Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi, nötron yıldızı birleşmelerinde kütle çekim dalgası hafızasının nasıl oluştuğunu inceledi. Albert Einstein’ın genel görelilik kuramına göre; kütle ve enerji, uzay-zamanı büker. Büyük kozmik olaylar (örneğin iki yoğun yıldızın çarpışması) bu dokuda dalgalar oluşturur ve bu dalgalara kütleçekim dalgaları denir. Kurama göre bazı şiddetli olaylar, dalga geçip gittikten sonra bile uzay-zamanda küçük ama kalıcı bir değişiklik bırakabilir. Buna ‘kütle çekim dalgası hafızası’ (Gravitational wave memory) adı veriliyor.
Araştırma, kütle çekim dalgası hafızasını nötron yıldızları üzerinden inceledi. Nötron yıldızları, Güneş’ten daha büyük kütleye sahip, sıkışmış son derece yoğun gök cisimlerine verilen isim. İki nötron yıldızı birleştiğinde ortaya hem güçlü kütle çekim dalgaları hem de yoğun manyetik alanlar, nötrinolar ve uzaya saçılan madde çıkıyor.
Araştırma, tam genel görelilik denklemlerini çözen üç boyutlu sayısal görelilik (numerical relativity) simülasyonlarını kullandı. Ekip, farklı başlangıç koşullarına sahip nötron yıldızı çiftleri için (farklı manyetik alan şiddetleri, kütle oranları ve madde denklemleri) birleşme sürecini baştan sona yüksek çözünürlükte hesapladı. Simülasyonlarda yalnızca kütleçekim alanı değil; manyetohidrodinamik (MHD) denklemler, nötrino taşınımı ve birleşme sonrası oluşan madde fırlatımı da modele dahil ediliyor. Ardından sistemden yayılan kütleçekim dalgası formu çıkarılıyor ve dalga geçtikten sonraki metrikteki kalıcı “ofset” doğrudan ölçülerek hafıza genliği hesaplanıyor.
Araştırma, hafıza sinyalinin yalnızca kütle hareketinden değil, aynı zamanda; manyetik alanlardan, nötrino akışından ve uzaya fırlatılan maddeden de beslendiğini gösteriyor. Bu fiziksel süreçler, toplam hafıza sinyalinin yaklaşık yüzde 15 ile 50’sini oluşturabiliyor.
İlginç bir sonuç; daha güçlü manyetik alan her zaman daha büyük hafıza anlamına gelmediği. Bazı güçlü manyetize sistemlerde toplam kalıcı iz, manyetize olmayan sistemlerden daha küçük çıkabiliyor. Bunun nedeni, manyetik alanın enerji dağılımını ve madde fırlatılma biçimini değiştirmesi. Yani sistemin iç dinamikleri, uzay-zamanda bırakılan son izi karmaşık bir şekilde şekillendiriyor.
Araştırma ayrıca nötron yıldızı birleşmelerindeki hafıza sinyalinin, kara delik birleşmelerine göre daha yavaş ve kademeli büyüdüğünü gösteriyor. Kara delik çarpışmalarında süreç daha “ani” gerçekleşirken, nötron yıldızlarında madde ve radyasyon süreçleri devreye girdiği için hafıza etkisi zamana yayılarak artıyor. Bu da gözlemsel olarak ayırt edilebilir bir imza oluşturabilir.
Teoriden günümüze: Hafızanın keşfi
Bu fikir ilk kez 1974’te Yakov Zel’dovich ve Alexei Polnarev tarafından doğrusal kütleçekim teorisi çerçevesinde hesaplandı. Araştırmacılar, büyük kütlelerin asimetrik hareketi sonucu yayılan dalgaların, serbest parçacıklar arasında kalıcı bir konum değişikliği bırakabileceğini gösterdi.
1991’de ise Demetrios Christodoulou, Einstein denklemlerinin doğrusal olmayan yapısının bu hafıza etkisini daha da güçlendirdiğini ortaya koydu. Böylece hafızanın yalnızca basit bir dalga artığı değil, genel göreliliğin derin bir sonucu olduğu anlaşıldı.
Kaynak: Physical Review Letters