İki kara delik 'enerji'yi değiştiriyor!

Sabine Hossenfelder*

Bundan bir milyar yıl önce dans eden iki kara delik son bir dönüş yaptı, birleşti ve sadece birkaç saniye içinde, sarsıcı bir enerji birikimi açığa çıktı. Bu bileşim uzay zaman sürekliliği içinde durgun bir suya atılan çakıl taşının yarattığı dalgalara benzeyen yerçekimsel dalgalar başlattı. Şimdi biraz ileri gidelim ve 2015 yılının dünya gezegenine dönelim. Sonu gelmeyen bir yolculuktan sonra kara deliklerin bileşiminden  yerçekimsel dalgalar bizim güneş sistemimizin içinden geçti. 14 Eylül sabahında bu dalgalar Louisiana ve Washington'daki Laser Yerçekimsel Dalga Girişi Ölçer Gözlemevi (LIGO) dedektörlerinin ikiz kanatlarında küçücük bir kıpırdanmaya sebep oldu. Uzun süredir beklenen bu   ışık  dalgası kalıbının belirgin hareketinden sonra bir bilgisayar alarm verdi.

Kanada'daki Waterloo Üniversitesi'nde çalışan Niayesh Afshordi, bilgisayarın önemli uyarısını bir bistroda öğle yemeğindeyken fark etti. Bu olay olduğu zaman tarih 2015 yılının sonlarını gösteriyordu. Sonuçların resmi olarak açıklanmasına henüz daha çok zaman vardı ama söylentiler ilgi uyandırıcıydı. Sonunda Afshordi'nin resmi olarak basılmamış bulguları görmüş olan bir meslektaşı ağzındaki baklayı çıkardı. Perimetre Enstitüsü'nde çalışan astrofizikçi Afshordi, bu gelişmenin hem fizik camiası adına hem de kendisinin evrenin oluşumuyla kendi alışılmadık teorisi için öneminin farkına vardı.

Afshordi hafızasını yokladığında, "Birdenbire evrendeki bütün problemlerin çözüldüğünü düşündüğüm için varoluşsal bir krize girdim. Sonra birdenbire karanlık enerjinin kara delikler tarafından yapıldığını hatırladım" diyor. Uzak mesafedeki güneş patlamaları ve diğer kanıtlar evrenin büyük bir hızla büyüdüğünü gösteriyor ama sebebini kimse bilmiyor. Bugüne kadar evren bilimciler böyle bir durum sadece maddeye bağlanamayacağı için evrenin genişlemesini kara enerji adını verdikleri bir şeye bağlıyorlardı. Kara enerjinin kaynağı ve doğası tamamen sırdı.

2009 yılında Afshordi meslektaşları Chanda Prescod-Weinstein ve Michael Balogh'la beraber uzun menzilli alanı besleyen yayılan kara deliklerin kara enerjiyi taklit ettiğine dair bir teori ortaya attılar. Teoriye göre bu alanlar, kara deliklerden yayılarak evrenin üstünden geçiyor. Merak uyandıran bu tez kara enerjinin temelini ve Afshordi'nin hesaplamaları sayesinde de var olduğu tahmin edilen ve gözlemlerle uyumlu, doğru değerde alan enerjisi üreten kara deliklerin miktarını da açıklayabiliyor. Öte yandan Afshordi'nin bu açıklaması bugüne kadar kara deliklerle ilgili bilinen her şeyi yerle bir ediyor. Albert Einstein'ın genel görecelilik teorisine göre kara deliklerin olay ufuk çizgisi, bir daha geri dönüşün olmadığı yüzey, hafif bir çizgidir. Ötesine geçince bir şey olmaz ama geri dönüşü yoktur. Eğer Afshordi haklıysa bu kara deliğin içinde ufuk çizgisinin olmaması anlamına geliyor. (...) böylesi bir durum görecelilik kuramından tamamen bir kopuş anlamına geliyor.

Bu yüzden Afshordi, LIGO çıktılarını duyunca teorisini gerçekten test etme olanağına ulaşacağını düşünmüş. Eğer ufuk çizgileri düşünüldüğünden farklıysa kara deliklerin birleşmesinden meydana gelen yerçekimi dalgaları patlamaları da farklı olmalıydı. LIGO tarafından algılanan olayın mutlaka bazı yankıları da olmalıydı. Çok ince ama temiz bir sinyal bile standart fizikten bir kopuş, yerçekimine dair bir kuantum teorisi arayışında bir dönüm noktası olabilir. Bu yüzden Afshordi gülümseyerek bu bilgileri doğrularlarsa muhtemelen Stockholm'a giden ilk uçağa yer ayırtmam gerek diyor.

