Perşembe günü yapılacak olan büyük kütleçekim dalgası duyurusu bizi biraz heyecanlandırıyor. Bunun nedeni de evren uğulduyor olmalı.

Bu interferometreler birkaç kilometre uzunluğundaki özel tünellerde parlayan lazerler kullanmaktadır. Bu lazerler, yerçekimi dalgaları tarafından üretilen uzay-zamanın gerilmesi ve sıkışmasından etkilenerek, bilim insanlarının sinyalleri üreten kompakt nesnelerin özelliklerini çıkarabilecekleri bir girişim deseni oluşturur. Ancak yerçekimsel dalga arka planı farklı bir canavar.

Scott, "Astrofiziksel bir arka plan, birçok zayıf, bağımsız ve çözülmemiş astrofiziksel kaynağın karışık gürültüsü tarafından üretilir" diyor.

"Yer tabanlı yerçekimi dalga dedektörlerimiz LIGO ve Virgo, bir çift kara deliğin onlarca bireysel birleşmesinden kaynaklanan yerçekimi dalgalarını zaten tespit etti, ancak yıldız kütleli ikili kara delik birleşmelerinden kaynaklanan astrofiziksel arka planın, bu mevcut dedektör nesli için GWB'nin önemli bir kaynağı olması bekleniyor. Tek tek çözümlenemeyen bu birleşmelerin çok sayıda olduğunu ve birlikte dedektörlerde rastgele bir gürültü uğultusu ürettiklerini biliyoruz."

Evrende ikili kara deliklerin çarpışma oranı bilinmemektedir, ancak bunları tespit edebilme oranımız bize bir tahmin yapabileceğimiz bir temel sağlar.

Bilim insanları bunun dakikada bir birleşme ile saatte birkaç birleşme arasında olduğuna ve her birinin tespit edilebilir sinyalinin saniyenin sadece bir kısmı kadar sürdüğüne inanıyor. Bu bireysel, rastgele sinyaller muhtemelen tespit edilemeyecek kadar zayıf olacak, ancak bir araya gelerek durağan bir arka plan gürültüsü yaratacaktır; astrofizikçiler bunu patlamış mısır sesine benzetiyor.

Bu, LIGO ve Virgo interferometreleri gibi aletlerle bulmayı bekleyebileceğimiz stokastik bir kütleçekim dalgası sinyalinin kaynağı olacaktır. Bu aletler şu anda bakım ve hazırlık aşamasındadır ve Mart 2023'te yeni bir gözlem çalışmasında üçüncü bir gözlemevi olan Japonya'daki KAGRA'ya katılacaktır. Patlamış mısır GWB'sinin bu iş birliği tarafından tespit edilmesi ihtimal dışı değildir.

Yine de kütleçekim dalgası kitindeki tek araçlar bunlar değil. Diğer araçlar da yerçekimsel dalga arka planının diğer kaynaklarını tespit edebilecek. Hâlâ 15 yıl uzakta olan bu araçlardan biri, 2037'de fırlatılacak olan Lazer İnterferometre Uzay Anteni (LISA).

LIGO ve Virgo ile aynı teknolojiye dayanıyor, ancak 2,5 milyon kilometre uzunluğunda "kolları" var. LIGO ve Virgo'dan çok daha düşük frekanslı bir rejimde çalışacak ve bu nedenle farklı türde kütleçekimsel dalga olaylarını tespit edecektir.

"Aynı zamanda, bir partideki arka plan konuşmalarına benzer bir karışıklık gürültüsü üreten, zaman içinde üst üste binen bireysel deterministik sinyallerden de oluşabilir. Karışıklık gürültüsüne bir örnek, kompakt beyaz cüce ikililerinin galaktik popülasyonu tarafından üretilen yerçekimsel radyasyondur. Bu, LISA için önemli bir karışıklık gürültüsü kaynağı olacaktır. Bu durumda, stokastik sinyal o kadar güçlüdür ki, aynı frekans bandındaki diğer zayıf yerçekimsel dalga sinyallerini tespit etmeye çalışırken ek bir gürültü kaynağı olarak hareket ederek ön plana çıkar."

LISA teorik olarak Büyük Patlama'dan hemen sonraki kozmik enflasyon ya da kozmik sicimler- enflasyonun sonunda evrende oluşmuş olabilecek ve yerçekimi dalgaları yoluyla enerji kaybeden teorik çatlaklar- gibi yerçekimi dalgası arka planının kozmolojik kaynaklarını da tespit edebilir.

