Qravitasiya dalğaları necə kəşf edildi - LIGO

Təşəkkürlər Eynşteyn!

Albert Eynşteyn Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsini irəli sürdükdən sonra belə bir ön görmə də ortay atmışdır ki, kosmos-zaman əyriliyi kütlədən qaynaqlanır. Əgər bu kütlə sabit qalmazsa, “çalxalanarsa” nə olar? Eynşteyn belə bir iddia ilə cavab vermişdir: Əgər kütlə sabit qalmazsa, kosmos-zamanın titrəyəcək və işıq sürətində dalğalar yaradacaq. Bu açıqlamadan sonra fiziklər araşdırmaya başladılar. Uzun çəkən bu araşdırma nəhayət 11 Fevral 2016-cı ildə LİGO araşdırmaçıları tərəfindən ölçüldü. İndi gəlin bu ölçüm necə aparılır birlikdə baxaq.

Kütlə çəkim dalğalarının gerçək olduğuna inanan fizik Cozef Weber, 1969-ci ildə, bu dalğaları kəşf edəbilmək üçün bir dedektor icad etdi. Etdiyi icad, iki metr uzunluğunda və bir metr genişliyindəki alüminium silindr, bir kütlə cazibə dalğası ilə qarşılaşdığında titrəyərək səs çıxardacaqdı. Nəticələri Weber xaric heç bir fizikaçı tərəfindən qəbul görmədi və təkrar edilə bilmədi.

Daha sonra bir çox testlər olsada birbaşa ölçmə gözləmlənə bilməmişdi. Lakin birbaşa təsbit üçün arayış yenə uzun zaman aldı. 70-ci illərdə lazer ölçücülər   (interferometer-İnterferensiya hadisəsini ölçən cihaz) ilə kütlə çəkimi dalğaların təsbit edilə biləcəyi aydın olmuşdu. 1990-cı ilə gəlindiyində MIT və Caltech'ten fiziklər kütlə cazibə dalğalarının təsbiti üçün nəhəng lazer girişim  ölçü detektorları inşa etmə fikrini ortaya atdılar. Bir çox fizikaçı, o biri araşdırma sahələrinə ayrılacaq ciddi miqdarda pulu azaldıb qarşılığında heç bir nəticə götürə bilməyəcəklərini düşündüklərindən ciddi bir şəkildə qarşı çıxdılar. Lakin Kip Thorne, Ronald Drever və Rainer Weiss liderliyindəki kütlə cazibə dalğaları tapmaq üçün lazer ölçü rəsədxanası -LİGO-nun  layihəsinə təsdiq verildi. ABŞ Milli Elm Fondu, Birləşmiş Krallıq Elm və Texnologiya Şurası, Almaniyadan Max Planck Dərnəyi və Avstraliya Araşdırma Dərnəyi bu layihəyə dəstək verdilər və LIGO'nun xərci 2015-ci il etibarilə $620 milyon tutdu.

1999-ci ildə istehsalı bitən və 2001-ci ildə fəaliyyətə başlayan LIGO'da indiyə qədər 900-dən çox elm adamı çalışdı. 2010-ci ilə qədər kütlə cazibəsi dalğalarını təsbit edə bilmədi və bağlanılıb daha inkişaf etmiş detektorlar yerləşdirilməsi qərarı alındı. Köhnəsinə görə dörd qat daha həssas olan inkişaf etmiş detektorlar ilə 2015-ci il sentyabr ayında LİGO təkrar araşdırma etməyə başladı. Köhnə qurğu minimum 40Hz olan dalğaları qəbul edə bilirdi, yenisi isə 10Hz-ə qədər həssaslaşdırılmışdı. İşə başladıqdan çox qısa bir müddət sonra, 14 sentyabr 2015 tarixində kütlə cazibə dalğalarıtəsbit edildi. 11 Fevral 2016-cı ildə isə  isə kəşf Physical Review Letters adlı elmi jurnalda nəşr olunduqdan sonra mətbuat konfransıyla elanı edildi.

