2015 yılında bilim insanları, uzay-zaman dokusundaki bir dalgalanma olan kütle çekim dalgasının ilk tespitini yakaladılar. Başarı, tamamen yeni bir astronomi alanının başlangıcı oldu ve 2017’de çalışanlarına Nobel Fizik Ödülü’nü kazandırdı. Şimdi, ortaya çıkan araştırmalar, kütle çekim dalgası astronomisi için bir başka önemli dönüm noktasının zirvesinde olabileceğimizi gösteriyor: “kütle çekim dalgası arka planı” tespiti.

Kütle çekim dalgalarının keşfi bilimdeki en önemli atılımlardan biri olmaya devam ediyor çünkü araştırmacıların kara deliklerin birleşmesi gibi, geleneksel ışık temelli astronomi ile asla tespit edilemeyen felaket olaylarını incelemelerine izin veriyor.

Beş yıl önce ilk çekim dalgasını yakalayan Lazer İnterferometre Çekim Dalgası Gözlemevi (LIGO) gibi detektörler, nispeten gürültülü, yüksek frekanslı dalgaları algılamak için yapılmıştır. Ancak bilim insanları, Dünya da dahil olmak üzere evrendeki her şeyden sürekli olarak akan ince, düşük frekanslı dalgalanmaların ortamdaki bir mırıltısı olduğunu tahmin ediyorlardı.

Şimdi, araştırmacılar on yıldan fazla bir süredir hızla dönen çökmüş yıldızları izledikten sonra bir dalgayı gösterebilecek bir tutarsızlığın en zayıf işareti için bir aday sinyal bulduklarını düşünüyorlar. Bu arka plan dalga kaynağı, eğer keşfedilirse, evrenin en kalıcı gizemlerinden bazıları hakkında mutlak bir bilgi elde edilmiş, altın madeni gibi bir kaynak bulunmuş olacaktır.

Örneğin, stokastik dalgalar, (zaman veya mekana göre değişen veya evrilen olguları tanımlamak için kullanılan bir olasılık modeli) Güneş’ten milyarlarca kat daha büyük olabilen ve aylar hatta yıllar süren dalga olayları üretebilen süper kütleli kara deliklerin esrarengiz davranışına ışık tutabilir. Karşılaştırıldığında, LIGO ve benzeri detektörler, yıldız ölçekli nesneler arasındaki saniyeler süren etkileşimlerden yayılan dalgalara odaklanmıştır.

Boulder Üniversitesi’nden astrofizikçi Joseph Simon bir telefon görüşmesinde “Bunlar bildiğimiz her büyük galaksinin merkezinde bulunan kara delikler” dedi. “Bu sinyali tespit edebilseydik, aslında evrene LIGO’nun araştırabildiğinden tamamen farklı bir pencere açabilirdik. Gelişimi hakkında daha fazla şey öğrenebileceğiz bu süper kütleli kara deliklerin, ev sahibi galaksileriyle birlikte bir tür kozmik zaman boyunca büyüdüğünü ve evrimleştiğini araştırabiliriz” diye ekledi.

Simon ve ekibi, Kuzey Amerika Nanohertz Çekim Dalgaları Gözlemevi’ndeki (NANOGrav) bu zor arka planın işaretlerini tespit etmek için evrenin kendisini bir tür gözlemevi olarak kullandılar. Ekip, saat gibi dakik ışık patlamaları yayan, hızla dönen ölü yıldızlar olan pulsarları yaklaşık 13 yıldır gözlemliyordu.

NANOGrav, arka plan dalgaları içinden geçerken bozulmanın ipuçlarını tespit etmek için galaksimiz Samanyolu’nun her yerinde düzinelerce pulsarı izledi. Proje bu şekilde, aslında kütle çekim dalgası arka planını açığa çıkarabilecek küçük ışık dalgalanmalarını avlamak için doğal, galaksi büyüklüğünde bir gözlemevi kullanılmasını içermektedir.

Simon, NANOGrav’ın lider bir üyesi olarak, bu araştırmadan elde edilen son bulguları geçtiğimiz günlerde Amerikan Astronomi Derneği’nin korona virüs salgını nedeniyle düzenlenen 237. toplantısında sundu. Ekip, kütle çekim dalgası arka planının kesin bir tespitini henüz doğrulamamış olsa da, ilk sonuçları, bu kullanılmayan kozmik veri kaynağına işaret edebilecek bir sinyal ortaya koyuyor.

Araştırmacılar, arka plan dalgalarına baktıklarından tamamen emin olmak için ya çalışmalarını daha fazla pulsarı kapsayacak şekilde genişletmeyi ya da 12.5 yıllık birikmiş verilerin içinden 45 pulsarı inceleyerek olayı araştırmayı umuyorlar.

West Virginia Üniversitesi’nden astrofizikçi ve NANOGrav’ın önde gelen üyelerinden biri olan Maura McLaughlin, eldeki gözlemlerle, “simülasyonlarımız, bu sinyalin kütle çekim dalgası arka planı olup olmadığını sağlam bir şekilde belirleyebilmemiz gerektiğini gösteriyor” dedi.

NANOGrav’ın ilk sonuçları umut verici olsa da, ekibin en sonunda gözlemlenen ışık bozulmalarının çekim dalgası arka planından kaynaklandığı sonucuna varabileceğini varsayarsak ancak asıl o zaman eğlence hale gelecek. Bu düşük frekanslı dalgalar, süper kütleli kara deliklerin, ev sahibi galaksilerle çarpıştığında birleşip birleşip birleşmediğini nihayet ortaya çıkarabilir.

McLaughlin, “Kozmik zaman boyunca hiyerarşik galaksi büyümesine dair çok sayıda kanıt var, bu sayede galaksiler daha büyük ve birleşmeler yoluyla daha fazla yapılandırılmıştır. Ancak, bu birleşme süreciyle ilgili pek çok cevaplanmamış soru var” dedi.

“Bir birleşmenin ürünü kaç tane galaksi vardır? Birleşme sürecinde yıldızların saçılması ve birikmesi gibi astrofiziksel süreçlerin rolleri nelerdir? Çekim dalgası arka planının genliğini ve spektrumunu ölçerek, bu sorulara önemli kısıtlamalar koyabiliriz” diye de ekledi.