Bilim insanlarının yerçekimsel dalga arka planının ipuçlarını aramak için üzerinde çalıştıkları devasa, galaktik ölçekli bir yerçekimsel dalga gözlemevi de var: pulsar zamanlama dizileri. Pulsarlar bir tür nötron yıldızıdır, bir zamanlar büyük kütleli olan yıldızların muhteşem bir süpernova ile ölmüş ve geride sadece yoğun bir çekirdek bırakmış kalıntılarıdır.

Pulsarlar öyle bir şekilde dönerler ki kutuplarından çıkan radyo emisyon ışınları kozmik bir deniz feneri gibi Dünya'yı süpürür; bazıları bunu inanılmaz derecede hassas aralıklarla yapar ki bu da navigasyon gibi bir dizi uygulama için yararlıdır.

Ancak uzay-zamanın gerilmesi ve sıkışması, teorik olarak, pulsar flaşlarının zamanlamasında küçük düzensizlikler üretmelidir. Zamanlamada küçük tutarsızlıklar gösteren bir pulsar fazla bir şey ifade etmeyebilir, ancak bir grup pulsar birbiriyle ilişkili zamanlama tutarsızlıkları gösterirse, bu, süper kütleli kara deliklerden ilham alarak üretilen yerçekimi dalgalarının göstergesi olabilir.

Bilim insanları pulsar zamanlama dizilerinde yerçekimsel dalga arka planının bu kaynağına dair ipuçları buldular, ancak henüz durumun böyle olup olmadığını belirlemek için yeterli veriye sahip değiliz. Yine de 29 Haziran 2023 Perşembe günü yapılacak son güncellemeyle bu durum değişebilir.

Kütleçekim dalgası arka planının tespitine çok yakın duruyoruz: Evren boyunca kara deliklerin davranışını ortaya çıkaran astrofizik arka plan; ve kozmolojik arka plan - CMB'de görülen kuantum dalgalanmaları, enflasyon, Büyük Patlama'nın kendisi.

Scott, bunun beyaz balina olduğunu söylüyor: arka planı gürültülü bütünü oluşturan ayrı kaynaklara ayırmanın zor işinden sonra göreceğimiz beyaz balina.

"Astrofiziksel olarak üretilen bir arka planın tespitinden elde edilecek zengin bilgiyi dört gözle beklerken, Büyük Patlama'dan gelen kütleçekim dalgalarının gözlemlenmesi gerçekten de kütleçekim dalgası astronomisinin nihai hedefidir" diyor.

"Einstein Teleskobu ve Kozmik Kaşif gibi önerilen üçüncü nesil yer tabanlı dedektörler, bu ikili kara delik ön planını ortadan kaldırarak, 5 yıllık gözlemlerle kozmolojik olarak üretilen bir arka plana duyarlı olabilir ve böylece önemli kozmolojik gözlemlerin yapılabileceği alana girebilir."

Kaynak: https://www.sciencealert.com/

Her süpernova, nötron yıldızları ya da kara delikler arasındaki her birleşme, hatta hızla dönen yalnız nötron yıldızları bile kütleçekim dalgalarının kaynağı olabilir ya da olmalıdır. Hatta 13,8 milyar yıl önceki Büyük Patlama'nın ardından uzayın hızla şişmesi bile kendi kütleçekim dalgaları çağlayanını üretmiş olmalıdır.

Gölete atılan bir taş gibi, bu büyük olaylar uzay-zaman dokusunda yankılanan dalgalar göndermelidir- uzayın zayıf genişlemeleri ve daralmaları, tam olarak zamanlanmış sinyallerde tutarsızlıklar olarak bizim için tespit edilebilir. Bu sinyal karışımı bir araya gelerek kütleçekim dalgası arka planı olarak bilinen rastgele ya da 'stokastik' bir vızıltı oluşturur ve kütleçekim dalgası astronomisinde muhtemelen en çok aranan tespitlerden biridir.

Kuzey Amerika Kütleçekim Dalgaları Nanohertz Gözlemevi'nin (NANOGrav) 29 Haziran 2023 Perşembe günü koordineli ve küresel bir duyuru düzenlemesiyle bu konuda bir gelişmenin yakın olabileceğine dair ipuçları var.

Güncelleme, yerçekimsel dalga dedektörlerinden oluşan küresel bir konsorsiyum olan Uluslararası Pulsar Zamanlama Dizisi tarafından yürütülen araştırmalara ışık tutacak: Kuzey Amerika'nın NANOGrav'ı; Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi, Hindistan Pulsar Zamanlama Dizisi Projesi; ve Avustralya'nın Parkes Pulsar Zamanlama Dizisi.

