Kara Delikler Çan Gibi Çınlıyor ve Bilim İnsanları Bu Titreşimlerin Haritasını Çıkardı
İki kara deliğin çarpışmasının ardından oluşan cisim, dengeye otururken titreşir. Bu titreşimler, yeni kara deliğin neredeyse her şeyi hakkında bilgi taşır.
Bilim insanları uzun zamandır en yüksek sinyali okuyabiliyorlardı. Ancak bu sinyalin altında, çok daha sessiz titreşimlerden oluşan bir koro yatıyordu ve kimse bunların ne zaman bekleneceğini veya hangi çarpışmaların bunları üreteceğini bilmiyordu.
Bu tartışma yıllardır sürüyor. Yeni bir analiz nihayet bir harita çizdi.
Gizli harmonikleri yakalamak
Cambridge Üniversitesi’ndeki bir ekip, bu daha sessiz notaları net bir şekilde ortaya çıkaran bir araç geliştirdi. Cambridge Astronomi Enstitüsü’nden astronom Richard Dyer, çalışmayı ortak yazar Dr. Christopher Moore ile birlikte yürüttü.
Haritalamak istedikleri titreşimlere yarınormal modlar denir. Teoriye göre, her biri kara deliğin kütlesi ve dönüşü tarafından belirlenir ve bu frekanslar birer parmak izi gibidir.
Birden fazla modu düzgün bir şekilde okuyarak, bu frekansların Einstein’ın denklemlerinin öngördüğü şekilde birbirleriyle ilişkili olup olmadığını kontrol edebilirsiniz.
Kara delik çarpışmalarından kaynaklanan titreşimler
Cambridge aracı, bir veri kümesindeki kanıtları değerlendiren ve hangi açıklamanın o veriyi en olası kıldığını söyleyen istatistiksel bir yöntem olan Bayes analizine dayanmaktadır.
Simüle edilmiş bir birleşmeden kaynaklanan zayıflayan sinyali hedefleyen bu araç, her küçük titreşimi onu en iyi açıklayan kategoriye ayırır: temel nota, armonik veya daha tuhaf bir şey.
Dyer ve Moore, bu simülasyonları halka açık bir bilgisayar simülasyonları kütüphanesinde test ettiler. Bu simülasyonlar, birbirine doğru sarmal şeklinde hareket eden iki kara deliği modelleyerek, yerçekimi dalgalarını her ince titreşimi ortaya çıkaracak kadar hassas bir şekilde yakalıyor.
Simülasyonlar her türlü çarpışmayı kapsıyordu: ağır kara deliklerin daha hafif olanlarla eşleşmesi, hızlı dönen cisimlerin daha yavaş dönenlerle çarpışması ve eşit veya oldukça dengesiz kütleler arasındaki birleşmeler.
Ekip, her senaryo için hangi titreşim modlarının ortaya çıktığını ve tam olarak ne zaman ortaya çıkıp kaybolduklarını takip etti.
Titreşimlerden bilgi çıkarma
Titreşimlerin etkileşimde bulunduğu yerlerden şaşırtıcı sonuçlar elde edildi. Bir birleşmenin yankılanması, temel bir nota ve farklı hızlarda sönen harmonikler olan üst tonlar üretir.
Ancak ekip ayrı bir tür daha keşfetti: İki temel frekansın etkileşime girip üçüncü bir frekans üretmesiyle ortaya çıkan titreşimler. Notaların notaları doğurması.
Bu doğrusal olmayan modlar yıllardır teori tarafından öngörülmüştü ancak herhangi bir veri kümesinden elde edilmesi çok zordu. Bunları yakalamak hem yüksek hassasiyetli simülasyonları hem de yeni istatistiksel eleme yöntemini gerektiriyordu.
Dyer, “Halkalanma, kara delikleri incelemek için sahip olduğumuz en doğrudan yöntemlerden biri, ancak içerdiği tüm bilgileri çıkarmak zor,” dedi.
Örtük tonları doğrulamak
İkinci bir bulgu, uzun süredir devam eden bir tartışmaya son veriyor. Araştırmacılar, yüksek dereceli harmoniklerin (yüksek temel frekansın üzerindeki daha sessiz, daha hızlı sönümlenen titreşimler) fiziksel olarak gerçek olduğunu ve sadece verilerdeki gürültüden ibaret olmadığını uzun zamandır şüpheleniyorlardı.
