Kozmik Felaket, Genel Göreliliğin Kesin Testine İzin Veriyor

2019 yılında, MAGIC teleskopları çok yüksek enerjilerde ilk Gama Işını Patlamasını tespit etti. Bu, böyle bir kozmik nesneden şimdiye kadar elde edilen en yoğun gama radyasyonuydu. Ancak GRB verilerinin sunacağı daha çok şey var: Daha fazla analizle, MAGIC bilim insanları şimdi ışığın hızının vakumda sabit olduğunu ve enerjiye bağlı olmadığını doğrulayabilirler. Diğer birçok test gibi, GRB verileri de Einstein’ın Genel Görelilik teorisini desteklemektedir. Çalışma şimdi Physical Review Letters’da yayınlanmıştır.

Einstein’ın genel göreliliği (GR), kütle ve enerjinin uzay-zamanla nasıl etkileşime girdiğini açıklayan ve yerçekimi olarak bilinen bir fenomen yaratan güzel bir teoridir. GR, çeşitli fiziksel durumlarda ve birçok farklı ölçekte test edilmiş ve yeniden test edilmiştir ve ışık hızının sabit olduğunu varsayarsak, her zaman deney sonuçlarını olağanüstü bir şekilde tahmin ettiği ortaya çıktı. Bununla birlikte, fizikçiler, GR’nin en temel teori olmadığından ve kuantum kütleçekimi (QG) olarak adlandırılan, yerçekiminin altında yatan kuantum mekanik bir tanımı olabileceğinden şüphelenmektedir.

Bazı QG teorileri, ışık hızının enerjiye bağlı olabileceğini düşünmektedir. Bu varsayımsal fenomene Lorentz değişmezlik ihlali (LIV) denir. Çok uzun bir süre birikmedikçe etkilerinin ölçülemeyecek kadar küçük olduğu düşünülmektedir. Peki bu nasıl başarılabilir? Bir çözüm, gama ışınlarının astronomik kaynaklarından gelen sinyalleri kullanmaktır. Gama ışını patlamaları (GRB’ler) çok değişken, son derece enerjik sinyaller yayan güçlü ve uzak kozmik patlamalardır. Bu nedenle QG’nin deneysel testleri için mükemmel laboratuvarlardır. Daha yüksek enerjili fotonların QG etkilerinden daha fazla etkilenmesi beklenir ve bunlardan bol miktarda olması gerekir; Dünya’ya ulaşmadan milyarlarca yıl önce seyahat eder, bu da etkiyi arttırır.

GRB’ler, gökyüzünün büyük bölümlerini gözlemleyen uydu kaynaklı dedektörlerle günlük olarak tespit edilir  ancak MAGIC gibi yer tabanlı teleskoplardan daha düşük enerjilerde. 14 Ocak 2019’da, MAGIC teleskop sistemi teraelektronvolt enerjileri alanındaki ilk GRB’yi (TeV, görünür ışıktan 1000 milyar kat daha enerjik) tespit etti ve böylece böyle bir nesneden bugüne kadar gözlemlenen en enerjik fotonların kaydı. Bu nesnenin doğasını ve çok yüksek enerji radyasyonunu incelemek için çoklu analizler yapıldı.

Rijeka Üniversitesi’nden bir araştırmacı olan Tomislav Terziç, “Şimdiye kadar böyle bir veri olmadığı için TeV enerji aralığında GRB verileri üzerinde hiçbir LIV çalışması yapılmadı. Yirmi yılı aşkın bir süredir böyle bir gözlemin LIV etkilerine duyarlılığı artırabileceğini tahmin ediyorduk ancak analizimizin nihai sonuçlarını görene kadar ne kadar olduğunu söyleyemedik. Çok heyecan verici bir dönemdi. ”

Doğal olarak, MAGIC bilim insanları bu eşsiz gözlemi QG’nin etkilerini aramak için kullanmak istediler. Ancak başlangıçta bir engelle karşılaştılar: MAGIC teleskoplarıyla kaydedilen sinyal zaman içinde monoton bir şekilde azaldı. Bu, GRB’leri inceleyen astrofizikçiler için ilginç bir bulgu olsa da, LIV testi için uygun değildi. Barselona’da IFAE’de bir araştırmacı olan Daniel Kerszberg, “Farklı enerjilerin iki gama ışınının varış zamanlarını karşılaştırırken, kaynaktan anında yayıldığını varsayar. Bununla birlikte, astronomik nesnelerdeki süreçler hakkındaki bilgimiz, verilen herhangi bir fotonun emisyon süresini saptamaya yetecek kadar kesin değildir. ”

Geleneksel olarak astrofizikçiler, fotonların emisyon süresini sınırlamak için sinyalin tanınabilir farklarına dayanırlar. Monoton olarak değişen bir sinyal bu özelliklerden yoksundur. Bu nedenle, araştırmacılar, MAGIC teleskopları gözlemlemeye başlamadan önce beklenen gama ışını emisyonunu açıklayan teorik bir model kullandılar. Model, MAGIC’in gözlemlediği gibi akının hızlı bir şekilde yükselmesini, pik emisyonunu ve monotonik bir bozulmayı içerir. Bu, bilim insanlarına aslında LIV için avlanma fırsatı verdi.

Dikkatli bir analiz daha sonra gama ışınlarının varış zamanlarında enerjiye bağlı bir gecikme olmadığını ortaya çıkarmıştır. Einstein hala çizgiyi koruyor gibi görünüyor. Münih’teki Max Planck Fizik Enstitüsü’nden araştırmacı Giacomo D’Amico, “Ancak bu, MAGIC ekibinin boş bırakıldığı anlamına gelmez.” dedi; “QG enerji ölçeğinde güçlü kısıtlamalar koyabildik.” Bu çalışmada belirlenen limitler uydu dedektörleri ile GRB gözlemleri kullanılarak veya aktif galaktik çekirdeklerin yer temelli gözlemleri kullanılarak elde edilen en iyi limitlerle karşılaştırılabilir.

Padova Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı Cedric Perennes şunları ekledi: “Hepimiz çok mutluyduk ve TeV enerji aralığında GRB verileriyle ilgili Lorentz değişmezlik ihlali üzerine ilk çalışmayı gerçekleştirme ve  gelecek çalışmalar için kapıyı açabilme ayrıcalığına sahip olduk.”

Önceki çalışmaların aksine, bu TeV enerjilerinde bir GRB sinyali üzerinde yapılan ilk testti. Bu seminal çalışma ile, MAGIC ekibi 21. yüzyılda gelecekteki araştırmalar ve Einstein’ın teorisinin daha sıkı testleri için bir dayanak oluşturdu. MAGIC işbirliğinin sözcüsü Oscar Blanch şu sonuca vardı: “Bu sefer nispeten yakın bir GRB gözlemledik. Yakında daha da hassas testler yapılmasını sağlayacak daha parlak ve daha uzak olayları yakalamayı umuyoruz. ”

Kaynak: https://www.bizsiziz.com/cosmic-cataclysm-allows-precise-test-of-general-relativity/

Çeviri: Simge Kara

149 Paylaşımlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Solve : *
20 + 28 =


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.