Kütleçekimin izinde: İki karadeliğin son dansı

İlkokulda elimize pastel boyaları aldığımız zaman öğreniriz sarı ile maviyi karıştırınca yeşil olduğunu. Siyah ile siyahı karıştırmak diye bir şeyse söz konusu bile değildir, çünkü tabii ki sonuç yine siyah olur. Peki iki karadeliği birbirine karıştıracak olursak?

Karadeliklerin kendilerine yaklaşan her şeyi yutma sevdasını biliyoruz. Işığı bile yuttukları için kararmış kalmışlar zaten. Bu yüzden, ısınmak için bile birbirine ancak bir yere kadar sokulabilen kirpiler misali, karadelik çiftleri de aralarında belirli bir mesafeyi korur. Ama bu mesafeli dans, karadelikler arasındaki karşı konulmaz çekime yenik düşer de karadelikler birleşecek olursa, işte o zaman işin rengi değişir.

İki karadelik birbirine yaklaşmaya başladığında, evrenin en uzak köşesinde bile yankılanabilecek kadar güçlü bir uğultu meydana gelir. Karadeliklerin kütleleri Güneş’ten onlarca kat fazla olduğu halde, hacimleri bir şehir kadar küçüktür ve böylesine yoğun iki varlık birbirinin çevresinde dönerken uzay-zamanın titreşmesine neden olur. Uzay-zaman titreşimini bir çarşaf gibi düşünebiliriz. Düz bir çarşafın ortasına iki ağır bilye koyduğunuzu hayal edin. Bilyeler birbirinin çevresinde dolanmaya başladığında, çarşafın kumaşı kıvrılır, gerilir ve dalgalanır. İşte evrenin dokusu da böylesi görünmeyen bir kumaş gibidir. Karadeliklerin devasa kütleleri, bu dokunun içinde tıpkı o bilyelerin çarşafta yaptığı gibi dalgalar oluşturur ve bu titreşimlere de kütleçekim dalgaları adı verilir.

Karadeliklerin birbirleri etrafındaki her dolanmasında, dans ederken birbirine karşı koymaya çalışan iki aşığın her turda nefesinin azar azar tükenmesi gibi, sistem az da olsa enerji kaybeder. Enerji azaldıkça, tıpkı zamanla yorulan dansçılar gibi karadelikler birbirine yaklaşır ve bir süre sonra artık aralarındaki mesafeyi koruyamazlar. Bu süreç kimi zaman milyonlarca, kimi zamansa milyarlarca yıl boyunca devam eder. Başlangıçta geniş bir yörüngede dolanan karadelikler, zaman içinde sarmal yörüngede bir girdabın içine çekilir gibi birbirine yaklaşır. Ne kadar yaklaşırlarsa, hızları da o kadar artar. Son anlarda, artık yanacağını bile bile ışığa yönelen kelebekler gibi, bu iki karadelik de kütlelerinin çekimine kapılarak birbirine doğru savrulur. Nihayetinde yörüngeleri çöküşe geçer, aralarındaki sınır bulanıklaşır ve tek bir karadelik haline gelirler. Derin bir yutkunma sesiyle tamamlanan bu birleşmede Güneş’in ömrü boyunca saçacağı enerjiden çok daha fazlası, birkaç saniye içinde uzaya kütleçekim dalgaları olarak gönderilir.

KOZMİK DANSIN YANKILARI

Ne var ki hiçbir dans kusursuz değildir; iki dansçı ne kadar aynı ritimde hareket ederse etsin biri her zaman diğerinden biraz daha çevik, temkinli, iri veya hantal olabilir. Bu küçük farklar, dansın dengesinde önemli bir rol oynar. Söz konusu karadeliklerin dansı olduğunda da durum farklı değil. İki karadelikten biri diğerinden biraz daha büyük olabilir, biraz daha hızlı dönebilir ya da herhangi bir nedenle birleşme sırasında uzay-zamanın bir yönü diğerinden biraz daha fazla etkilenebilir. Bu küçük dengesizlikler devasa sonuçlar doğurur: Enerji hangi yöne biraz daha fazla yayılırsa, karadelik de tam ters yöne doğru savrulur ve böylesi bir birleşmeden doğan yeni karadeliğin evrenin derinliklerine doğru kozmik bir kurşun gibi yol alması olasılık kazanır. Geri tepme adı verilen bu durum kimi zaman o kadar küçük olur ki yeni karadelik yerinden pek fazla kımıldamazken bazen de o kadar güçlüdür ki karadelik kendi gökadasının bile ötesine fırlar.

