Bilim insanları, uzay-zamandaki dalgalanmalar aracılığıyla iki yeni doğmuş kara deliğin 'ağladığını' duydular

Bilim insanları, uzay-zamandaki dalgalanmalar aracılığıyla iki yeni doğmuş kara deliğin 'ağladığını' duydular.

İçlerinden biri daha önce hiç görülmemiş bir doğum gerçekleştirdi.

Bilim insanları, her biri kendi ana kara deliğinin çarpışıp birleşmesiyle oluşan iki yeni doğmuş kara deliğin senfonisini "duydular". Aslında bu çarpışma olaylarından biri, türünün ilk örneğiydi.

Bebek kara deliklerin tespiti ve onları oluşturan dört ana kara delik hakkındaki bilgiler, onları doğuran şiddetli kozmik olayların neden olduğu uzay-zamandaki dalgalanmalar veya kütleçekim dalgaları sayesinde elde edildi. Bu dalgalar, LIGO (Lazer İnterferometre Kütleçekim Dalgası Gözlemevi), Virgo ve KAGRA (Kamioka Kütleçekim Dalgası Dedektörü) kütleçekim dalgası dedektörleri tarafından kaydedildi.

LIGO-Virgo-KAGRA iş birliği, GW241011 olarak adlandırılan ilk birleşmeyi 11 Ekim 2024'te tespit etti. Bu birleşme, Güneş'in yaklaşık 17 katı kütleye sahip bir kara deliğin, yıldızımızın yaklaşık yedi katı kütleye sahip eşi kara deliğe çarpması sonucu meydana geldi. Olayın Dünya'dan yaklaşık 700 milyon ışık yılı uzaklıkta gerçekleştiği hesaplandı. Ortaya çıkan kütleçekim dalgası sinyalinin kodunun çözülmesi birkaç şeyi ortaya çıkardı: İlgili kara deliklerin kütleleri ve çiftin büyük olanının şimdiye kadar gözlemlenen en hızlı dönen kara deliklerden biri olduğu gerçeği.

Bu çığır açan tespitten bir aydan kısa bir süre sonra, 11 Kasım 2024'te, kütleçekim dalgası cihazları, atalarının şiddetli çarpışmasının ardından yeni doğmuş bir kara deliğin çığlıklarını "duydu". GW241110 adlı bu sinyal, Güneş'in 16 ve sekiz katı kütleye sahip kara delikler arasındaki bir çarpışmadan kaynaklandı ve yaklaşık 2,4 milyar ışık yılı uzaklıkta meydana geldi. Bu sinyal, söz konusu kara deliklerden birinin diğerinin etrafındaki yörüngesinin ters yönünde döndüğünü ortaya koydu; bu, birleşen ikili kara delikler için ilk kez görülen bir özellikti.

Nevada Üniversitesi, Las Vegas'ta (UNLV) astrofizik yardımcı doçenti Carl-Johan Haster yaptığı açıklamada, "Her yeni tespit, evren hakkında önemli bilgiler sağlıyor ve bize gözlemlenen her birleşmenin hem astrofiziksel bir keşif hem de fiziğin temel yasalarını araştırmak için paha biçilmez bir laboratuvar olduğunu hatırlatıyor," dedi. "Bu tür ikili sistemler daha önceki gözlemler ışığında öngörülmüştü, ancak bu, varlıklarına dair ilk doğrudan kanıt."

Her iki olay da sözde ikinci nesil kara deliklerin varlığına işaret ediyor.

LIGO İşbirliği sözcüsü ve Cardiff Üniversitesi profesörü Stephen Fairhurst, yaptığı açıklamada, "GW241011 ve GW241110, LIGO-Virgo-KAGRA ağının gözlemlediği yüzlerce olay arasında en yenileri arasında yer alıyor," dedi. "Her iki olayda da, diğerinden önemli ölçüde daha büyük kütleli ve hızla dönen bir kara delik bulunması, bu kara deliklerin önceki kara delik birleşmelerinden oluştuğuna dair çarpıcı kanıtlar sunuyor."

