Kütleçekim dalgaları kara deliklerin ‘içini’ nasıl görebilir?

Kütleçekim dalgaları kara deliklerin ‘içini’ nasıl görebilir?

Bir kara deliğin merkezinde ne gizlidir? Kara delik çarpışmalarından kaynaklanan uzay-zaman dalgalanmalarını incelemek bir cevabı ortaya çıkarabilir.

Kara delikler evrendeki en esrarengiz nesnelerden bazılarıdır. Bunun nedeni kısmen, onları anlamak için kullandığımız genel görelilik denklemlerinin kara deliklerin ultra yoğun merkezlerini incelerken bozulmasıdır.

Ancak yeni bir makale, gökbilimcilerin bir gün kütleçekim dalgalarını kullanarak birleşen kara deliklerin içini “görmek” ve gerçekte neyden yapıldıklarını öğrenmek suretiyle bu zorluğun üstesinden nasıl gelebileceklerini gösteriyor.

Einstein’ın genel görelilik kuramında kara delikler, muazzam derecede güçlü kütleçekimleri nedeniyle ışığın kaçmasını engelleyen nesnelerdir. Bir kara deliğin sınırı olay ufku olarak bilinir – bu eşiğin ötesine geçerseniz, asla dışarı çıkamazsınız. Görelilik ayrıca kara deliklerin merkezlerinin tekillik olarak bilinen sonsuz yüksek yoğunluklu noktalar olduğunu öngörür.

Tekilliklerin varlığı, denklemlerin kendilerinin bozulduğu anlamına gelir; matematikte daha fazla hesaplamayı engelleyen sonsuzluklar ortaya çıkmaya başlar. Dolayısıyla genel göreliliğin eksik olduğunu biliyoruz. Bir kara deliğin merkezinde neler olduğunu düzgün bir şekilde tanımlayabilecek, muhtemelen atom altı ölçeklerin kuantum fiziğiyle bağlantılı daha temel bir teori olmalıdır.

Henüz tam bir kuantum kütleçekim teorisine sahip değiliz, ancak birkaç adayımız var. Örneğin, evrendeki tüm parçacıkların aslında ultra küçük titreşimli sicimlerden oluştuğunu öngören sicim teorisi (yeni sekmede açılır) var. Ayrıca uzay-zamanın kendisinin bilgisayar ekranındaki pikseller gibi küçük, bölünemez parçalardan oluştuğunu söyleyen döngü kuantum kütleçekimi de var.

Bu yaklaşımların her ikisi de bir kara deliğin merkezindeki geleneksel tekilliğin yerine başka bir şey koyabilir. Ancak tekilliği değiştirdiğinizde, genellikle olay ufkunu da ortadan kaldırırsınız. Bunun nedeni olay ufkunun tekilliğin sonsuz çekim gücünden kaynaklanmasıdır. Tekillik olmadan, çekim gücü sadece inanılmaz derecede güçlüdür, ancak sonsuz değildir ve bu nedenle yeterli hızla kaçtığınız sürece bir kara deliğin çevresinden her zaman kaçabilirsiniz.

Sicim teorisinin bazı varyasyonlarında, tekillik ve olay ufkunun yerini iç içe geçmiş uzay-zaman düğümleri alır. Döngü kuantum kütleçekiminde, tekillik son derece küçük, son derece yoğun bir egzotik madde külçesi haline gelir. Diğer modellerde, kara deliğin tamamının yerini ince bir madde kabuğu ya da yeni tür spekülatif parçacık kümeleri alır.

Kara delik gizemi
Bilinen en yakın kara delikler (yeni sekmede açılır) binlerce ışık yılı uzakta olduğundan, bu modelleri test etmek zor. Ancak zaman zaman kara delikler, özellikle de birleştiklerinde bize çok önemli bilgiler gönderirler. Bunu yaptıklarında, uzay-zamanda dalgalanmalar olan ve Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ve VIRGO deneyleri gibi Dünya‘daki hassas aletlerle tespit edilebilen kütleçekim dalgaları yayarlar.

Şimdiye kadar kara delik birleşmelerine ilişkin tüm gözlemler, genel göreliliğin öngördüğü vanilya kara delik modeliyle uyumludur. Ancak 30 Kasım’da arXiv(yeni sekmede açılır) ön baskı dergisinde yayınlanan bir makaleye göre, yeni nesil kütleçekim dalgası gözlemevleri devreye girdikçe bu durum değişebilir.

Makaleye göre anahtar, birleşme sırasında yayılan kütleçekim dalgaları değil, hemen sonrasında yayılanlar. Birleşme tamamlandığında ve iki kara delik tek bir nesne haline geldiğinde, birleşen yeni kütle, vurulmuş bir çan gibi yoğun miktarda enerjiyle titreşiyor. Bu “ringdown” evresinin belirgin bir kütleçekimsel dalga imzası vardır.

Araştırmacılar bu imzaları inceleyerek bir gün hangi kara delik teorilerinin tutup hangilerinin tutmadığını söyleyebilirler. Her kara delik modeli, kara deliğin iç yapısındaki farklılıklardan kaynaklanan, çöküş evresinde yayılan yerçekimi dalgalarında farklılıklar öngörüyor. Farklı kara delik yapılarında farklı türde yerçekimsel dalgalar ortaya çıkar.

Gökbilimciler, yeni nesil kütleçekim dalgası dedektörlerinin, çöküş imzasında öngörülen bu küçük değişiklikleri tespit edecek kadar hassas olacağını umuyor. Eğer bunu yapabilirlerse, kara delikler hakkındaki anlayışımızı kökten değiştirecek ve onların en derin gizemlerini çözmede bizi ileriye taşıyacaklardır.

İlk olarak LiveScience’da yayınlanmıştır.

Kaynak: https://www.space.com/black-hole-singularity-gravitational-waves

Bu yazı Astrafizik.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı space.com sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkılarda bulunulmuştur. Bu sebeple Astrafizik.com içerik izinlerine tabidir. Astrafizik.com referans gösterilmek koşuluyla 3. tarafların kullanımına izin verilmiştir.