Geçtiğimiz aylarda tam da bu konuda yayınlanan bir araştırma, bu olaya ilişkin derin detaylara ışık tuttu. Biliminsanları, 2019 yılında tespit edilen bir kütleçekim dalgası sinyalini inceleyerek, bu dalganın biri yaklaşık otuz, diğeri sekiz Güneş kütlesinde iki karadeliğin birleşmesinden doğduğunu belirledi. Kütleleri birbirinden bu denli farklı olan iki karadeliğin birleşmesinin izlerini taşıyan bu sinyalde beklenilenden daha fazla bilgi saklıydı. Kütleler arasındaki fark, yayılan dalgaların temel titreşimi yanında daha ince titreşimleri de ortaya çıkardı. Tıpkı bir müzik aletinde ana notanın yanında hafif tınıların da duyulması gibi, bu ek titreşimler sayesinde biliminsanları birleşmenin yönünü, eğimini ve hangi yöne doğru bir tepme oluştuğunu da inceleyebildiler.

ASIRLIK BEKLEYİŞİN SONU

Her ne kadar Einstein, bundan bir asır önce, uzayın da bir deniz gibi dalgalanabileceğini söylemiş olsa da bu zayıf dalgaları yakalayabilmek ancak 2015 yılında LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) dedektörleri sayesinde gerçek olabildi. Şimdi ise, o ilk yankıdan neredeyse on yıl sonra, çalışmalar bizi bir adım daha ileri götürerek 2019 yılında gözlenen GW190412 adlı birleşme olayını incelememize olanak tanıdı. Yalnızca iki karadeliğin birleştiği değil, birleşmeden sonra ortaya çıkan yeni karadeliğin hangi yöne ve hangi hızla savrulduğu da ölçülebildi. Böylece ilk kez, hem bir karadeliğin doğum anına hem de doğduğu andaki kozmik tepmesine tanıklık etmiş olduk.

GW190412 verileriyle yapılan çalışmaların sonuçlarına bakılırsa yeni doğan karadeliğin saniyede elli kilometreden fazla hızla savrulduğunu söylemek mümkün. Bu hız, karadeliği doğduğu yerden, yani yaşlı yıldızlarla dolu bir küresel kümeden koparmak için gayet yeterli. Karadelik bu hızla, çevresinde az madde bulunan bir yöne doğru savrulduğunda sessizliğe gömülürken, daha yoğun gazların içinden geçeceği bir yönde yol alacak olduğunda etrafındaki madde ile etkileşimleri nedeniyle kısa süreli parıltılara yol açabilir.

Bu detaylı ve hassas analizler sayesinde biliminsanları artık yalnızca bir olayın izini sürmekle kalmıyor, uzayın dokusundaki en ince titreşimleri kullanarak milyarlarca ışık yılı ötede yaşanmış bir hareketin üç boyutlu hikayesini yeniden kurabiliyor. Kütleçekim dalgaları sayesinde artık yalnızca karadeliklerin birleştiğini değil, o birleşmeden doğan yeni karadeliğin nasıl savrulduğunu, hangi yöne gittiğini ve hangi hızla yol aldığını da öğreniyoruz. Görülen o ki evren sadece ışıkla değil karanlıkta bile hikayesini anlatmayı sürdürüyor. Her yeni kütleçekim dalgası sinyali, görünmez bir olayın izini taşıyan bir mektup gibi bize ulaşıyor. Kimi zaman bazı gizemleri anlamak için karanlığı aydınlatmaya çalışmak yerine, onu olduğu haliyle daha iyi anlamaya ihtiyaç duyarız. Ve dinlemeyi bilenler için evren karanlıkta bile yankılarla kendini anlatmaya devam eder.

Görsel kaynak: Samson Leong - The Chinese University of Hong Kong