Bu çalışmaya kadar kimse bunu net bir şekilde kanıtlamamıştı.
Daha önceki çalışmalarda harmoniklerin teorik dayanağı ortaya konmuştu, ancak bunların tanımlanması zordu. Cambridge analizi, birçok simüle edilmiş çarpışmada bu harmonikleri tespit etti.
Birleşme anına yakın birçok farklı etki belirdi. Bunlar beklenen sırayla kayboldu; en kısa ömürlü olanlar önce, daha kalıcı olanlar ise daha uzun süre varlığını sürdürdü.
Bu dizi bir merak konusu değil. Bu, gözlemevlerinin daha incelikli modlar net bir şekilde ortaya çıktığında gerçek sönümleme sinyalleriyle karşılaştırmak için kullanacakları yöntemdir.
Parmak izi kütüphanesi
Elde edilen sonuçların tamamı adeta bir referans kitabı gibiydi. Ekip, simüle edilen her çarpışma için hangi modların ortaya çıktığını, hangi sırayla ve her birinin ne zaman net bir şekilde tanımlanabildiğini kaydetti.
Bu, hem teorisyenlere hem de gözlemcilere bir başlangıç noktası sağlar: Çarpışmaya dahil olan kütlelere ve spinlere bağlı olarak, belirli bir çarpışma için hangi frekansların ortaya çıkması gerektiği.
Dyer, “Yerçekimi dalgası verilerinde en gürültülü mod sıklıkla gözlemlenirken, daha sessiz birçok modu tespit etmek çok daha zordur ve hangi modların mevcut olduğu ve ne zaman ortaya çıktıkları konusunda süregelen bir tartışma vardır” dedi.
Gelecek görevler için daha net hedefler
Araştırmacıların bu daha sönük modları tespit etmek için bu kadar istekli olmalarının bir nedeni var. Her biri tamamen nihai kara deliğin kütlesi ve dönüşüyle belirlenir; bu iki sayı nesneyi tamamen tanımlar.
Eğer frekanslar Einstein’ın denklemlerinin söylediği gibi sıralanmıyorsa, bu, dünyanın en güçlü yerçekiminde genel görelilikte bir şeylerin eksik olduğuna işaret eder.
Şimdiye kadar, gerçek sinyallerden yalnızca en güçlü temel frekans temiz bir şekilde çıkarılabildi. 2015’te bir kara delik birleşmesinin ilk tespiti , bu tekniğin temelini oluşturdu. Daha yüksek frekanslar ise tartışmalı olmaya devam ediyor.
Belirli bir çarpışmanın hangi modları ne zaman üretmesi gerektiğini tam olarak bilmek, mevcut dedektörler LIGO ve Virgo’ya daha keskin bir arama hedefi sağlıyor. Yeni nesil gözlemevleri de aynı avantajı miras alacak.
Genel görelilik kuramının kesin bir testi
Bu makale yeni bir fizik iddiasında bulunmaktan kaçınıyor. Ancak, alanın artık neye yönelmesi gerektiğini açık ve ayrıntılı bir şekilde ortaya koyuyor.
Bu somut bulgu, yüksek dereceli harmoniklerin fiziksel olarak gerçek olduğunun sağlam bir teyidi olmasının yanı sıra, her birinin farklı birleşme türlerinde nerede yer aldığına dair bir referans da sağlıyor.
Gerçek yerçekimi dalgası sinyallerinde bu daha ince modları tespit etmek artık mümkün. Bu veriler elde edildiğinde, araştırmacılar genel görelilik kuramını her zamankinden daha hassas bir şekilde test edebilecekler.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Kara Delikler Çan Gibi Çınlıyor ve Bilim İnsanları Bu Titreşimlerin Haritasını Çıkardı
Dönme Hareketi Olmayan Antik Bir Galaksiyi Keşfeden Gökbilimciler Şaşkına Döndü
/Kara Delikler Çan Gibi Çınlıyor ve Bilim İnsanları Bu Titreşimlerin Haritasını Çıkardı/