Büyük Astronomik Keşif: Evrenin Hımlayan Sesi

3 gün önce, 29 Haziran’da 2023’ün en önemli astronomik keşfi açıklandı. Şu anda bütün astronomi ve fizik dünyası yeni paylaşılan bu keşfi konuşuyor. Ben de canlı yayında izledim ama herhangi bir yanlış yapmamak için canlı olarak aktarmayı tercih etmedim. Onun yerine sizlere bu videoyu hazırlayarak, astronomiyle ilgili olmayan kişileri bile heyecanlandırabilecek bu keşfi tane tane anlatmaya çalışacağım. 

Taa Einstein’dan bu yana evrenle ilgili bir şeylerden şüpheleniyoruz. Gravitasyonel dalgalar! “Gravitation” kelimesini yer çekimi şeklinde dümdüz çevirmek istemiyorum onun için çekim, kütle çekimi, cazibe gibi pek çok anlamı da içinde barındıran “gravitasyonel” demeye devam edeceğim. İşte evren tümüyle gravitasyonel dalgalanmalarla dolu. Uzay-zaman kumaşının kendisi dalgalanıyor. Buna da “gravitasyonel dalga arkaplanı” deniyor. Diyorum ama şunu da hemen belirteyim, çok yeni bir alan bu. Bilim insanı olmak isteyip de hangi konuda çalışayım diye düşünüyorsanız aklınızda bulunsun.

Ne kadar yeni biliyor musunuz? 2015’te ilk kez tespit edildi. 2017’de tespit edenlere Nobel Fizik Ödülü verildi ve ben de bu konuyu bir videoyla anlattım. Ve işte şimdi 2023’te onu tespit etmenin öyle bir yolu bulundu ki… neredeyse evrenin fısıltısını duymaya başladık. Daha doğrusu “hımmmm” diye çıkan sesini.

Şu ana kadar iki yıldızın ya da iki kara deliğin çarpışması sonucu evrende meydana gelen dalgalanmaları kaydettik. Adeta o çarpışmaların sesini duyduk. Evet, adeta duyduk diyorum çünkü bu dalgalanmalar insan kulağının duyabileceği spesifik frekanslarda meydana geldi. Ama kimse sesi bu şekilde fiziksel olarak duyamadı. Çünkü bu dalgalar atomları ya da molekülleri değil, uzay-zaman kumaşını titretiyor. Fiziksel olarak resmen bu sesi işitebilmenin tek yolu var: çarpışmakta olan kara deliklerin yanına gitmek, ki bunu da kimseye tavsiye etmem. Yapmayın!

Peki nasıl anlayacağız bu konuyu? Bulabildiğim en iyi benzetme bizim dünyamızda da rahatlıkla görebildiğimiz bir yerden geliyor arkadaşlar: okyanus. Evet büyük bir denizde olduğunuzu hayal edin. Uçsuz bucaksız suları uzay-zaman kumaşı dediğimiz şey olarak düşünün. Siz de orada bir kayıktasınız. Etrafınızda türlü türlü dalgalar oluşabilir değil mi? Bazen dümdüz olabilir. Bazen hafif dalgalanmalar meydana gelebilir. Bazen de devasa dalgalarla boğuşmak zorunda kalabilirsiniz. 

Böyle küçük bir kayığın içindeyken düşük dalga boylarını hissetmek kolaydır. En küçük dalgalarda bile kayığınız bir aşağı bir yukarı hareket eder. Ama çok yavaş oluşan çok büyük dalgaları hissetmek o kadar kolay değildir. Öylesine büyük dalgaları yine büyük olan bir gemide hissedebilirsiniz. Büyük gemilerde de az önce sizi sallayan o küçük dalgaların neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Ama Dünya üzerinde sürekli oluşan öyle büyük bir dalgalanma var ki onu hissedebileceğiniz büyüklükte bir gemi daha yapılmadı. Gel-git olayı gezegen büyüklüğünde bir dalgalanma. 

İşte gravitasyonel dalgalar da öyle tek tip bir dalga değil. 2015’te ilk kez tespit edilen dalgalar okyanustaki küçük bir kayığın içinden hissedilebilecek kadar minik dalgalardı. Ama yine de onları hissedebilmek için bir kayık kullanmak gerekiyor değil mi? İşte 2017’de Nobel Ödülü kazananlar o özel kayığı yapanlar. Özel ölçüm aracını. Pek de minik bir kayığa benzemiyor. Her iki tarafa doğru 4km uzunluğunda vakumlu tüneller içerisinde hareket eden çok hassas lazerler ve aynalardan oluşan çok özel bir araç. İşte bununla o minik dalgaların gerçekten var olduğu kanıtlandı. Denize minik taşlar attığınızda oluşabilecek minicik dalgalar. Tabi taşlar yerine uzaydaki minik kara deliklerin çarpışmasıyla oluşuyor. Ya da nötron yıldızlarının çarpışmasıyla. Minik dediğime de bakmayın yıldız büyüklüğündeki kütlelerden söz ediyoruz. 