Tıpkı kozmik mikrodalga arka planının keşfinin daha önce yaptığı gibi (ve yapmaya devam ediyor), kütleçekim dalgası arka planının bulunmasının Evren ve evrimi hakkındaki anlayışımızı tamamen değiştireceği düşünülüyor.

Avustralya Ulusal Üniversitesi ve ARC Kütleçekim Dalgası Keşfi Mükemmeliyet Merkezi'nden teorik fizikçi Susan Scott, "Kütleçekimsel radyasyonun stokastik bir arka planını tespit etmek, astrofiziksel kaynak popülasyonları ve çok erken Evren'deki süreçler hakkında başka hiçbir yolla erişilemeyen zengin bilgiler sağlayabilir" diyor.

"Örneğin elektromanyetik radyasyon, son saçılma zamanından (Büyük Patlama'dan yaklaşık 400.000 yıl sonra) daha önceki bir Evren resmi sunmamaktadır. Ancak kütleçekim dalgaları bize Büyük Patlama'dan sadece ∼10-32 saniye sonra, enflasyonun başlangıcına kadar bilgi verebilir."

Kütleçekimsel dalga arka planının önemini anlamak için, Büyük Patlama'nın bir başka kalıntısından biraz bahsetmeliyiz: kozmik mikrodalga arka planı veya CMB.

Evrenimiz tıkırdamaya ve uzay soğumaya başladıktan dakikalar sonra, her şey olan köpüren köpük, iyonize plazma şeklinde atom altı parçacıklardan oluşan opak bir çorbaya dönüştü.

Onunla birlikte ortaya çıkan herhangi bir radyasyon saçılarak daha uzak mesafelere ulaşmasını engelledi. Bu atom altı parçacıklar, Yeniden Birleşme Çağı olarak bilinen bir dönemde atomlar halinde yeniden birleşene kadar ışık Evren'de ve çağlar boyunca serbestçe hareket edebildi.

İlk ışık parlaması Büyük Patlama'dan yaklaşık 380.000 yıl sonra uzayda patladı ve takip eden milyarlarca yıl içinde Evren büyüdükçe bu ışık her köşeye sürüklendi. Bugün hala etrafımızda. Bu radyasyon son derece zayıftır ancak özellikle mikrodalga dalga boylarında tespit edilebilir. Bu CMB'dir, evrendeki ilk ışıktır.

Anizotropi olarak adlandırılan bu ışıktaki düzensizlikler, bu ilk ışığın temsil ettiği küçük sıcaklık dalgalanmalarından kaynaklanmaktadır. Keşfinin ne kadar olağanüstü olduğunu abartmak zordur: CMB, Evren'in erken dönemlerinin durumu hakkında elimizdeki tek sondalardan biridir.

Kütleçekimsel dalga arka planının keşfi bu başarının muhteşem bir kopyası olacaktır. "Scott, "Kütleçekim dalgası arka planının tespit ve analizinin, kozmik mikrodalga arka planının ve anizotropilerinin gözlemlenmesinin öncülük ettiği şekilde, Evren anlayışımızda devrim yaratmasını bekliyoruz" diyor.

Kütleçekim dalgalarının ilk tespiti kısa bir süre önce, 2015 yılında yapıldı. Yaklaşık 1,4 milyar yıl önce çarpışan iki kara delik, ışık hızında yayılan dalgalar gönderdi; Dünya'da, uzay-zamanın bu genişleme ve daralmaları çok zayıf bir şekilde, onlarca yıldır böyle bir olayı tespit etmek için tasarlanan ve rafine edilen bir cihazı tetikledi.

Bu birkaç nedenden ötürü muazzam bir tespitti. Kara deliklerin varlığını ilk kez doğrudan doğrulamamızı sağladı.

Kütleçekim dalgalarının gerçek olduğuna dair Genel Görelilik Teorisi tarafından 100 yıl önce yapılan bir öngörüyü doğruladı. Ve bilim insanlarının yıllardır üzerinde çalıştığı bu aracın, yerçekimsel dalga interferometresinin, kara deliklere ilişkin anlayışımızda devrim yaratacağı anlamına geliyordu. Ve öyle de oldu. LIGO ve Virgo interferometreleri bugüne kadar yaklaşık 100 yerçekimsel dalga olayı tespit etti: verilerde belirgin bir sinyal üretecek kadar güçlü olanlar.