Bilim insanları, kütleçekimsel dalga dedektörleri aracılığıyla iki kara deliğin birleşerek tek, devasa bir varlığa dönüşmesini ve bu süreçte yüzey alanlarının nasıl arttığını adeta 'duydular'. Bu tespit, ünlü fizikçi Stephen Hawking'in 50 yılı aşkın süre önce ortaya attığı ancak hayattayken kanıtlanamayan bir teorisi için şimdiye kadarki en güçlü kanıtı sunuyor.
Bu araştırmaya dayanan bir çalışma, Physical Review Letters dergisinde yayımlandı. Çalışma, Max Planck Yerçekimsel Fizik Enstitüsü'nde doktora öğrencisi olan Adrian G. Abac tarafından yönetildi.
Kozmosun Dalgalanan Dokusu
LIGO (Lazer İnterferometre Kütleçekimsel Dalga Gözlemevi), kara deliklerin veya nötron yıldızlarının çarpışması gibi evrenin en ekstrem olayları sırasında uzay-zaman dokusunda meydana gelen dalgalanmalar olan kütleçekimsel dalgaları tespit ediyor. LIGO'nun neredeyse tam olarak 10 yıl önce yaptığı ilk doğrudan kütleçekimsel dalga tespiti, iki kara deliğin birleşmesini gözlemleyerek Albert Einstein'ın genel görelilik teorisini doğrulamıştı.
Şimdi, on yıllık deneyimle LIGO işbirliği yapan kurumlar, dedektörlerde önemli iyileştirmeler yaptı. Bu sayede, eskiden ayda bir tespit edilen kara delik birleşmeleri artık yaklaşık üç günde bir ortalama tespit ediliyor.
14 Ocak'ta tespit edilen olay sırasında LIGO, iki kara deliğin birleştiğini ve ortaya çıkan yeni kara deliğin, çarpışan iki nesneden önemli ölçüde daha büyük olduğunu gözlemledi. Birleşmeden önce, iki kara deliğin toplam yüzey alanı yaklaşık 243.000 kilometrekareydi. Birleşmeden sonra ise yeni oluşan tek kara deliğin yüzey alanı yaklaşık 400.000 kilometrekareye ulaştı. Yani, yeni birleşen kara delik, parçalarının toplamından daha büyüktü.
Büyüyen kara deliğin tespiti, Hawking'in 1971'de ortaya attığı ve bir kara deliğin 'olay ufku'nun – yani hiçbir şeyin kaçamayacağı sınırın – asla küçülemeyeceği öngörüsünü doğruluyor. Columbia Üniversitesi'nden araştırmacılar, bu teorinin muazzam sonuçları olduğunu belirtiyor. Hawking'in teoremi, kara delik mekaniğinin ikinci yasası olarak biliniyor ve entropinin (düzensizliğin) zamanla yalnızca artabileceğini belirten termodinamiğin ikinci yasasına benziyor.
Bu durum, bilim insanlarını kara delikleri artık 'termodinamik nesneler' olarak görmeye yöneltiyor. Bu da, genel göreliliğin bu nesnelerin kuantum doğası hakkında bilgi sahibi olduğunu ve bir kara deliğin içerdiği bilginin veya entropinin alanıyla orantılı olduğunu gösteriyor.
'Bir Dolu Gibi Ses Veriyor'
Bu, LIGO'nun Hawking'in teorisini ilk kez test etmesi değil; 2021'deki bir gözlem, teorisini geçici olarak doğrulamıştı. Ancak yeni sonuçlar, bu önceki sonucu çok daha yüksek bir hassasiyetle teyit ediyor.
Çalışma, kara delikler birleşirken yayılan kütleçekimsel dalgaların perdesini ve süresini inceleyerek bu hassasiyete ulaştı. Kara deliklerin boyutu ve şekli bu dalgaları etkilediği için, bilim insanları dalgalar aracılığıyla kara delikler hakkında çıkarımlar yapabiliyor; tıpkı bir müzik aletinin boyutu ve şeklinin çıkardığı sesi etkilemesi gibi.
GW250114 olarak bilinen yeni tespit edilen olay, yeni kara deliğin birleşme sonrası sakinleşmesiyle uzay-zaman dokusunda bir 'dolgunluk' (ringing) yarattı.
'Dolgunluk', bir kara delik rahatsız edildiğinde meydana gelen bir durumdur, tıpkı bir zil çalındığında ses çıkarması gibi. Bu 'dolgunluk', araştırmacıların kalan kara deliğin onu oluşturan iki kara delikten daha büyük bir yüzey alanına sahip olduğunu doğrulamasını sağladı.
Bulgular ayrıca, yaklaşık altmış yıl önce matematikçi Roy Kerr tarafından tanımlanan başka bir teoriyi de kanıtlıyor. Kerr metriği adı verilen teori, dönen bir kara delikte genel görelilik için Einstein'ın alan denklemlerinin nasıl çalıştığını açıklıyor. Yani, 'aynı kütle ve spine sahip iki kara delik matematiksel olarak özdeştir'. Bu, yalnızca kara deliklere özgü çok eşsiz bir durum.
LIGO şu anda iki dedektörden oluşuyor: biri Washington'da, diğeri Louisiana'da. Bu ikiz interferometreler, Ligo-Virgo-KAGRA (LVK) İşbirliği'nin bir parçası olarak Avrupa'nın Virgo ve Japonya'nın Kamioka Kütleçekimsel Dalga Dedektörü interferometreleriyle de çalışıyor.
Araştırmacılar LIGO'nun ikiz dedektörlerini hassaslaştırmaya devam ederken, en az bir dedektör daha planlanıyor. LIGO-Hindistan'ın 2030 civarında faaliyete geçmesiyle, LVK ağının kütleçekimsel dalga kaynaklarını yerelleştirme hassasiyeti önemli ölçüde artacak. Daha fazla dedektör, evrenin en erken kara delik birleşmelerini 'duymak' için gelecekte devreye girebilir.
ABD'de daha büyük bir interferometre konsepti olan Cosmic Explorer, mevcut LIGO gözlemevlerinin kollarından 10 kat daha uzun kollara sahip dedektörlere sahip olacak. Avrupa'da ise 10 kilometreden uzun kollara sahip bir veya iki yer altı dedektörü içerecek Einstein Teleskop projesi de bulunuyor.