EKSİK HALKA TAMAMLANIYOR

Kuantum yerçekimi teorisinin, parçacık fiziğiyle ilgili  genel kuantum saha teorileri ve genel görecelilik arasındaki eksik halka olduğu söylenebilir. Kuantum yerçekimi teorisi olmadan iki başlığı yan yana ortaya koyduğunuzda ihtilaflar çıktığına şahit olabilirsiniz. Kuantum saha teorisini ufuk çizgisinin yanına koyduğunuzda kara deliklerin yavaşça buharlaşan parçaları yuttuğunu görürsünüz. Öte yandan 1970'lerde Stephen Hawking'in de ortaya koyduğu bu parçacıklar kütleyi alıp götürüyor ama kara deliğin hakkındaki bilgiyi taşıyamıyor. Dolayısıyla kara delik ortadan kalkınca içine düşen her şey yok oluyor. Kuantum fiziğinde ise bilgi, bir şekilde, bir yerde depolanır. Dolayısıyla işin matemağinde bir uyumsuzluk ortaya çıkıyor. (...) Bu yüzden bugüne kadar çok sayıda fizikçi kara delik açmazını çözmek için bir ufuk çizgisinin arkasında saklı olan kuantum yerçekimi etkilerinin çözülmesi gerektiğini düşündüler. Kara deliğin merkezinde bulunan tekil noktaya yakın tek şeyin kuantum yerçekimi etkileriyle bağlantılı olduğunu düşünüyorlardı. Son gelişmeler karşısında tekrar düşünmeleri gerekecek.

2012 yılında Santa Barbara Kaliforniya Üniversitesi'nde yapılan bir araştırmada kara delik içindeki bilginin radyasyon vasıtasıyla oradan kurtulabildiği ortaya çıktı. Bunun olabilmesi için genel görecelilikte sadece tekil noktadan değil ufuk çizgisinden de büyük sapmalar olması gerekiyordu. bu sapmalar da ufuk çizgisinin hemen dışında yüksek enerji yayan bir güvenlik duvarı ortaya çıkarıyordu.

GENEL GÖRECELİLİK KURAMI SARSILIYOR

Eğer böylesi bir duvar vardıysa bile bu, teleskoplarımıza fark edilebilir bir sinyal gönderemez sadece işin içine giren gözlemciler tarafından fark edilebilirdi. Öte yandan bu güvenlik duvarları Afshordi'nin kara deliklerin kara enerjiyi taklit ettiğine dair teorisine ilham kaynağı oldu. Eğer durum bu idiyse ufuk çizgisine yakın kara delikler genel görecelilik kuramında anlatılandan tamamen farklıydı. Enformasyon kaybını çözüme kavuşturan güvenlik duvarı sapmaya etki eden tek değişken olabilirdi. Böylelikle Afshordi'nin genel göreceliğin nasıl güncelleneceğine dair önerisi görecelilik ve kuantum teorisi arasındaki ihtilafın çözülmesi için de anahtar olabilirdi. Bu fikir kafasından hiç çıkmıyordu.

Afshordi LIGO uyarısını ilk fark ettiğinde kara delikten yayılan yerçekimsel dalgalardan ufuk çizgisi sınırında  neler olduğuna dair detaylı bilgi sahibi olup olamayacağını araştırmaya başladı. Afshordi, ilk başta umutsuzdu çünkü zaten çok sayıda yere bakılmıştı ama daha sonra bu konuda fikri değişti. Fikrini değiştiren şey Portekiz'de bulunan Instituto Superior Técnico'da çalışan Vítor Cardoso ve meslektaşlarının yerçekimsel dalgaların yarattığı yankılar üstüne yaptığı araştırmalar oldu. Cardoso'nun ekibi, ufuk çizgisi olmayan iki sıkışık maddenin kara deliklere çok benzer ama birebir aynısı olmayan yerçekimsel dalgaları ürettiğini ortaya koydu. Buradaki anahtar gösterge ufuk çizgisinin yokluğu olmakla birlikte Cardoso birleşimden gelen sinyallerde periyodik tekrarlar olduğunu iddia etti.

Bir inişin ardından ani bür yükselişten ziyade (gözünüzde bir göldeki büyük sıçramanın ardından gelen hızlı dalga patlamalarını canlandırın) yerçekimsel dalgalar, orijinal olayın cılız yankıları olarak, yavaş yavaş düşen nabızlar halinde geliyorlar. Afshordi ise kendi teorisinde açıklanan ufuğa yakın güncellemenin böylesi yankılar yaratabileceğini buldu. Buna ek olarak söz konusu tekrarların zamanlamasını son kara delik kütlesinin fonksiyonunu hesaplayarak daha kesin bir tahmin yapılabilmesini sağladı.

Daha önce hiç kimse LIGO'nunkine benzer bir sinyal yakalayamamıştı. Şu ana kadar kamuoyuna açıklanan sadece iki yerçekimsel dalga tespit edilebildi. Afshordi ise bir yardımcıyla beraber LIGO verilerini yankı izleri bulabilmek için analiz etti. Açıkça erişilebilir olan kayıtların karşılaştırarak hesaplanmış tekrarlama zamanında bir yankı tespit etti.

