Penrose, kara deliklerin Einstein’ın genel görelilik kuramından kaynaklanabileceğini gösteren teorik çalışmaları için ödülü aldı. Ghez ve Genzel ise Samanyolu galaksimizin merkezinde gizlenen süper kütleli kara delik Sagittarius A*’yı keşfettikleri için ödülü paylaşılar. Ghez, ödülün 119 yıllık tarihinde Nobel Fizik Ödülünü kazanan dördüncü kadın oldu. Temmuz 2019’da yayınlanan bu hikaye Ghez’in, Einstein’ın genel görelilik teorisini test etmeye devam eden süper kütleli kara deliklerin yakınındaki yerçekimini ölçen son araştırmasıyla ilgilidir.
Süper Kütleli Kara Delikler Einstein’ı (Şimdilik) Haklı Çıkardı
“Bir yıldız, süper kütleli bir kara delik ile yakın bir karşılaşma yaşarsa ne olur?” sorusu, gökbilimcilere Einstein’ı test etme şansı veriyor.
Bilim insanları, bir yıldızın galaksimizin merkezinde ortaya çıkmış kara deliğin etrafında nasıl davrandığına bakarak, nesnenin sahip olduğu yoğun yerçekimi alanının yıldız ışığını frenlediğini ve kozmosta yolculuğunda gözle görülür bir gecikmeye neden olduğunu doğruladılar. Bu ölçüm, Einstein’ın genel görelilik teorisini test etmenin en iyi yoludur; bu, ışığın yüksek yer çekimli bir alandan geçerken enerji kaybedeceğini öne sürer.
Los Angeles’taki California Üniversitesi’nden astronom Andrea Ghez, “Bu tür bir deney, yerçekiminin süper kütleli bir kara deliğin yakınında nasıl çalıştığına dair yapılan ilk çalışmadır” diyor. “Yerçekimi, hem evren anlayışımız hem de günlük yaşamımız açısından inanılmaz derecede önemlidir.”
Gökbilimciler, bir gün genel göreliliğin çok yüksek yerçekimli ortamlarda işe yaramadığına dair kanıtlar bulmayı umuyorlar. Çünkü bu, evren anlayışımızdaki bazı büyük gizemleri çözebilecek yeni fizik dallarının ortaya çıkması için bir pencere açacak.
Ancak şimdilik, Einstein’ın bir kez daha haklı olduğu ve Isaac Newton tarafından geliştirilen de dahil olmak üzere alternatif yerçekimi teorilerinin dışlandığı anlaşılıyor.
Büyük Veri Kümesi
Genel görelilikte tanımlandığı gibi, yerçekimi olarak algıladığımız şey; bir nesnenin sahip olduğu kütlenin uzay-zaman dokusunu bükmesinin sonucudur. Teori ayrıca, ışığın bile yerçekiminden etkilendiğini ve çok büyük nesnelerin etraflarında hareket eden herhangi bir ışığı etkileyebileceğini belirtiyor. Bu etki, 1919’da yaşanan bir güneş tutulması sırasında gözlemlendi ve bu da genel göreliliği, bilimin temeli haline getirdi.
Bu nedenle gökbilimciler, galaksimizin merkezindeki süper kütleli kara deliğin yörüngesinde dönen bir yıldız kümesi olan, dört milyon güneş kütlesine sahip Sagittarius A* (kısaca SgrA*) olarak adlandırılan canavar hakkında çok heyecanlılar. Dünya’dan yaklaşık 26.000 ışıkyılı uzaklıkta ve bir gaz ve toz perdesinin arkasında saklanıyor.
Bu gösterinin yıldızının adı S0-2 ve Samanyolu’nun süper kütleli kara deliğinin etrafında dönerek oval şekilli büyük bir yörüngeyi sadece 16 yılda tamamlıyor. SgrA*’ya en yakın anında yıldız, saatte yaklaşık 23 milyon kilometre hıza ulaşıyor.
Ghez, “Bunlar insan yaşamı boyunca değişiyor” diyor. “Gördüğümüz takımyıldızlar, tüm insanlık tarihi boyunca orada olanlarla aynı. Ancak galaksinin merkezinde, çok güçlü bir çekim alanında oldukları için yıldızlar aslında hareket ediyor.”
