bilim insanlarının da dahil olduğu uluslararası bir işbirliği, GW250114 adlı yeni bir kütleçekimsel dalga sinyalini duyurdu. Sinyal, ilk kütleçekimsel dalga sinyali GW150914'ün neredeyse bir kopyası niteliğinde. GW250114'e neden olan kara delik çarpışmasının fiziksel özellikleri, GW150914 ile oldukça benzerdi. Ancak, son on yılda kütleçekimsel dalga dedektörlerinde yapılan önemli yükseltmeler sayesinde, yeni sinyal çok daha net bir şekilde görülebiliyor (GW150914'ten yaklaşık dört kat daha 'gür'). Heyecan verici bir şekilde, bu bize başka bir çığır açan fizikçinin fikirlerini test etme imkanı sunuyor.
Hawking de Haklıydı
50 yıldan fazla zaman önce, fizikçiler Stephen Hawking ve Jacob Bekenstein bağımsız olarak kara delikleri tanımlayan bir dizi yasa formüle etti. Hawking'in kara delik mekaniğinin ikinci yasası, yani Hawking'in alan teoremi, bir kara deliğin olay ufkundaki alanın her zaman artması gerektiğini belirtir. Başka bir deyişle, kara delikler küçülemez. Bu arada Bekenstein, bir kara deliğin alanının entropiyle, yani düzensizliğin bilimsel bir ölçüsüyle doğrudan ilişkili olduğunu gösterdi. Termodinamiğin ikinci yasası bize entropinin her zaman artması gerektiğini söyler: evren sürekli olarak daha karmaşık hale geliyor. Bir kara deliğin entropisi de zamanla artması gerektiğinden, bu da alanının da artması gerektiğini gösterir. Bu fikirleri nasıl test edebiliriz? Çarpışan kara delikler, bu test için mükemmel bir araç olduğunu kanıtlıyor. Bu son ölçümün hassasiyeti, bilim insanlarının Hawking'in alan teoremini şimdiye kadarki en hassas şekilde test etmelerine olanak sağladı. İlk tespit GW150914 ile yapılan önceki testler, sinyalin Hawking'in yasasıyla uyumlu olduğunu göstermişti ancak kesin olarak doğrulamamıştı. Kara delikler şaşırtıcı derecede basit nesnelerdir. Bir kara deliğin ufuk alanı, kütlesine ve dönüşüne bağlıdır; bu da astrofiziksel bir kara deliği tanımlamak için gereken tek parametredir. Sırasıyla, kütleler ve dönüşler kütleçekimsel dalganın nasıl göründüğünü belirler. Gelen kara delik çiftinin kütlelerini ve dönüşlerini ayrı ayrı ölçerek ve bunları çarpışmadan sonra kalan son kara deliğin kütlesi ve dönüşü ile karşılaştırarak, bilim insanları iki ayrı kara deliğin alanlarını son kara deliğin alanıyla karşılaştırmayı başardılar. Veriler, alanın artması gerektiği teorik tahminiyle mükemmel bir uyum göstererek Hawking'in yasasını şüphesiz doğruladı. Bilimin hangi dev ismi şimdi test edilecek? Gelecekteki kütleçekimsel dalga gözlemleri, daha egzotik bilimsel teorileri test etmemize ve belki de evrenin eksik bileşenleri olan karanlık madde ve karanlık enerjinin doğasını incelememize olanak tanıyacak.
