Astronomi ve Uzay

Evrenin Genişlemesinde Yerçekimi Dalgalarının Etkisi

Araştırmacılar, nadir görülen kara delik-nötron yıldız çiftlerinden gelen sinyallerin; evrenin büyüme oranını belirleyebildiğini söylüyor.

13,8 milyar yıl önce gerçekleşen patlamadan beri evren hızla genişlemeye devam ediyor. Yüzlerce milyar galaksi ve yıldız; gittikçe açılan bir hamurda kuru üzüm gibi sürükleniyor.
Gökbilimciler, teleskopları belirli yıldızları ve diğer kozmik kaynakları; Dünya’dan uzaklığını ve bize ne kadar hızlı ilerlediklerini ölçmek için işaretlediler. Bu ölçü; Hubble Sabiti‘ni tahmin etmek için gerekli olan iki parametre, evrenin genişlik hızını tanımlayan bir ölçü birimidir.
Fakat bugüne kadar, en kesin çalışmalar; evrenin ne kadar hızlı büyüdüğüne kesin bir çözüm sunmayan, Hubble Sabiti’nin çok farklı değerlerine indirgendi. Bilim insanları, bu bilginin; evrenin kökenine ve kaderine ışık tutabileceğini ve kozmosun süresiz ya da nihayetinde çökecek şekilde genişleyeceğini düşünüyor.

Şimdilerde ise MIT ve Harvard Üniversitesi‘nden bilim insanları; nispeten nadir bir sistem tarafından yayılan yerçekimsel dalgaları kullanarak, Hubble Sabiti’ni ölçmek için daha doğru ve bağımsız bir yol önerdiler: Bir kara delik- ikili nötron yıldızı; spiral bir kara deliğin ve bir nötron yıldızının çok güçlü bir şekilde eşleştirilmesi… Bu nesneler birbirine doğru yaklaştığında ve sonunda çarpıştığında; yerçekimi dalgaları ve bir ışık parlaması üretmiş olacak.

Physical Review Letters‘da yayınlanan bir makaleye göre; ışığın parlamasının bilim insanlarının, sistemin hızını veya Dünya’dan ne kadar hızlı hareket ettiklerini tahmin etmelerini sağlıyor. Şayet tespit edilirse; Dünya’da yayılan yerçekimi dalgaları, sistemin mesafesinin bağımsız ve kesin bir ölçümünü sağlayacak. Her ne kadar kara delik-nötron yıldız çiftleri inanılmaz derecede nadir olsa da, araştırmacılar; bir kaçını bile saptamanın Hubble Sabiti ve genişleyen evrenin oranı için en doğru değeri vermesi gerektiğini hesaplıyor.

MIT Fizik Profesörü Salvatore Vitale: “Kara delik-nötron yıldız çiftleri çok az bildiğimiz karmaşık sistemlerdir. Birini tespit edersek, evren anlayışımıza potansiyel olarak dramatik bir katkıda bulunabileceğiz.”

Sabitlerin Çekişmesi

 

Yakın zamanda Hubble Sabit’inin iki bağımsız ölçümü yapıldı. Biri NASA‘nın Hubble Uzay Teleskobu ve diğeri de Avrupa Uzay Ajansı‘nın Planck Uydusu‘nu kullanıyordu. Hubble Uzay Teleskobu’nun ölçümü, Cepheid Değişkeni (Değişken Yıldızlar-Aynı oranda parlamayan yıldızlar) olarak bilinen bir yıldız türünün yanı sıra; süpernova gözlemlerine de dayanmaktadır. Bu nesnelerin her ikisi de, bilim insanlarının yıldızın mesafesini ve hızını tahmin etmek için kullanabilecekleri, tahmin edilebilir parlaklık modelleri için “standart mumlar” olarak adlandırılan durum kabul edilir.

Diğer tahmin türü ise; kozmik mikrodalga zeminindeki dalgalanmaların gözlemlerine dayanır. Bu dalgalanmalar; evren hala emekleme döneminde iken, Big Bang‘in hemen ardından kalan elektromanyetik radyasyonlardır. Her iki sonda tarafından yapılan gözlemler, son derece hassas olsa da; Hubble Sabiti hakkındaki tahminleri büyük ölçüde aynı fikirde değil.

LIGO ya da Lazer İnterferometre Yerçekimi-Dalga Gözlemevi, yerçekimsel dalgaları algılar ve uzay-zamanın dalgalanmaları; katalismik astrofiziksel fenomen tarafından üretilir.
Vitale: “Yerçekimi dalgaları; kaynak mesafelerini ölçmenin çok doğrudan ve kolay bir yolunu sunuyor. LIGO ile tespit ettiğimiz şey; herhangi bir ekstra analiz olmaksızın kaynağa olan uzaklığın doğrudan bir işaretidir.”

LIGO ve İtalyan muadili Virgo ilk kez bir çift çarpışan nötron yıldızı tespit ettiğinde, bilim insanları; Hubble Sabiti’ni bir yerçekimsel dalga kaynağından tahmin etmede ilk şanslarını elde ettiler. Çarpışma; büyük bir yerçekimsel dalga ortaya çıkardı. Araştırmacılara bu dalgayla sistemin dünyadan uzaklığını belirlemesine fırsat yarattı. Birleşme, aynı zamanda, gökbilimcilerin sistemin hızını belirlemek için yer ve uzay teleskoplarına odaklandığı bir ışık parıltısı da açığa çıkardı.
Her iki ölçümle de, bilim insanları Hubble Sabiti için yeni bir değer hesapladılar. Bununla birlikte, tahmin; Hubble Uzay Teleskobu ve Planck Uydusu kullanılarak, hesaplanan değerlerden yüzde 14 gibi oldukça büyük bir belirsizlik ile geldi.