Şimdi okyanusta oluşabilecek en büyük dalgaları hayal edin. Tsunami dalgalarını… İşte uzay-zaman kumaşında da böyle dalgalanmalar meydana geliyor. Devasa büyüklükte dalgalar. Şimdi diyeceksiniz ki onları tespit etmek kolay değil mi? Hayır, daha zor. Bunları kıyılara vurmadan önce tespit edebiliyoruz ama kayık ve gemi örneğini hatırlayın. Öyle devasa bir dalga oluşurken üzerinde kayıkla durursanız size hiçbir şey olmuyormuş gibi gelir. Çünkü dalganın yüksekliği sadece birkaç santimetreyken dalganın boyu derin denizlerde yüzlerce kilometreye ulaşabilir. Bu tür bir dalganın etkisini hissedebilmek ve ölçebilmek için yüzeyde ve diplerde belli noktalara belli aralıklarla yerleştirilmiş şamandıra ve ölçüm araçlarını kullanmak gerekir. Ancak bunların arasındaki mesafe değişimlerine göre devasa dalgaların oluştuğunu anlayabilirsiniz. 

Şimdi aynı şeyi uzay için düşünelim. Uzay-zaman kumaşını devasa bir okyanus olarak hayal edelim. Bu kumaştaki çok büyük dalgalanmaları onun içindeki küçücük Dünya kayığından hissedebilmemiz mümkün değil. Okyanusun farklı yerlerine yerleştirilen o şamandıralara ihtiyacımız var. Ancak bazı gravitasyonal dalgalar o kadar büyük ki binlerce ışık yılı boyunda. O yüzden uzay şamandıralarımızı uzayda çok geniş bir ölçekte dağıtmak gerekiyor. İşte bu hafta açıklanan o çok önemli astronomik keşfi yapan bilim insanları tam 15 yıldır bu konu üzerinde çalışıyordu. Ve çok zekice bir şey keşfettiler. 

Uzay şamandırası olarak pulsarları kullanmak!

Pulsarlar aslında nötron yıldızları. Çok güçlü manyetik alana sahipler ve manyetik kutuplarından güçlü bir radyo ışınımı yayıyorlar. Yani uzayı bir okyanus olarak düşünürsek bunlar da resmen oradaki deniz fenerleri gibi. Nötron yıldızının dönüş ekseni ile bu manyetik ekseni çakışmadığında, aslında bir deniz feneri gibi uzayı tarıyor. Eğer bu doğrultuda yer alırsak, periyodik olarak yanıp sönen bir radyo ışınımı görüyoruz ve bu özel nötron yıldızlarına pulsar adını veriyoruz. Pulsating yani atımdan, zonklamadan geliyor bu ifade. Zaten atarca olarak da Türkçeleştirilmiş.

Peki pulsarları bu iş için bu kadar özel kılan ne? Çünkü onların bu “zonklamaları” çok hassas. O kadar hassas ki bir saat gibi kullanılabiliyor. Bakın size birkaç pulsar sesi dinleteyim. 

Kuzey gökyüzündeki en parlak pulsarın sesi bu. 0.714520 saniyede bir atım yapıyor. 5.5 milyon yıldan beri, hiç şaşmadan! Bu kadar hassas bir saat olabilir mi? Zaten o yüzden bir ara atom saatleri yerine pulsar saatleri kullanma düşüncesi bile konuşuluyordu.

Bakın bu da bir başkası. Hepsinin farklı bir frekansı var. Kimisi saniyede bir iki kere yanıp sönerken, kimisi saniyede yüzlerce defa yanıp sönüyor. Yani o koca yapılar saniyede yüzlerce tur atarak muazzam bir hızla dönüyorlar ve bunu çok hassas bir biçimde yapıyorlar.

Evrenin her yerine serpiştirilmiş böylesine bir saat gibi hassas milyonlarca pulsar var. Bunları kullanarak bir ölçüm aracı yapılamaz mı? NANOGrav adında bir çalışma grubu işte tam olarak bunu yaptı. Amerika ve Kanada’dan 190 bilim insanın bir araya gelerek yürüttüğü 15 yıllık bu çalışmanın sonuçları aynı zamanda Avrupa, Hindistan, Avusturalya ve Çin’deki teleskoplarla yapılan bağımsız gözlemlerle de doğrulandı. 

