Evrendeki en ekstrem kütleçekim alanına ev sahipliği yapan kara deliklerin çevreleri, uzun süredir bilim dünyasının merakını cezbetmekte. Olay Ufku Teleskobu (Event Horizon Telescope - EHT) sayesinde kara deliklerin etrafındaki ilk görüntüleri elde etmemizin ardından, bu alandaki gözlem gücü ve detaylar sürekli olarak artırılıyor.
Ancak bu noktada önemli bir soru ortaya çıkıyor: Bahsettiğimiz yerçekimi tam olarak hangisi? Genel görelilik kuramı ile kuantum mekaniğinin uyumsuzluğu ve karanlık maddeyi açıklayamamamız, bilim insanlarını genel göreliliğin ötesinde, fiziğin bazı açmazlarını gideren yeni yerçekimi teorileri üzerine düşünmeye sevk etti. İşte bu noktada, kara deliklerin yakınındaki aşırı ortamın, bu farklı hipotezler arasındaki farkları büyütebileceği fikri öne sürülüyor. Bir grup fizikçi de bu ihtimali değerlendirerek, yeni nesil teleskopların genel göreliliğin olası alternatiflerini eleyip eleyemeyeceğini araştırmaya karar verdi.
Gizemli Farkları Keşfetmek
Genel göreliliğe getirilecek herhangi bir alternatif, hassas bir meydan okumayla karşı karşıya kalır. Çünkü genel görelilik, evrenin büyük ölçekli yapısından Dünya üzerindeki ölçebildiğimiz olaylara kadar birçok durumu başarıyla açıklayabilmektedir. Bu nedenle, alternatif teorilerin genel görelilikten çok ince ve tespit edilmesi son derece zor farklar göstermesi gerekmektedir.
Ancak kara deliğin çevresindeki ortam, bu ince farkları büyütebilecek kadar ekstrem olabilir. Kara deliğin kütleçekimi o kadar yoğundur ki, dönen bir kara delik, uzay-zaman dokusunu da adeta bir girdap gibi sürükler. Bu olgu, ışığın Dünya'ya ulaşana kadar bükülmüş bir yörünge izlemesine neden olur. Ve bu durum, doğrudan yerçekimiyle ilişkilidir. Araştırmacılar, "Kara deliğin etrafındaki bir bölgenin görüntüsünün, gözlemciye ulaşmadan önce fotonların yaptığı yarı yörünge sayısıyla ayırt edilen, iç içe geçmiş halka benzeri görüntüler dizisinden oluşacağını genel göreliliğin öngördüğünü" belirtiyor. "Foton halkalarının yapısının ve konumlarının doğru ölçümü, güçlü ama durağan eğrilik rejiminde yerçekimini araştırmak için en zorlayıcı yolu temsil ediyor."
Şu anki teknolojiyle bu küçük değişiklikleri tespit etme yeteneğimiz muhtemelen sınırlı olsa da, bu durum gelecekte değişebilir. Zira, Olay Ufku Teleskobu'nun yeni nesil bir versiyonu, benzer prensiplerle çalışacak uzay tabanlı bir teleskopla birlikte düşünülüyor. Bu bağlamda, dört araştırmacıdan oluşan bir ekip (Şangay ve CERN'den), Olay Ufku Teleskobu operasyonel hale gelmeden kısa bir süre önce yaptıkları bir analizi tekrarlayarak, yeni nesil donanımın kara deliğin çevresindeki ortamda, farklı yerçekimi teorilerini ayırt edebilecek özellikler yakalayıp yakalayamayacağını inceledi.
Teorisyenler yoğun bir çalışma içinde ve genel göreliliğin birçok potansiyel alternatifi mevcut. Ekip, bu alternatifleri tek tek incelemek yerine, belirli bir hipoteze odaklanmayan parametrik bir yerçekimi modeli (parametrik Konoplya–Rezzolla–Zhidenko metriği) kullandı. Bu model, bazı parametrelerinin değiştirilmesine izin vererek, ekibin yerçekiminin davranışını belirli sınırlar dahilinde değiştirmesini sağladı. Potansiyel farkların ne gibi olabileceğini anlamak için araştırmacılar, iki farklı parametreyi sıfır ve bir arasında değiştirerek dört farklı seçenek elde etti. Bu sonuçlar, olay ufkunun standart genel görelilik versiyonu olan Kerr metriği ile karşılaştırıldı.
Küçük Ama Belirgin Farklar
Bu beş farklı yerçekimi versiyonunu kullanarak, olay ufkunun yakınındaki üç boyutlu ortam, akışkan simülasyonlar, içeri düşen madde, ürettikleri manyetik alanlar ve bu manyetik alanların güçlendirdiği madde jetleri dahil olmak üzere modellendi.
Elde edilen sonuçlar, Olay Ufku Teleskobu'nun ürettiği görüntülere benziyordu. Bunlar arasında, kara deliğin dönüşü nedeniyle bir tarafı önemli ölçüde daha parlak olan, önemli ölçüde asimetrik parlak bir halka yer alıyordu. Ve yerçekiminin tüm varyasyonları arasındaki farklar ince olsa da, mevcuttu. Aşırı bir versiyon en küçük ama en parlak halkayı üretirken, diğerinde halkanın parlak ve soluk tarafı arasındaki kontrast azaldı. Modellerde üretilen jetlerin genişliğinde de farklılıklar gözlemlendi.
Bu iyi haber. Kötü haber ise, bu farkların tespit edilmesinin zor olacağı. Araştırmacılar, "Görüntülerde bariz farklar olsa da, bu farkların genel görelilikten en aşırı sapmalar dikkate alındığında bile oldukça küçük olduğunu" belirtiyor.
Genel sonuçları, yeni nesil teleskopların bu farklardan bazılarını yakalamayı mümkün kılabileceği ancak bunun kolay olmayacağı yönünde. Kara deliğe düşen madde miktarındaki farklılıklar nedeniyle oluşan temel değişkenlik, modellerde görülenlerden daha büyük varyasyonlara neden olacaktır. Bu nedenle, araştırmacılar, kısa vadeli bu değişkenliğin etkisini kontrol edebilmek için en azından yıllar boyunca toplanan çok sayıda veriye ihtiyaç duyulacağını söylüyor. Bunlara rağmen, herhangi bir teoriyi elemek için polarizasyon veya spektral haritalar gibi ek verilere ihtiyaç duyulacağını düşünüyorlar.
Dolayısıyla, olay ufuklarını yerçekimi araştırma laboratuvarlarına dönüştürme noktasına henüz ulaşamadık. Ancak yaklaşıyoruz ve bu, yeni nesil olay ufku tarzı teleskopları ek gözlemlerle birleştiren koordineli bir gözlem kampanyasıyla mümkün olabilir.
