Bilim insanları, şimdiye kadar kaydedilen en güçlü kütleçekimsel dalga sinyalini kullanarak, Albert Einstein'ın 100 yılı aşkın süredir geçerli olan yerçekimi teorisini şimdiye kadarki en çetin testine tabi tuttu ve teori yine başarıyla geçti.
GW250114 olarak adlandırılan bu sinyal, Güneş'in yaklaşık 30 katı kütleye sahip iki karadelikten oluşan bir birleşmeden geldi. Bu olay, Dünya'dan yaklaşık 1.3 milyar ışık yılı uzakta meydana geldi ve uzay-zamanda dalgalanmalar yarattı. Bu dalgalanmalar, 14 Ocak 2025'te Dünya'ya ulaştı ve ABD merkezli Kütleçekimsel Dalga-Lazer İnterferometre Gözlemevi (LIGO) tarafından tespit edildi.
Bilim insanları, bu olayın 2015'teki ilk doğrudan kütleçekimsel dalga tespitine yol açan olaya çok benzediğini belirtiyor. Bu durum, her iki birleşmedeki karadeliklerin de boyut ve Dünya'ya olan uzaklık açısından benzer olduğunu düşündürüyor.
Ancak, bu yeni sinyal, 2015'teki çığır açan keşfin yaklaşık üç katı netlikle kaydedildi. Bu sayede bilim insanları, Einstein'ın genel görelilik teorisini daha önce hiç olmadığı kadar kapsamlı bir şekilde test etme imkanı buldu.
Bu olayın genel göreliliğin bazı testleri açısından daha önceki tüm gözlemlerimizden daha fazla bilgi sağladığını ifade eden araştırmacılar, kaydettikleri en güçlü olay olduğunu belirtiyor. Sinyalin olağanüstü netliği, tespit cihazlarındaki on yıllık sürekli iyileştirmelerden kaynaklanıyor. Bu iyileştirmeler, sismik titreşimler ve hatta geçen kamyonlar gibi kozmik sinyalleri bozan gürültü kaynaklarını azalttı. Sonuç olarak, tespit cihazları, yakın zamanda tespit edilen karadelik birleşmesinin neden olduğu uzay-zamandaki minik bozulmalara karşı yeterince hassas hale geldi. Bu bozulmalar, insan saçının genişliğinden 700 trilyon kat daha küçüktü.
Bulgular, 29 Ocak'ta Physical Review Letters dergisinde yayımlanan bir çalışmada ayrıntılı olarak yer alıyor.
Bir Karadeliğin "Çınlaması"
Yakın zamanda tespit edilen sinyal o kadar net olduğu için, araştırmacılar birleşmenin ardından gelen ve "ringdown" olarak bilinen kısa bir aşamaya odaklanabildiler. Bu aşamada, yeni oluşan karadelik, vurulan bir çan gibi kısa bir süre titreşerek belirli desenlerde veya "tonlarda" kütleçekimsel dalgalar yayar. Bu tonlar, karadeliğin kütlesi ve dönüşü gibi önemli özelliklerini kodlar.
GW250114'te, araştırmacılar böyle bir birleşme için öngörülen iki ana tonu tespit ettiler. Her ton, karadeliğin kütlesi ve dönüşü için bağımsız bir ölçüm sağladı ve her ikisi de eşleşti. Bu, genel görelilik teorisinin bir doğrulaması olarak kabul edildi.
Bilim insanları ayrıca, çınlama başlangıcında kısa süreliğine ortaya çıkan daha ince ve kısa ömürlü bir "üst tonu" da ilk kez güvenle tanımladılar. Bu da genel görelilik tarafından uzun zamandır öngörülen başka bir özelliktir.
Bu olayın, genel göreliliğin bu tahmininin sinyalde mevcut olduğunu çok net bir şekilde gösterdiğini ve bunun gerçekten heyecan verici olduğunu belirten araştırmacılar, eğer ölçümler uyuşmasaydı, fizikçiler olarak ne olduğunu açıklamada ve evrendeki gerçek yerçekimi teorisini bulmada büyük bir işleri olacağını ekliyor.
Aynı olayın daha önceki analizleri, Stephen Hawking'in 50 yıldan uzun süre önce önerdiği ve genel görelilikten türetilen başka bir önemli tahmini de doğruladı. Hawking, bir karadeliğin yüzey alanının (olay ufku boyutu) asla küçülemeyeceğini öngörmüştü. Kütleçekimsel dalgalar olarak büyük miktarda enerjinin birleşme sırasında kaçmasına rağmen bu kural geçerliydi.
GW250114'te bilim insanları, iki orijinal karadeliğin birleşik yüzey alanının yaklaşık 240.000 kilometrekare olduğunu tahmin ettiler. Birleşmeden sonra ortaya çıkan karadeliğin yüzey alanı ise yaklaşık 400.000 kilometrekareye ulaştı. Bu sonuç, Hawking'in tahminleriyle uyumludur.
Altın Çağ
Genel görelilik, büyük ölçekli kozmik olayları tanımlamada sürekli başarı elde etmesine rağmen, fizikçiler bu teorinin evrendeki yerçekiminin tam bir açıklaması olamayacağından şüpheleniyor. Örneğin, galaksileri ve galaksi kümelerini bir arada tutmak ve evrenin hızlanan genişlemesini açıklamak için gerekli olan karanlık madde veya karanlık enerjiyi açıklayamaz. Ayrıca, en küçük ölçeklerde doğayı yöneten çerçeve olan kuantum mekaniği ile de tam olarak uyum sağlamaz.
Bilim insanları, enerjik karadelik birleşmelerinden gelen kütleçekimsel dalgaların, Einstein'ın tahminlerinden ince sapmalar gösterebileceğini ve bunun da potansiyel olarak yeni fiziği ortaya çıkarabileceğini umuyor.
Ringdown aşaması, bu tür testler için özellikle umut verici olarak görülüyor. "Einstein sonrası" teorilerin birçoğu, ringdown aşamasında biraz farklı titreşim desenleri öngörüyor. Bu nedenle, araştırmacıların GW250114 ile yaptığı gibi birden fazla tonu ölçmek, bilim insanlarının genel görelilikten herhangi bir olası sapmaya sınırlar koymasına yardımcı olabilir.
Bir uyuşmazlık bulunursa, araştırmacılar verileri alternatif yerçekimi teorilerinin tahminleriyle karşılaştırarak gerçeğe hangisinin, eğer varsa, uyduğunu belirleyebilirler.
Gelecekteki yeni nesil tespit cihazları, mevcut tesislerden 10 kat daha hassas olacak. Bu cihazlar, GW250114 gibi daha fazla olayı tespit etmenin yanı sıra, daha büyük karadeliklere karşılık gelen daha düşük frekanslı kütleçekimsel dalgaları da gözlemleyebilecek ve böylece bu kozmik devlerin tamamen yeni sınıflarını incelemeye olanak tanıyacak.
Araştırmacılar ayrıca, galaksilerin merkezlerindeki süper kütleli karadeliklerden gelen kütleçekimsel dalgaları gözlemlemesi beklenen Avrupa Lazer İnterferometre Uzay Anteni'ne (LISA) de bakıyor. 2035'de fırlatılması planlanan LISA'nın büyük bir olaylar seli tespit etmesi ve tek bir karadelik birleşme olayında düzinelerce farklı ton ortaya çıkarması bekleniyor.
Eğer kütleçekimsel dalga bilimi için fonlama devam ederse, "giderek daha fazla altın olaya tanık olacağız ve evrenimizdeki yerçekiminin doğası hakkında harika şeyler öğrenmeye başlayacağız" deniyor.
