Kozmik Saatler, Uzay-Zamanın Gizli Titreşimlerini Ortaya Koydu
Yeni bir makale, farklı nanohertz kütleçekim dalgası kaynakları arasında ayrım yapmak için bir yöntem sunuyor.
Pulsarlar, evrenin dokusunda hafif dalgalanmalar, yani uzayın kendisinde hareket eden ultra düşük frekanslı kütleçekim dalgaları ortaya çıkarıyor olabilir. 2023 yılında uluslararası pulsar zamanlama dizisi iş birlikleri tarafından tespit edilen sinyaller, iki olasılıktan birine işaret edebilir: stokastik bir kütleçekim dalgası arka planı (sayısız uzak kaynağın birleşik uğultusu) veya yakınlarda yörüngede dönen tek bir süper kütleli kara delik çifti.
Hirosaki Üniversitesi’nde Profesör olan teorik fizikçi Hideki Asada ve Hirosaki Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde araştırmacı olan Shun Yamamoto, bu senaryoları birbirinden ayırmak için yeni bir yaklaşım önerdiler. Yöntemleri, neredeyse aynı frekanstaki kütleçekim dalgaları etkileşime girdiğinde ortaya çıkan ve pulsarların radyo atımlarının Dünya’ya ulaştığında zamanlamasında ince izler bırakan vuruş olaylarını araştırıyor.
Gece gökyüzü, inanılmaz derecede hassas “kozmik saatlere” ev sahipliği yapar: düzenli radyo dalgası patlamaları yayan ve dikkat çekici bir tutarlılıkla tik tak eden yoğun, hızla dönen nötron yıldızları olan pulsarlar. Gökbilimciler, hem pulsarları incelemek hem de onları evrenin yapısını keşfetmek için doğal araçlar olarak kullanmak amacıyla bu darbeleri ölçmek için Dünya’daki radyo teleskoplarını kullanırlar.
Görünmeyen bir şey -neredeyse bir “kozmik hayalet”- bir pulsar ile Dünya arasındaki uzay-zamanı bükerse, darbelerinin ritmi ince bir şekilde değişir. Bu bozulmalar rastgele değildir; sanki kozmostan devasa bir dalgalanma geçiyormuş gibi, gökyüzünün belirli bölgelerindeki birden fazla pulsarda koordineli desenler halinde ortaya çıkarlar.
Nanohertz Kütleçekim Dalgalarına Dair Kanıt
Asada, “2023’te birkaç pulsar zamanlama dizisi iş birliği (ABD’deki NANOGrav ve Avrupa ekipleri) nanohertz kütleçekim dalgaları için güçlü kanıtlar açıkladı,” diye belirtiyor. Nanohertz, dalga boyları birkaç ışık yılı olan, aylar ila yıllar süren dalga periyotları anlamına gelir. Bu tür ölçekleri araştırmak için, yüzlerce ila binlerce ışık yılı uzaklıktaki uzak, kararlı pulsarlara güveniyoruz. “Sinyal istatistiksel olarak güvenilirdi, ancak parçacık fizikçilerinin genellikle talep ettiği 5 sigma eşiğinin altındaydı,” diye devam ediyor. “Bu ‘güçlü bir kanıt’, ancak henüz doğrulanmış bir tespit değil, ancak kozmoloji ve astrofizik camiası, nanohertz kütleçekim dalgalarının ilk tespitine yaklaştığımıza inanıyor.”
Şimdilik kesinlik altın standart eşiğinin altında; Asada, gelecekteki verilerin bunu doğrulaması durumunda bir sonraki zorluğun kaynağı belirlemek olduğunu savunuyor. “Nanohertz kütleçekim dalgaları için iki ana aday kaynak var,” diye açıklıyor. “Birincisi, evrenin ilk dönemlerinde uzay-zaman dalgalanmaları yaratmış ve daha sonra kozmik ölçeklere yayılmış olan kozmik enflasyon. Diğeri ise galaksiler birleştiğinde oluşan süper kütleli kara delik ikili sistemleri. Her iki senaryo da nanohertz kütleçekim dalgaları üretebilir.”
Zorluk, pulsar verilerindeki korelasyon örüntülerinin (farklı pulsarlardan gelen zamanlama artıklarının korelasyon şekli) uzun süredir her iki durumda da aynı göründüğünün düşünülmesiydi. Asada, “Makalemizde, yakınlardaki bir süper kütleli kara delik çiftinin özellikle güçlü bir sinyal ürettiği durumu inceledik,” diyor. “Eğer bu tür iki sistemin frekansları çok benzerse, dalgaları etkileşime girebilir ve akustikte olduğu gibi bir vuruş örüntüsü oluşturabilir. Bu özellik, prensipte onları enflasyonun stokastik arka planından ayırmamızı sağlayabilir.”
Kozmik Vuruşları Dinlemek
Asada ve Yamamoto, bu nedenle tanıdık bir akustik etkiden, vuruşlardan yararlanırlar. İki dalga neredeyse -ama tam olarak değil- aynı frekansa sahip olduğunda, üst üste binmeleri periyodik güçlenme ve zayıflamaya neden olur. Kütleçekim dalgalarına uygulandığında, benzer frekanslara sahip iki süper kütleli kara delik ikilisi, pulsar zamanlama sinyalinde karakteristik bir modülasyona neden olur. Yöntem, pulsar korelasyon modellerinde bu modülasyonu -yani “vuruş”u- aramaktır. Eğer mevcutsa, bu, sinyalin dağınık bir arka plan olmadığını, nispeten yakındaki belirli ikililerden kaynaklandığını güçlü bir şekilde gösterir.
Şimdi pulsar sinyalinin doğasının daha güçlü bir şekilde doğrulanmasını bekliyoruz. “Sanırım 5-sigma’da doğrulanmış bir tespit elde edildiğinde, belki birkaç yıl içinde, bir sonraki adım şu soruyu sormak olacak: Dalgaların kaynağı nedir? O noktada, yöntemimiz bunların şişmeden mi yoksa yakınlardaki süper kütleli kara delik ikililerinden mi kaynaklandığını ayırt etmede faydalı olabilir,” diye sonlandırıyor Asada.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Kozmik Patlamaların Şifresi Çözüldü: X-Işınlarının Sırrı Ortaya Çıktı