Yerçekimi dalgaları illüstrasyon.
Dönüm noktası keşiflerinde kullanılan inanılmaz derecede hassas araçlar, Evrende kalan en büyük gizemlerden birinin çözülmesine yardımcı olabilir.
Yüzyılın en büyük bilimsel buluşlarından birinin arkasındaki teknoloji – yerçekimi dalgalarının tespiti – şimdi bulunması zor karanlık madde arayışında kullanılıyor. Yakın zamanda Nature’da yayınlanan bir çalışmada, Cardiff Üniversitesi’nin Yerçekimi Keşif Enstitüsü’nden bilim adamları tarafından yönetilen bir ekip, ilk kez yeni bir tür karanlık madde aramak için Almanya’nın Hannover yakınlarındaki Alman-İngiltere GEO600 yerçekimi dalgası dedektöründen gelen verileri kullandı. . Doğrudan tespit yapılmamasına rağmen, bu benzersiz arama, yeni bir arama yöntemi oluşturmanın ilk adımıdır. Tespit edilmemesi, araştırmacıların karanlık madde hakkındaki bazı teorileri ekarte etmesine izin verdi ve Evrenimizin bu görünmez bileşeni için gelecekteki araştırmaları iyileştirmeye yardımcı oldu.
Evrendeki tüm maddenin kabaca %85’ini oluşturduğu düşünülen karanlık madde, hiçbir zaman doğrudan gözlemlenmedi ve modern fiziğin çözülmemiş en büyük gizemlerinden biri olmaya devam ediyor. Karanlık madde hiçbir zaman doğrudan tespit edilmemiş olsa da, bilim adamları Evrendeki nesneler üzerindeki yerçekimi etkisinden dolayı var olduğundan şüpheleniyorlar. Örneğin, büyük miktarda görünmeyen madde, galaksilerin neden bu şekilde döndüklerini ve ilk etapta nasıl oluştuklarını açıklayabilir.
Yakın zamana kadar, karanlık maddenin ağır temel parçacıklardan oluştuğuna yaygın olarak inanılıyordu. Bunlar çok sayıda çabaya rağmen keşfedilmedi ve bilim adamları şimdi karanlık maddeyi açıklamak için alternatif teorilere yöneliyorlar. Yakın tarihli bir teori, karanlık maddenin aslında kendi Samanyolu’muz da dahil olmak üzere galaksilerin etrafında sıçrayan görünmez dalgalar gibi davranan skaler alan adı verilen bir şey olduğunu söylüyor.
Aydınlatıcı araştırma: bilim adamları, dünya çapında bu tür diğer sistemlerde de kullanılan GEO600 dedektörü için yenilikçi teknolojiler geliştirdiler. Kredi: © H. Lueck / Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü
Bilim adamları, halihazırda birçok olağanüstü keşifle kanıtlanmış olan son derece hassas dedektörler ile mevcut yerçekimi dalgası teknolojisinin, sonunda doğrudan karanlık maddeyi keşfetme ve hatta neyden yapıldığını bulma konusunda gerçek potansiyele sahip olduğuna inanıyor.
Cardiff Üniversitesi Yerçekimi Araştırma Enstitüsü’nden araştırmayı başlatan ve GEO600’ün öncülüğünü yapan Hartmut Grote, “Enstrümanlarımızın başlangıçta yerçekimi dalgalarını tespit etmek için tasarlanmış olmalarına rağmen, bu yeni tür karanlık maddeyi avlamak için kullanılabileceğini fark ettik” dedi. 2009’dan 2017’ye bilim adamı.
GEO600 gibi bir lazer interferometre içinde, bir lazer vakum tüpleri boyunca yüzlerce metre yol alan iki ışık huzmesine bölünür ve bir dedektörde buluşmadan önce aynalar arasında sektirilir. Bundan bilim adamları, ışık ışınlarının birbiriyle ne kadar uyumsuz olduğunu büyük bir doğrulukla ölçebilirler; bu, ışınların karşılaştığı herhangi bir rahatsızlığın temsilcisidir. Yerçekimi dalgası tespitinde, uzak astronomik olaylardan kaynaklanan uzay-zamandaki dalgalanmalar, lazer ışığının kat ettiği mesafeyi proton çapının binde biri kadar sıkıştırır ve uzatır.
