Kara deliklerle ilgili ezber bozan keşif: 'Sallanan kara delik'

Cardiff Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, Einstein'ın yerçekimi teorisinden hareketle egzotik bir fenomen olan çarpışan iki kara deliğin yörüngelerinde tuhaf bir bükülme hareketi tespit etti.

Nature'da yayınlanan ve Prof. Dr. Mark Hannam, Dr. Charlie Hoy ve Dr. Jonathan Thompson tarafından yönetilen araştırma, presesyon olarak bilinen bu etkinin, bükülmenin olduğu kara deliklerde ilk kez görüldü. Önceki gözlemlerden 10 milyar kat daha hızlı.

Presesyon, ekseni etrafındaki dönüşü esnasındaki devinimi başka bir değişle ekseninde sallanmasını ifade eder. Eksen eğikliğine bağlı olarak Dünya'nın ekliptik düzlemi üzerinde eğilip doğrulması esnasında devinim göstererek aynı zamanda uzayda kesik bir koni oluşturması presesyon hareketi olarak tanımlanır.

Güneşten 40 kat daha büyük

İkili kara delik sistemi, 2020'nin başlarında Advanced LIGO ve Virgo dedektörlerinde yerçekimi dalgaları aracılığıyla bulundu. Araştırmacılar, güneşten 40 kat daha büyük olan kara deliklerden biri, muhtemelen yerçekimi dalgaları yoluyla bulunabilecek en hızlı dönen karadelik olduğunu söylüyor ve önceki tüm gözlemlerin aksine, hızla dönen kara delik, uzayı ve zamanı o kadar çarpıttı ki, ikili sistemin tüm yörüngesi ileri geri sallandı.

Bu presesyon biçimi, Einstein'ın genel görelilik kuramına özgü. Bu sonuçlar, gözlemlenebilen en kuvvetli fiziksel olay olan iki kara deliğin çarpışması varlığını doğrulamaktadır.

Cardiff Üniversitesi Yerçekimi Araştırma Enstitüsü'nden Prof. Dr. Mark Hannam, "İkili kara deliklerin bunu yapabileceğini her zaman düşündük. İlk yerçekimi dalgası algılamalarından bu yana bir örnek bulmayı umuyorduk. Bunun için beş yıl ve 80'den fazla ayrı algılama beklemek zorunda kaldık, ama sonunda bir tane bulduk!" diyor.

Prof. Dr. Hannam, devam ediyor: "Presesyonun daha gerçekçi bir örneği, her birkaç saniyede bir sallanabilen - veya pres yapabilen - bir topacın sallanmasıdır. Buna karşılık, genel görelilikteki presesyon genellikle o kadar zayıf bir etkidir ki algılanamaz. Daha önce ikili pulsar adı verilen yörüngedeki nötron yıldızlarından ölçülen en hızlı örnekte, yörüngenin dönmesi 75 yıldan fazla sürdü. Bu çalışmadaki GW200129 (gözlemlendiği tarihten, yani 29 Ocak 2020'den alınmıştır) olarak bilinen kara delik ikilisi, her saniyede birkaç kez ilerliyor. Bu, daha önce ölçülenden 10 milyar kat daha güçlü bir etkidir."

"Tarihteki en hassas ölçüm cihazını gerektiriyor"

Yine Cardiff Üniversitesi'nden Dr. Jonathan Thompson şöyle açıklıyor: "Tanımlaması çok zor bir etki. Yerçekimi dalgaları son derece zayıf ve onları tespit etmek tarihteki en hassas ölçüm cihazını gerektiriyor. Presesyon, zaten içinde gömülü olan daha da zayıf bir etki. Zayıf sinyal, bu yüzden onu ortaya çıkarmak için dikkatli bir analiz yapmak zorunda kaldık."

Yerçekimi dalgaları Einstein tarafından 1916'da tahmin edildi. İlk olarak 2015'te Advanced LIGO enstrümanları tarafından iki kara deliğin birleşmesinden doğrudan tespit edildi. 2017 Nobel Ödülü kazandıran bu keşif araştırmalarda yeni çığır açtı. Yerçekimi dalgası astronomisi, ABD, Avrupa ve Japonya'da faaliyet gösteren gelişmiş LIGO, Virgo ve KAGRA dedektörlerinden oluşan bir ağ ile artık bilimin en canlı alanlarından biridir. Bugüne kadar 80'den fazla tespit yapıldı. Hepsi birleşen kara delikler veya nötron yıldızları ile ilgili oldu.

"Çalışma modellerimizin değişmesi gerektiğinin bir işareti olabilir"

Bu çalışma sırasında Cardiff Üniversitesi'nde olan ve şimdi de Portsmouth Üniversitesi'nde araştırmalarına devam eden Dr. Charlie Hoy, "Şimdiye kadar yerçekimi dalgalarıyla bulduğumuz kara deliklerin çoğu oldukça yavaş dönüyordu. Güneş'ten yaklaşık 40 kat daha büyük olan bu ikilideki daha büyük olan kara delik, neredeyse fiziksel olarak olduğundan daha hızlı dönüyordu. İkililerin nasıl oluştuğuna dair mevcut modellerimiz, bunun son derece nadir olduğunu, belki de bin olayda bir olduğunu gösteriyor ya da çalışma modellerimizin değişmesi gerektiğinin bir işareti olabilir" diyor.

Uluslararası yerçekimi dalgası detektörleri ağı şu anda güncelleniyor ve bir sonraki evren araştırmasına 2023'te başlayacak. Muhtemelen çarpışan yüzlerce kara delik daha bulacaklar ve bilim adamlarına GW200129'un nadir bir istisna mı yoksa bir işaret mi olduğunu söyleyecekler. Evrenimiz düşündüklerinden daha da garip.

Bu haber phys.org'dan çevirilmiştir.