Öte yandan bunun rakamsal değeri (2,9 sigma) çok da yüksek bir değer değil. Çıplak sesin yarattığı böylesi bir sinyalin ortaya çıkma ihtimali 200'de bir. Fizik'te böylesi düşük bir değer ilginçtir ama bir keşif sayılabilecek bir rakam da değildir. Öte yandan LIGO deneyi bir başlangıç noktası olabilir çünkü tesislerde yerçekimsel dalgalar eksiksiz olarak kayıt altına alınabildi.  (...)

Einstein da uzayda zamanın dinamik olduğunun farkındaydı. (...) Uzun yıllar boyunca yerçekimsel dalgalar hakkında dolaylı delillerimiz vardı. Enerji kaymasına yol açtıkları için ikili yıldızların ortak yörüngelerinde ölçülebilir bozulmalara, aşınmalara sebebiyet verebiliyorlardı. Bu durum ilk 1970'lerde gözlemlendi ve yaşanan bu değişimlerin keşfi 1993'te Nobel getirdi. LIGO'nun sayesinde ise kesin bilgilere sahip olabildik.

(...)

LIGO sayesinde kara delik birleşimlerinin işbirliği grubunda çalışan ve Almanya'da Max Planck Yerçekimsel Fizik Enstiüsü'nde fizikçi olan Ofek Birnholtz'un verdiği bilgiye göre kütlesinin, daha küçük olacağı düşünülürken, mesela güneşin kütlesinden 29 ve 36 kat daha büyük olduğu ortaya çıktı.

26 Aralık 2015'te ise ikinci bir dalga tespit edildi. Bu dalga sayesinde fizikte bir yerçekimsel dalga astronomisi çağı başladı. (...)

Yerçekimsel dalgalar etkileşime çok zayıf girdikleri için ve açığa çok az enerji bıraktıkları için ölçülmeleri çok zor. Sebep oldukları deformasyon çok küçük ve yaydıkları sinyali çıkarabilmek için çok dikkatli olmak gerekiyor. Yapılan keşfin başlangıcında LIGO tarafından kullanılan dalganın büyüklüğü 5 sigma olara belirlendi. Böylesi rakam, dalganın büyüklüğü Afshordi'nin hesapladığından çok daha üstte olduğu için,  tesadüf olma olasılığını  3 milyonda bir ihtimale indiriyor. Yerçekimsel dalgaların etkileşiminin zayıf olması tam da bu yüzden onları mükemmel taşıyıcılar yapıyor. Işık parçacıklarının aksine yolda çok nadiren etki altına girerek nerede ve nasıl oluştuklarıyla ilgili saf bilgiyi taşıyabiliyorlar. Bu şekilde genel görecelilik için tamamen içine girilmemiş yeni bir usulde kesinlik testleri yapabilme imkanı doğuyor.

Kara deliklerin yankıları doğrulanırsa, bunu genel görecelilik kuramlarında şiddetli bir sapmanın göstergesi olacağı muhakkak. Yankılar belki Afshordi'nin kara deliklerin kara enerjiyi beslediği teorisini doğrulamasa bile bu fenomeni açıklamak için gerçekten özgün  bir fikir ortaya koymak gerekiyor. Ofek Birnholtz, "Bunun bir yankı olduğunu ispatlayabilirsek çok ilginç olacak. Bundan sonraki aşamada bu yankıya neyin sebep olduğuna bakmamız gerekecek" diyor.

Yakalanan sinyalin istatistiksel değeri yükselirse Afshordi'nin de cebinde araştırma planları var. Afshordi, kara delik birleşimlerinin modellerini geliştirmek ve yankıların analitik hesaplarının neye benzeyeceğini belirleyebilmek için numerik bir simülasyon çalıştırabilmek istiyor. Bir sonraki adımda da kara delik ufuk çizgisinin böylesi bir davranış göstermesine sebebiyet veren uzay zaman teorisinin altında yatanları anlamak olacaktır. Evren bilimciler, ara enerjiyi açıklayan bu yeni çıkarımları daha yakından incelemek isteyeceklerdir.

Afshordi  genel göreceliliği bu bu kadar sarsıcı bir şekilde değiştirmeye girişmenin ne kadar spekülatif bir adım olduğunun farkında Ama o gene de kendine bir misyon biçmiş bir asi. Afshordi: "İnsanların zihinlerini açık tutmalarını ve önden kabul ettikleri yargılarla uyuşmayan fikirleri reddetmelerini istemiyorum. LIGO bulgularıyla evren araştırmaları daha hiç görülmemiş yöntemlerle çalışılacak ve çok sayıda önyargının bir tarafa bırakılması gerekecek.

* Frankfurt İleri Araştırmalar Enstitüsü Araştırma Görevlisi

Makalenin orijinali Aeon sitesinde yayınlanmıştır.