Yerçekimi dalgası gözlemevi GEO600, Hannover’in 20 kilometre güneyinde, Sarstedt yakınlarındaki Ruthe’de bulunuyor. AEI bilim adamları tarafından Albert Einstein tarafından tahmin edilen küçük uzay-zaman dalgalanmalarını aramak için kullanılan 600 metre uzunluğunda kolları olan bir lazer interferometredir. Kredi:
© H. Luck/AEI
Almanya’daki GEO 600 dedektörü oldukça hassas bir interferometredir ve LIGO ve Virgo tarafından yerçekimi dalgalarını tespit etmek için gereken teknolojinin çoğunu geliştirmek için kullanılmıştır. Diğer dedektörler yerçekimi dalgalarına karşı daha duyarlı olmasına rağmen, GEO600, skaler alanlı karanlık maddenin etkilerine en duyarlı olanıdır.
Yine Cardiff Üniversitesi’nden baş araştırmacı Sander Vermeulen, “Skaler alan karanlık madde dalgaları, Dünya’nın ve aletlerimizin içinden geçecek, ancak bunu yaparken, aynalar gibi nesnelerin çok hafif titreşmesine neden olacak” dedi. “Aynaların titreşimleri, GEO600 veya LIGO dedektörleri gibi cihazlardaki ışık huzmelerini, karanlık maddenin karakteristik özelliği olan belirli bir şekilde bozar; bu, karanlık maddenin tam özelliklerine bağlı olarak tespit edebilmemiz gereken bir şeydir.”
Ekip, bu yeni çalışmada herhangi bir tespitte başarısız olmasına rağmen, bu teknolojiyi karanlık madde araştırmalarına sokma konusunda önemli ilk adımlar attıklarını ve gelecekteki çalışmalar için belirli parametreleri daraltma konusunda ilerleme kaydettiklerini söylüyorlar.
Grote, “Aslında tamamen farklı bir amaç için yapılmış bir enstrümanın karanlık maddeyi avlamak için ne kadar hassas olabileceğine şaşırdım” diyor.
Vermeulen, “Karanlık maddenin belirli özelliklere sahip olduğunu söyleyen bazı teorileri kesin olarak reddettik, bu nedenle gelecekteki aramalar artık neye bakılacağı konusunda daha iyi bir fikre sahip” dedi. “Bu yeni tekniklerin gelecekte bir noktada karanlık maddeyi keşfetme potansiyeline sahip olduğuna inanıyoruz.”
Hannover’deki Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü’nün (Albert Einstein Enstitüsü) direktörü ve Yerçekimi Fiziği Enstitüsü’nün direktörü Karsten Danzmann, “GEO600’ün bir kez daha öncü araştırmalar için çok yararlı ve hassas bir araç olduğunu kanıtlaması harika” dedi. Leibniz Üniversitesi Hannover’de.
Referans: Sander M. Vermeulen, Philip Relton, Hartmut Grote, Vivien Raymond, Christoph Affeldt, Fabio Bergamin, Aparna Bisht, Marc Brinkmann, Karsten Danzmann, Suresh Doravari, “Bir kütleçekimsel dalga dedektöründen skaler alanlı karanlık madde için doğrudan limitler”, Volker Kringel, James Lough, Harald Lück, Moritz Mehmet, Nikhil Mukund, Séverin Nadji, Emil Schreiber, Borja Sorazu, Kenneth A. Strain, Henning Vahlbruch, Michael Weinert, Benno Willke ve Holger Wittel, 15 Aralık 2021, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-021-04031-y
GEO600
GEO600, Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü’nden bilim adamları ve Birleşik Krallık’taki ortaklar tarafından tasarlanıp işletilmektedir ve Max Planck Topluluğu ve Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi (STFC) tarafından finanse edilmektedir.