Yörüngesi oval bir yapıya sahip olduğundan S0-2 galaksinin merkezindeki kara deliğe çok yakın ve oldukça uzak bir nokta arasında gidip gelir. Ghez ve meslektaşları, en son geçen yılın Mayısayında gerçekleşen S0-2’nin SgrA*’ya en yakın olacağı anı incelemek istediler. Bu nedenle, Mart ve Eylül ayları arasında ekip, Şili ve Hawaii’de bulunan bazı uzay teleskoplarını kullanarak söz konusu yıldızın hassas ölçümlerini aldı.
Ghez, “Kesin bir şekilde yörüngenin şeklini gerçekten bilmeniz gerekiyor, yıldızın en güçlü yerçekimi alanını deneyimlediği en yakın an geldiğinde, işte o zaman Einstein’ın genel görelilik teorisini test edebilirsiniz.” dedi.
Bilim insanları bu yeni verileri 1995’ten beri toplanan bir dizi gözlemlere ekledi; bilgiler birlikte ele alındığında, S0-2’nin tüm yörüngesini üç boyutlu olarak hesaplamalarını sağladı.
Kırmızıyı Gördüğüm İçin Mutluyum
Ekip, genel göreliliği test etmek için “yerçekimsel kırmızıya kayma” adı verilen bir etkiyi ölçmek amacıyla yıldızın uzaydaki konumunun ölçümlerini, Dünya’nın görüş hattı boyunca yaptığı hareketin gözlemleriyle birleştirdi.
Basitçe ifade etmek gerekirse, S0-2, SgrA*’ya en yakın olduğu konumdayken, kara delik bir “hız tümseği” gibi davranır ve yıldızın kozmosa kaçarken yaydığı ışığı yavaşlatır. Etki, S0-2’nin ışığının enerjisinin azalması ve daha kırmızı dalga boylarına doğru gerilmesi olarak ortaya çıkar.
S0-2’nin sahil olduğu yıldız ışığının saniyede 200 km yavaşladığını kaydeden Ghez, “Kütleçekimsel kırmızıya kayma, temelde spektroskopide kodlanıyor” dedi. (tam olarak Einstein’ın denklemlerinin, SgrA*’nın kütleçekimsel ağırlığına sahip bir nesne için öngördüğü gibi).
Bilim insanları genel göreliliği daha önce bu şekilde test ettiler. Kendi güneş sistemimizdeki ve pulsar adı verilen yıldızların etrafındaki daha zayıf yerçekimi alanları da aynı etkiye sahiptir. Küresel konumlandırma uyduları, Dünya’nın yerçekiminin neden olduğu göreceli etkilere sürekli olarak uyum sağlamak zorundadır ve bu düzeltmeler olmadan gezinmeleri olanaksız olur.
Ayrıca, Almanya’daki Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü’ndeki “GRAVITY” ekibi on yıllardır galaktik merkez üzerinde çalışıyordu ve geçen yıl, Ghez’in ekibinin bugün tarif ettiği S0-2’nin ışığında aynı yerçekimsel kırmızı kaymayı tespit ettiğini duyurdu.
İki ölçüm birbiriyle eşleşiyor ve yerçekiminin Newton modelinden ziyade Einstein’ın teorisiyle tutarlı olduğunu, ancak ayrıntılarda bazı farklılıklar gösterdiğini gösteriyor. Ghez, aletlerin ve referans çerçevelerinin neden olduğu sistematik hataların eşitsizlikleri açıkladığından şüpheleniyor ve takımlar galaktik merkezi incelemeye devam ettikçe, bu hataları ortadan kaldırmanın giderek daha önemli olacağını söylüyor.
GRAVITY ekibinin baş araştırmacısı Frank Eisenhauer, bu yeni bağımsız ölçümleri ve yerçekimsel kırmızıya kaymanın kanıtlarını görmenin harika olduğunu söylüyor. Ona göre sonuçlar, galaksimizin merkezindeki süper kütleli canavarın; kara deliklerin fiziğini ve yerçekimi teorisini deşifre etmek için kilit bir hedef olmaya devam ettiğini gösteriyor.