Vitale, belirsizliğin birçoğunun; bu nötron yıldızının mesafesini, söz konusu sistemin açığa çıkardığı yerçekimi dalgalarını kullanarak, Dünya’dan uzaklığını yorumlamanın zor olabileceğinden kaynaklandığını söylüyor.

Vitale: “Yerçekimsel dalganın ne kadar ‘yüksek olduğunu’ göz önüne alarak mesafeyi ölçüyoruz; yani verilerimizde ne kadar net olduğu gösteriyoruz. Çok net ise, ne kadar yüksek olduğunu görebiliyorsunuz ve bu da mesafeyi veriyor. Ama bu sadece ikili nötron yıldız için doğrudur.
Bunun nedeni, iki nötron yıldızının birbirine doğru sarıldığı bir dönen enerji diski oluşturan sistemlerin, eşit olmayan bir şekilde yerçekimi dalgalarını yayması. Yerçekimi dalgalarının çoğunluğu diskin ortasından dışarı doğru çekilir; daha küçük bir kısım ise kenarlardan dışarı çıkar. Eğer bilim insanları ‘yüksek’ bir yerçekimsel dalga sinyali algılarsa; bu durum iki senaryodan birini gösterebilir: Algılanan dalgalar Dünya’ya çok yakın olan bir sistemin kenarından ya da çok daha başka bir sistemin merkezinden yayılan dalgalardan kaynaklanır…
Nötron yıldız ikilileriyle, bu iki durum arasında ayrım yapmak çok zor.”

Yeni Bir Dalga

 

Vitale ve meslektaşları, 2014 yılında; (LIGO yerçekimsel dalgaların ilk tespitini yapmadan önce) bir kara delik ve bir nötron yıldızından oluşan ikili bir sistemin birbiriyle karşılaştırıldığında, daha doğru bir mesafe ölçümü verebileceğini gözlemledi. Ekip araştırmasını, bir kara deliğin dönüşünün ne kadar doğru ölçebildiği yönünde yaptı. Çünkü nesnelerin, eksenleri üzerinde; Dünya gibi çok hızlı bir şekilde döndüğü biliniyor.

Araştırmacılar; kara delik-nötron yıldız ikilisi de dahil olmak üzere kara delikler ile çeşitli sistemleri simüle etti. Bu çalışmanın yanı sıra, ekip; nötron yıldız ikilisine kıyasla, kara delik-nötron yıldız çiftlerinin mesafesini daha doğru bir şekilde belirleyebildiklerini fark etti. Vitale, bunun; nötron yıldızının etrafındaki kara deliğin spininden kaynaklandığını söylüyor. Bu sonuçta, bilim insanlarının; yerçekimi dalgalarının yayıldığı yerden daha iyi bir noktaya ulaşmalarına yardımcı olabilir.

Vitale kısa süre önce orijinal gözlemine geri döndü ve bu yeni makalede teorik bir soruyu yanıtlamaya başladı:

“Her kara delik-nötron yıldız ikilisinin potansiyel olarak karşılaştırmak için, bize; daha iyi bir mesafe ölçüsü vereceği gerçeğini sağlayabilecek mi? Evrende nötron yıldız çiftlerinden çok daha azı var…”

Bu soruyu cevaplamak için ekip, evrendeki her iki ikili sistem türünün ortaya çıkışını ve aynı zamanda uzaklık ölçümlerinin doğruluğunu tahmin etmek için, simülasyonlar yaptı. Hesaplamalar sonucunda; nötron ikili sistemler 50-1’e kadar kara delik-nötron yıldız sistemlerini saymış olsa bile; ikincisinin, birinciye doğrulukla benzer bir Hubble Sabiti’ni vereceği sonucuna vardılar.

Vitale: “Daha iyimser olarak; şayet kara delik-nötron yıldız çiftleri biraz daha yaygın olsalardı yani; nötron yıldız çiftlerinden daha nadir olsalardı, eskiden dört kat daha doğru bir Hubble Sabiti üretilecekti. Şimdiye kadar, insanlar, kütleçekim dalgaları ile Hubble Sabiti’ni ölçmenin bir yolu olarak ikili nötron yıldızlarına odaklandılar. Şimdiye kadar hiç kullanılmamış olan başka bir yerçekimsel dalga kaynağı olduğunu gösterdik: Kara delikler ve birlikte dönen nötron yıldızları… LIGO, Ocak 2019’da tekrar veri almaya başlayacak ve daha hassas olacak, yani daha uzaktaki nesneleri görebileceğiz. Bu yüzden LIGO, en az bir kara delik-nötron yıldızı ikilisini ve 25’ye yakın nesneyi görmeli, ki bu da önümüzdeki birkaç yıl içinde, Hubble Sabiti ölçümlerindeki mevcut gerilimi çözmeye yardımcı olacak.”

Kaynak:
MITharvard
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (1 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 5,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Close