Galaksi boyutunda bir dedektör yaptılar. Bakın Dünya boyutlarında değil, Güneş sistemi de değil, galaksi boyutunda bir dedektör! Bunun için Samanyolu Galaksisi’ndeki tam 67 farklı pulsarı kullandılar. Eğer aradan bir gravitasyonel dalga geçecek olursa, esneyen uzay-zaman dokusu, pulsarın atımında periyodik gecikmelere neden oluyor. Çünkü ışığın alması gereken yol miktarı, aradaki uzayın esneyip büzüşmesi nedeniyle değişiyor. Dolayısıyla pulsarın atım süresi bir süre zarfı boyunca giderek artan bir şekilde gecikiyor, sonra o esneyen bölge geri büzüşünce de atım süresi geriye dönüyor.

Matrix’teki “glitch” gibi! Samanyolu Galaksisi’nde birbirlerinden binlerce ışık yılı uzaklıktaki pulsarlarda aynı anda bir glitch oluşuyor. Yani o sırada evrendeki devasa tsunami dalgalarından biri bizim galaksimizden geçiyor. Uzay zaman kumaşında o kadar büyük bir dalga ki bu biz hayatımıza gayet normal bir şekilde devam ediyoruz. Hiçbir şey hissetmiyoruz. Okyanustaki minicik kayığımızda bize bir şey olmuyor. Ama evren ölçeğinde bile son derece büyük bir olay bu.

Peki neden oluyor? O gravitasyonel dalgaları başlatan şey ne?

Okyanuslarda böylesi büyük dalgaların oluşabilmesi için Dünya’da deprem gibi güçlü etkilere ihtiyaç var, öyle sadece denize taş atarak olabilecek bir şey değil. Peki uzayda böylesine büyük dalgaları oluşturmak için nasıl bir güç gerekiyor? 

Yine kara delikler… Ama süper kütleli devasa kara delikler birbiriyle çarpışınca böylesine büyük gravitasyonel dalgaları oluşturuyor. Güneşi düşünün. Binlerce değil, milyonlarca değil, milyarlarca kat büyütün. Yanına aynı kütleli başka bir Güneş daha getirin. İşte bahsettiğimiz kara delik çiftleri böylesine büyük kütlelerde… İki galaksi çarpışırken bunlar da önce aralarında bir dans başlatıyor ve en sonunda birbirleriyle çarpışıyor. O çarpışmanın oluşturduğu dalgalar milyarlarca yıldır evrende yayılıyor ve bizim galaksimizden geçerken o pulsarları etkiliyor. Gravitasyonel dalgaların sebeplerinden biri bu olabilir.

Sadece çarpışma da değil, çarpışma öncesinde çok uzunca bir süre birbirlerinin etrafında dönerken de bu dalgalar oluşuyor. Evrenin her yerinden geliyor. Oldukça alçak, derin, pes bir ses gibi… Hımmmm.

Bunun sebeplerinden biri kozmik sicimler olabilir mi? Evrenin ilk zamanlarında meydana gelen ani değişimler bu olağan dışı formasyonlara yol açmış ve onların titreşimleri de bugün bile duyuluyor olabilir diyenler var. Evrenin başlangıcından, kozmik enflasyondan ortaya çıkan dalgaları duyuyor olabiliriz. 

Başka bir öneri hipotetik kozmolojik evren modellerinden biriyle ilgili: Big Bounce (Büyük Sekme). Buna göre evren patlıyor, büyüyor ve tekrar içine çöküyor. İşte bizim Big Bang’imizden önceki evren içine çökmüş olabilir ve onun yarattığı dalgaları keşfetmiş olabiliriz diyorlar. 

Yani bir önceki evrenin “hımmm”lama sesi olabilir. Bu sonuncusu için çok daha fazla kanıta ihtiyaç var elbette ama yine de olası açıklamalardan biri. 

Öyle ya da böyle kara delik fotoğrafından bu yana en büyük astronomik keşiflerden biriyle karşı karşıyayız. 

Evreni büyük bir senfoni olarak hayal edersek, her bir gök cismini de farklı bir enstrüman olarak düşünebiliriz. Birbirlerinin etrafında dönen kara delikler bu orkestranın bas partisyonunu yazıyor. Kozmik Senfoni, galaksilerin evrimi ve kozmosun tarihine ilişkin yeni ve eşsiz içgörüleri sağlamaya devam ediyor. O senfonideki çok büyük cisimlerin çıkardığı devasa bir “hımmm” sesini bizler daha yeni işitmeye başladık.