Kütle Çekimsel Dalgaların Etkisini Gözlemleyelim

vchal / iStock

Bilmekte Fayda Var!

Kütle çekimsel dalgalar, uzayzaman dokusunda meydana gelen dalgalanmalardır. Albert Einstein, 1916'da genel görelilik kuramında kütle çekimsel dalgaların varlığını öngördü. Bu kurama göre kütlesi olan cisimler uzayzamanı büker.

Design Cells / iStock

Kütlesi olan cisimler uzayzamanın bükülmesine yol açar.

Cisimler ivmelenerek hareket ettiğinde uzayzaman dokusunun eğiminde değişimler meydana gelir. Bu durumu bir göletin yüzeyine atılan bir taşın, suyun yüzeyinde oluşturduğu dalgalara benzetebiliriz. Benzer şekilde kütle çekimsel dalgalar da merkezden dışa doğru hareket eder.

Süpernova patlaması, birbiri etrafında dolanan nötron yıldızları ya da kara delikler kütle çekimsel dalgaları oluşturur. Kütle çekimsel dalgalar ışık hızında hareket eder. Ancak kütle çekimsel dalgaların uzayzamandaki etkileri çok zayıftır. Çünkü güçlü kütle çekimsel dalgaları oluşturan kara delik çarpışması ya da süpernova patlaması gibi olaylar, Dünya’dan çok uzakta gerçekleştiği için etkileri Dünya’ya gelinceye kadar zayıflar. Bu nedenle tespit edilmeleri zordur.

LIGO Lab Caltech: MIT

Kütle çekimsel dalgalar ilk kez 2015 yılında gözlemlendi. Bilim insanları 1,3 milyar ışık yılı uzaktaki iki kara deliğin çarpışması sonucu oluşan kütle çekimsel dalgaları, LIGO adı verilen çok hassas dedektörler ile tespit etti. Birbirine dik olarak konumlanmış dörder kilometre uzunluğundaki iki lazer interferometresinden (girişimölçer) oluşan LIGO dedektörleri, bu tespiti, kütle çekimsel dalgaların lazerlerin senkronizasyonunda (eş zamanlılık) meydana getirdiği bozulmaları gözlemleyerek yaptı.

LIGO Lab Caltech: MIT

Nelere İhtiyacımız Var?

• Agar agar tozu
• Lazer ışık kaynağı
• Misket
• Ayna
• Kâğıt
• Küçük kutu
• Isıya dayanıklı kap
• Cam kap
• Isıtıcı
• Çay kaşığı
• Su
• Kalem

Ne Yapıyoruz?

• 5 bardak suyu ısıya dayanıklı kabın içine dökelim.
• Üzerine 2,5 çay kaşığı kadar agar agar tozu ekleyelim ve karıştıralım.
• Elde ettiğimiz karışımı kabarcıklar çıkıncaya kadar ısıtalım.
• Daha sonra karışımı cam kaba dökelim.
• Karışımın soğuması ve jel hâline gelmesi için birkaç saat bekleyelim.
• Aynayı cam kabın köşelerinden birine 45 derecelik açıyla duracak şekilde katılaşan jelin içine sabitleyelim.
• Bir kâğıdın üzerine 1,5 cm çapında bir çember çizelim.
• Dik durması için kâğıdı kutuya sabitleyelim ve kutuyu cam kabın sağına yerleştirelim.
• Lazer ışık kaynağını, ışık aynadan yansıyarak kâğıdın üzerine çizdiğimiz çemberin içine yönlenecek şekilde cam kabın dışına yerleştirelim.
• Misketlerden birini aynanın karşı köşesine denk gelecek şekilde katılaşan jelin içine sabitleyelim.
• Lazer ışığını aynaya doğru tutalım.

Not: Işığın sürekli yanması için lazer ışık kaynağının düğmesini bant ile sabitleyebilirsiniz.

• İkinci misketi jelin içine yerleştirdiğimiz misketin tam üzerine gelecek şekilde yaklaşık 20 cm yükseklikten serbest bırakalım.
• İki misket çarpıştığında aynadan yansıyarak kâğıdın üzerine düşen lazer ışığındaki değişimleri inceleyelim.

Ne Oldu?

Oluşturduğumuz modelde jel uzayzaman dokusunu, misketler ise çarpışan kara delikleri temsil eder. Serbest bıraktığımız misket, jelin içindeki miskete çarptığında jelin titreşmesine neden olur. Bu titreşimler kütle çekimsel dalgaları temsil eder. Bu nedenle jelin içinde yol alarak aynaya çarpan ve yansıyarak kâğıda çizdiğimiz çemberin üzerine düşen lazer ışınında sapma görürüz. Lazer ışınının bu hareketi de kütle çekimsel dalgaların varlığını temsil eder.

Düşünelim!

Oluşturduğumuz model sizce LIGO deney düzeneğini ne derece açıklıyor? Modeli geliştirmek için neler yapabiliriz?

Kaynaklar:

• https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/activity/dropping-in-with-gravitational-waves/
• https://www.jpl.nasa.gov/edu/news/2016/3/23/modeling-gravitational-waves/
• https://www.ligo.caltech.edu/page/what-are-gw

Yazar Hakkında:

Dr. Sevda Seçer Esmer

İzmir Arkas Bilim ve Sanat Merkezi Fen Bilimleri Öğretmeni