Gökbilimciler, şimdiye kadar görülen en ilginç kütleçekim dalgası sinyalini tespit etmişler. Bu gözlem, bilim insanlarının evren hakkında bildiklerini yeni baştan yazmasına yol açabilir.
Kütleçekim dalgaları, dev cisimlerin etraflarında bulunan uzay zamanı bozmasıyla meydana geliyor ve evren boyunca dalgalar halinde yayılıyor. Bilim insanları, bu gibi dalgaları ilk defa 2015 yılında, iki kara delik birbiriyle çarpıştığında tespit etmişlerdi.
Kütleçekim dalgaları, o zamandan beri daha da ilginç hale gelmeye; bilim insanları ise daha çok heyecanlanmaya başladı. Şimdiyse bir grup araştırmacı, bilinen en büyük nötron yıldızından daha büyük olan fakat bilinen en küçük kara delikten de daha küçük olan bir cismin bulunduğu çarpışma sonucunda, oluşan kütleçekim dalgası sinyalini ilk defa tespit ettiklerini duyurdu. Bu tespit, bilim insanlarının tam olarak neler gerçekleştiğini belirleyemeyeceği kadar karmaşık olsa da; sinyal, gelecekte yapılacak daha ilginç gözlemlere dair umut veriyor. Ayrıca söz konusu tespit, süpernova adı verilen dev yıldız patlamalarının oluşum biçimini de farklı yönlerden anlamamıza yol açabilir.
Northwestern Üniversitesi ile Glasgow Üniversitesi’nde kütleçekim dalga gökbilimcisi ve yeni çalışmanın eş yazarı olan Christopher Berry, “Bu muhteşem bir olay. Kara deliklerin ve nötron yıldızlarının oluşumunu anlama şeklimizi gerçekten değiştirecek” diyor. “Daha fazla gözlem yapana kadar gizemini koruyacak. Fakat böyle olması, öğretici olmadığı anlamına gelmiyor.”
“Sonuçlardan oldukça eminiz, bu gerçekten çok güzel bir sinyal” diyor. “Eğer verilere bakarsanız, harika ve temiz bir cıvıltı. İlk gördüğümde inanamamıştım, çarpıcı…”
Bilim insanları, bu kütleçekim dalgasını veya “cıvıltıyı” 14 Ağustos 2019’da yakalamış. Yapılan ilk analizler, bu çarpışmayla bir kara delik ile bir nötron yıldızının birleşmiş olabileceğini öne sürdüğünde daha da şaşırmışlar. Bu iki nesnenin çarpışması, bilim insanlarının hevesle beklediği türden bir kütleçekim dalgası olayı. Çünkü bu dalgalar, şimdiye kadar sadece benzer çiftlerin birleşmesiyle görülmüştü.
Fakat astrofizikçiler veri üzerinde daha fazla çözümleme yaptıkça, çok daha ilginç bir şeyle karşı karşıya olabileceklerini fark etmişler. Bilim insanlarının bu birleşme olayında yaptığı analize göre çarpışan nesnelerden biri, Güneş’imizin kütlesinin yaklaşık 23 katı kadar (bu bir kara delik) ve diğeri de yaklaşık 2.6 katı kadar (yani bu da… güzel bir şey).
Bu boyut, bilim insanlarının kütle boşluğu şeklinde adlandırdığı şeye denk geliyor: Bu cisim, bugüne kadar üzerinde çalışılmış tüm kara deliklerden önemli ölçüde daha ufak (Güneş’in kütlesinin yaklaşık 5 katı kadar) ve aynı zamanda bilinen diğer nötron yıldızlarından daha büyük (Güneş’in yaklaşık 2.5 katı kadar).
Çalışmanın eş yazarı ve Northwestern Üniversitesi’nde astrofizikçi olan Vicky Kalogera şöyle söylüyor: “Karışık bir tabiata (kara delikler ile nötron yıldızları) sahip birleşmeler üzerinde onlarca yıldır tahmin yürütülüyordu fakat kütle boşluğunda yer alan bu ufak cisim tam anlamıyla bir sürpriz. Cismi inanarak sınıflandıramasak bile; ya bilinen en ağır nötron yıldızını, ya da bilinen en hafif kara deliği görmüş durumdayız. Cisim her iki durumda da rekor kırıyor.”
