Üçlü yıldız sistemi Einstein’ı doğruluyor

Emily Conover *

Ölü yıldızların oluşturduğu bir üçlü yıldız sistemi üzerinde yapılan gözlemler, Einstein’ın temel çekim teorisinin güçlü yerçekimi alanlarına sahip olan aşırı yoğunluktaki cisimler için de geçerli olduğunu teyit ediyor.

Araştırmacılar, 10 Ocak tarihli American Astronomical Society toplantısında, üç ölü yıldızın arasındaki karmaşık yörünge hareketinin, “güçlü eşdeğerlik ilkesi”* olarak bilinen bir kurala uyduğunu duyurdular. Einstein’ın genel görelilik teorisini sınırlayan yaklaşım, bazı (maddi) düzeylerde fizik ilkelerini ihlal edebilir.

Genel görelilik teorisine göre, bir nesnenin oluşumunun, yerçekiminin nasıl gerçekleştiği hususunda herhangi bir etkisi yok: Dünya’nın yerçekimi etkisi, bir kurşun kütleyle aynı ağırlığa sahip bir demir kütle üzerinde aynıdır. “Zayıf eşdeğerlik ilkesi” adıyla bilinen ilke bunu gerektiriyor. Galileo’nun Pisa Kulesi’nden aşağı toplar bırakarak gerçekleştirdiği bir ‘deney’den başlayarak, bazı başka gözlemler de bu ilkeyi onaylıyor.

KARMAŞIK VE SINANMASI OLDUKÇA ZOR

Öte yandan, güçlü eşdeğerlik ilkesi, ‘zayıf’ olan versiyonundan daha karmaşık ve test etmek daha zor. Güçlü eşdeğerlik ilkesine göre, yalnızca farklı malzemelerin hızlanma oranı (ivme) aynı değildir, yerçekimi alanlarına bağlı olan enerjinin de aynı ivmeyle düşmesi (yani çekilmesi) gerekir. Hâl böyleyken, bu koşula uygun olarak, güçlü bir yerçekimi alanına sahip ve inanılmaz derecede yoğun olan bir nesne de diğer nesnelerle aynı ivmeyle düşmelidir.

Gerçekleşen toplantının ilk sonuçlarını paylaşan Amsterdam Üniversitesi’nden gökbilimci Anne Archibald, “Yerçekimi nasıl düşer, diye soruyoruz. Tuhaf görünüyor; ancak Einstein enerji ve kütlenin aynı şey olduğunu ifade ediyor,” diyor. Bu ifade, bir yerçekimi alanında bulunan enerjinin, aynen kütle gibi düşebileceği anlamına geliyor. Güçlü eşdeğerlik ilkesinin ihlal edildiği aykırı bir durumda, yoğun yerçekimi alanına sahip bir nesne, çekim alanı daha zayıf olan nesnelerden farklı bir ivmeyle düşer.

Bu teoriyi test etmek isteyen bilim insanları, düzenli aralıklarla Dünya’yı süpürüp geçen elektromanyetik radyasyon ışınları yayan, kendi etrafında dönen ve aşırı-yoğun, çökmüş bir yıldız olan bir pulsardan gelen sinyallerin zamanlamasını ölçtü. Bahsi geçen PSR J0337+1715 adlı yıldız yalnız bir pulsar değil: İki arkadaşı daha mevcut. Pulsar, enerjisini tüketmiş ve “beyaz cüce” adı verilen başka bir yıldızla birlikte bir yörünge oluşturuyor. Bu yıldız çiftinin yakınındaysa başka bir “beyaz cüce” daha bulunuyor.

Güçlü eşdeğerlik ilkesinin korunduğu durumlarda, eşleşen pulsar ve beyaz cüce, ikinci beyaz cücenin yerçekimi alanında da aynı ivmeyle düşmeli. Ancak pulsar, yoğun çekim alanıyla en yakınındaki beyaz cüceye doğru diğerine oranla daha hızlı düşerse, pulsarın yörüngesi en dıştaki beyaz cüceye doğru çekilecek ve dönen bir elipsi andıran bir yol izleyecektir.

Bilim insanları, yörüngesini anlayabilmek amacıyla bir pulsar sinyalinin zamanlamasını gözlemleyebilirler. Örneğin bir pulsar Dünya’dan uzaklaştığında, enerji atımları normal ritminin biraz gerisinde kalır. Yani, J0337 + 1715’in yörüngesi değişkense, Dünya’da kaydedilen sinyallerin zamanlamasında da düzenli değişiklikler gözlemlenir. Archibald ve meslektaşları buna benzer bir değişim gözlemlememişler. Bu durum, kısaca, pulsar ve beyaz cücenin eşleşen ivmelenmelerinin yüzdelik oranının 0.16 (binde 16) düzeyinde olması gerektiği anlamına geliyor.

İLKE, KUANTUM DÜZEYİNDE İHLAL EDİLEBİLİR

Fizikçilerin çoğu, güçlü eşdeğerlik ilkesinin bazı düzeylerde ihlal edilmesi gerektiğini düşünüyor. Genel görelilik kuramı, çok küçük ölçeklerdeki yapıları inceleyen kuantum mekaniğiyle pek uyumlu değil. Araştırmanın katılımcısı olmayan ve Gainesville’deki Florida Üniversitesi’nde çalışan fizikçi Clifford Will, bu kuramları birleştirme amaçlı genel görelilik düzeltmelerinin, güçlü eşdeğerlik ilkesinde ihlallere yol açtığını ifade ediyor.

Güçlü eşdeğerlik ilkesi, bu çalışmanın doğrulanması noktasında, çok küçük seviyelerde ihlal edilebilir. Böylece, genel görelilik üzerindeki güncellemeler için açık bir kapı bırakılmış olur. Ancak yeni ölçümler, bu türden birçok teoriyi önceki deneylerden daha isabetli biçimde sınırlıyor. Will, “sonuç gerçekten muazzam,” diyor. “Bu teori alanında çok büyük bir ilerleme anlamına geliyor... Bu sebeple, gözlemlenen bu üçlü yıldız sistemi çok değerli.”

*Eşdeğerlik ilkesi genel görelilik alanında, kütleçekimsel kütle ve eylemsiz kütle arasındaki eşdeğerlikle ilgilenen çeşitli kavramlardan biridir. Einstein’ın gözlemlerine göre, aşırı büyük kütleli bir cismin (Örn. Dünya) üzerinde durulduğunda hissedilen kütleçekimsel kuvvet, eylemsiz olmayan (ivmeli) referans çerçevesindeki bir gözlemcinin hissettiği kuvvetle aynıdır. (wikipedia)

Yazının aslı Science news sitesinde yayınlanmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)