Kara delikler: ikinci nesil

Tespit edilen kara deliklerin ikinci nesil olduğu fikri, iki birleşmede daha büyük kara delikler ile daha küçük yoldaşları arasındaki boyut farkından kaynaklanıyor. Daha küçük kara deliklerin, yoldaşlarının kütlesinin neredeyse yarısı kadar olduğu görülüyor. GW241110 sinyalini üreten birleşmede daha büyük kara deliğin dönüşünün yörüngeye zıt yönelimi de, bu baskın kara deliğin daha önceki bir birleşmeyle oluştuğunun kanıtı.

Kara deliklerin çarpışmalar yoluyla büyüme süreci "hiyerarşik birleşme" olarak bilinir. Bunun, kara deliklerin tekrar tekrar bir araya gelip birleşerek daha büyük kara delikler oluşturma olasılığının daha yüksek olduğu yıldız kümeleri gibi yoğun nüfuslu bölgelerde meydana geldiğine inanılıyor.

GW241011, bilim insanlarına Albert Einstein'ın 1915 tarihli kütleçekim teorisinin, yani genel göreliliğin sınırlarını araştırma fırsatı sunuyor. Bu teori, kara delikler ve kütleçekim dalgaları kavramlarını da ortaya çıkarmıştır.

Örneğin, bu birleşmede yer alan kara deliğin hızlı dönüşü, nesneyi deforme eder ve bu da yaydığı kütleçekim dalgalarında benzersiz bir izlenim bırakır. Bu, bu olayın genel görelilik ve fizikçi Roy Kerr'in Einstein'ın dönen kara delikler hakkındaki teorisini kullanarak yaptığı tahminlerle karşılaştırılabileceği anlamına gelir. Çalışma ekibi, GW241011'deki kara deliklerin Kerr'in genel görelilik çözümüne uyduğunu ve bunun hem bu çözümü hem de Einstein'ın başyapıt teorisinin aşırı durumlarda doğrulanmasına yardımcı olduğunu açıklıyor. Bu, bir kütleçekim dalgası sinyalinde (GW241011) müzik aletlerinin armonik seslerine benzeyen daha yüksek bir harmoniğin "vızıltısını" üçüncü kez doğrulamayı da içeriyor.

LIGO-Virgo-KAGRA iş birliği, bu kütleçekim dalgası sinyallerinin, daha önce tahmin edilen ancak genel görelilik sınırlarının dışında kalan bir şeyin kilidini açmada anahtar olabileceğini düşünüyor.

Ayrıca, bu sinyallerin ardındaki iki kara delik birleşmesi, ilgisiz bir bilim alanı olan parçacık fiziği hakkında daha fazla bilgi ortaya çıkarma potansiyeline sahip.

Bilim insanları, parçacık fiziğinin Standart Modelinin ötesinde var olan ultra hafif bozonların veya parçacıkların varlığını varsaymak için hızla dönen kara delikleri kullanabilirler. Eğer varlarsa, ultra hafif bozonlar, dönen kara deliklerden dönme enerjisini çekmelidir. Bu parçacıkların ne kadar enerji çektiği ve kara delikleri ne kadar yavaşlattığı kütlelerine bağlıdır.

GW241011'in ardındaki birleşmenin öncüsü kara deliğin, onu oluşturan birleşmeden bu yana milyonlarca (hatta milyarlarca) yıl geçmesine rağmen hala hızlı bir şekilde dönüyor olmasının ortaya çıkması, bir dizi ultra hafif bozon kütlesi olasılığını ortadan kaldırıyor gibi görünüyor.

LIGO-Virgo-KAGRA İş Birlikleri Gözlem Bilimi Bölümü Eş Başkanı ve Roma Sapienza Üniversitesi profesörü Francesco Pannarale, "Bu iki olayın tespiti ve incelenmesi, dedektörlerimizi sinerji içinde çalıştırmanın ve hassasiyetlerini artırmaya çalışmanın ne kadar önemli olduğunu gösteriyor," dedi. "LIGO ve Virgo cihazları, evrenimizde kara delik ikililerinin nasıl oluşabileceği ve onları özünde düzenleyen temel fizik hakkında bize daha fazla şey öğretti.

"Cihazlarımızı geliştirerek, ölçümlerimizin artan hassasiyetiyle bu ve diğer yönleri daha derinlemesine inceleyebileceğiz."

Kaynak: Space