Bilim insanları başka koşullar altında, bu gözlemlenebilir cıvıltıyı oluşturan çarpışmadan önce cismin aslında ne olduğunu belirleyebilirdi. Fakat işler öyle gitmemiş. Bilim insanları, bir nötron yıldızının çıkarmış olabileceği herhangi bir ışık sinyali tespit etmemişler; fakat bu durum, cismin bir nötron yıldızı olma ihtimalini elemiyor.
Ayrıca, bilim insanlarının bugüne kadar üzerinde çalıştığı ve genelde uyumu iyi olan çarpışmalardan farklı şekilde, bu ikili çok dengesiz. Büyük cismin kütlesi, küçük cismin dokuz katı kadar. Bu yüzden, olayın kütleçekim dalga cıvıltısındaki detaylarını görmek çok daha zor hale geliyor. “Pac-Man’in, küçük bir noktayı yediğini düşünüyorum” diyor Kalogera açıklamasında. “Kütleler büyük ölçüde asimetrik olduğunda; ufak olan cisim, kara delik tarafından bir lokmada yutulabilir.”
Olayın üzerinde çalışmanın zor olmasının bir diğer sebebi de, çok uzakta gerçekleşmesi. Çarpışma, Dünya’dan yaklaşık 800 milyon ışık yılı uzakta gerçekleşmiş görünüyor; bu mesafe, 2017’nin Ağustos ayında olaya eşlik eden bir ışık parlamasıyla tespit edilen ikili nötron yıldızı birleşmesinden yaklaşık altı kat daha fazla.
Bu engeller sebebiyle, bilim insanlarının bu kozmik kütle boşluğu gizemini gerçekten çözmesi için daha fazla çarpışma görmesi gerekecek; tercihen de, çözümlemesi bu kadar zor olmayan çarpışmaları… “Daha eşit kütleli ikililer harika olurdu, birbirine daha yakın olanlarsa çok daha iyi” diyor Berry.
Üstelik, nötron yıldızı ile kara delik arasındaki belirsiz alanı saptamak, sadece kesinlik açısından da önemli değil diyor Berry: Bu sayede, etrafımızdaki evrene dair bildiklerimiz değişecek.
Bir kere, bilim insanları nötron yıldızlarının (Berry bunlara “nihai parçacık çarpıştırıcıları” diyor) nasıl çalıştığı hakkında yeni şeyler öğrenecekler. “Nötron yıldızındaki maddeleri modellemek çok zor. Dünya üzerinde taklit edebileceğimiz bir şey değil. Şartlar çok uç noktada” diyor Berry. Fakat bu maddenin nitelikleri, bir nötron yıldızının en yüksek boyutunu belirliyor; yani büyük bir nötron yıldızının çok büyüyüp çöktüğü noktayı ve bu yeni araştırmadaki gibi gözlemlerin saptamaya yardımcı olduğu sınırı.
Ayrıca, kütle aralığını (ve bu sebeple eksikliğini) anlamak, astrofiziği bu gözlemlerin çok daha ötesine götürecek. Astrofizik modellerinde, onlarca yıldır en büyük nötron yıldızları ile en ufak kara delikler arasında bir boşluk olduğu varsayılmıştı. Eğer bu boşluğun daha önce varsayılandan önemli ölçüde ufak olduğu veya mevcut olmadığı ortaya çıkarsa, bu modellerin değiştirilmesi gerekecek. Değiştirilen bu modeller, evrene dair bildiklerimizi, kütle boşluğu tanımından daha fazla değiştirebilir.
Bu kütle boşluğu gizemi nasıl çözülürse çözülsün; bu yeni sinyal, kütleçekim dalgası gözlemleri açısından zengin bir geleceğe işaret ediyor.
“Kütleçekim dalgalarıyla birlikte evreni yeni yeni keşfetmeye başlıyoruz” diyor Berry. “Orada nelerin olduğunu bilmiyoruz. Daha yaygın olan kaynaklardan bazılarını gördüğümüzden, kütleçekim dalgalarının neye benzediğini biliyoruz. Fakat bu dalgaların bütün karmaşıklığını hâlâ çözmeye çalışıyoruz ki bunlar, ormanda nadir görülen canavarlar.”
Araştırma, dün Astrophysical Journal Letters bülteninde yayınlandı.
Yazar: Meghan Bartels/Space. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