LİGO kütlə cazibə dalğalarının dünyanı nanometrin 100 mində biri qədər genişlədib daraltdığını ölçdü. Eynşteynin Ümumi Nisbilik nəzəriyyəsinə əhəmiyyətli bir sübut olmasının yanında qara dəliklərin də həqiqətən olduğuna dair dəlil təqdim etdi.

Bəs bu ölçmə necə aparılır?

Kosmosdakı çox kiçik bir genişləməyi yüksək dəqiqliklə qeyd edə bilmək üçün İnterferensiya ölçü adı verilən L şəklində, iki ədəd 4 km uzunluğunda boru istifadə edildi.

Bu qolların uclarına qoyulan güzgülər sayəsində, bir lazer şüası göndərildiyi zaman, dörd kilometrlik yüksək vakuumlu yəni içində hava olmayan borular boyunca lazer eyni yerdə bir irəli bir geri gedərək aynalardan qırılaraq bu prosesi yerinə yetirirlər. Hər qolda, lazer şüaları 400 dəfə irəli-geri gettikdən sonra boruların birləşmə yerindəki şüa ayırıcıya dönərək  kəsişirlər. Bu səbəbdən şüalar üst-üstə minmədən əvvəl cəmdə 1600 km-lik yol qət etmiş olurlar və dedektorun həssaslığı yüzlərlə qat artır.

Bir-birlərinə 90 dərəcə bucaqla dayanmaqda olan bərabər uzunluqdakı bu iki tuneldə lazer şüası normalda eyni dalğa boyunda hərəkət etməkdədir. Bu səbəbdən 400 gediş -gəlişdən sonra şüa ayırıcıda kəsişib fotodedektora gəlirlər. İki dalğada da bir dəyişiklik olmasa altdakı rəsmdə olduğu kimi üst-üstə minib birlərini söndürürlər.

Əgər iki borudan birində uzunluq qısalması olsaydı, bu hadisə kəsişmə zamanı dalğaların birlərini söndürməyəcək  şəkildə üst-üstə minməsinə mane olacaqdı və interferensiya mənzərəsi meydana gətirəcəkdi. Qurğu borulardakı qısalma boyunu ölçmür, işıqların meydana gətirəcəyi interferensiyanı fotodedektorler tərəfindən təyin edir...

14 Sentyabr 2015-ci ildə LİGO, həm Louisianada həm də Vaşinqtondakı qurğuda, simulyasiyalarda nəzərdə tutulan bu siqnalı 1.3 milyard işıq ili uzaqlıqda təsbit edirlər. Saniyədə 35 dövr ilə, yəni 35Hz ilə başlayıb, 250Hz-ə qədər çıxan siqnal 0.25 saniyə davam edir və sonra itir. Siqnaldakı getdikcə artan tezlik bir-birləri ətrafında yaxınlaşaraq dönən iki yüksək kütləli cismə işarə etməkdədir. Louisiana və Vaşinqtonda təsbit edilən siqnalların arasında 0,007 saniyəlik gecikmə olması isə işıq sürətindəki dalğanın iki dedektor arasındakı qət edilən məsafənin müddətinə bərabər gəlməkdədir. Siqnal 5.1 siqma dəyərini keçir və bu fiziklərin kəşf etdiklərini söyləyə biləcəkləri statistik dəyəri keçdiyi mənasını verir.

Bir-biriləri ətrafında dönən bu iki göy cismindən gələn dalğa, simulasiyalarla müqayisə edildiyi zaman, bu cisimlərin Günəşdən 29 və 36 qat daha çox kütləli olduqları və birləşmədən əvvəl 210 km məsafə içində bir-birləri ətrafında döndükləri ortaya çıxmışdır. Bu məlumatların çox əhəmiyyətli bir mənası daha var. Kainatda bu qədər kiçik sahədə içində beləsinə kütlələri olan şeylərə nəzəriyyədə qara dəliklər deyirik. Bu müşahidə dataları kütlə cazibə dalğalarına dair bizə birbaşa məlumat təmin etdiyi qədər qara dəliklərə dair də yenə birinci əldən məlumat təmin etməkdə idi...

Nəticədə Albert Eynşteynin ön gördüyü iddiada haqlı çıxmışdı və Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsinə daha bir sübut əlavə edilmişdi.

Təşəkkür A. Eynşteyn!