Yerçekimi dalgası astronomisi, 2015’te ilk sinyalin yakalandığı zamandan beri pek çok gelişme kaydetti. Ancak, yerçekimi dalgaları için gereken hassas ölçümleri yapabilmek hala önemli bir mühendislik zorluğu teşkil ediyor. NASA’nın İleri Kavramalar Enstitüsü’nden (NIAC) alınan yeni bir hibe, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda Paul Stankus liderliğindeki bir ekibin, potansiyel olarak bu mühendislik sorunlarının bazılarını çözebilecek ve kuantum mekaniğini kullanabilecek bir konsepti finanse ediyor.
Mevcut yerçekimi dalgası dedektörleri iki kategoriye ayrılıyor. LIGO gibi, 2015’te ilk dalgayı tespit eden karasal dedektörler, 10-10.000 Hz aralığında, yıldız kütleli kara deler ve nötron yıldızı çarpışmaları sonucu oluşan nispeten yüksek frekanslı yerçekimi dalgalarını algılayabiliyor. Pulsar Zaman Dizileri (PTA’lar) ise, ölü dönen yıldızların zamanlamalarını onlarca yıl boyunca izleyerek, nano-Hertz seviyesindeki arka plan gürültüsünü tespit ediyor. Alan, bu iki uç nokta arasındaki boşluğu dolduracak yeni bir oyuncuya da sahip oluyor: LISA, süper kütleli kara deler birleşmelerinden kaynaklanan mili-Hertz dalgalarını algılayacak uzay tabanlı bir girişimölçer olacak.
Ancak bu durum, LISA ve PTA’lar arasında hala büyük bir boşluk bırakıyor; yaklaşık olarak mikro-Hertz seviyesi. Teorik olarak, LISA gibi uzay tabanlı girişimölçerler o hassasiyet düzeyine ulaşabiliyor. Ancak pratikte, bunlar önemli mühendislik zorlukları teşkil ediyor. Geleneksel girişimölçerlerin fiziksel veya optik bir bağlantıya ihtiyacı vardır; uzay tabanlı bir durumda bu, lazer ışını şeklinde kendini gösterir. Ancak, bu ışınının milyonlarca kilometre uzaklıktaki hassas şekilde konumlandırılmış aynalardan yansıması gerekiyor. Bu mesafelerde kusursuz ve sürekli bir fiziksel lazer bağlantısı sağlamak neredeyse imkansız.
Fraser, yerçekimi dalgalarındaki son gelişmeleri anlatıyor.
Stankus’un önerisi, bu lazer bağlantısını tamamen ortadan kaldırıyor. Uzay araçları arasındaki mesafeyi ölçmek ve bu mesafedeki herhangi bir değişimi izlemek yerine, ekip, yerçekimi dalgalarının kendisinden kaynaklanan astrometrik imzayı izlemeyi öneriyor; yani, güneş sistemimizden geçen yerçekimi dalgası nedeniyle yıldızların neredeyse fark edilmeyen şekilde nasıl titrediğini gözlemlemeyi amaçlıyor.
Bir yerçekimi dalgası yaklaştığında, geçici olarak uzay-zamanı bozarak gökyüzündeki tüm yıldızların neredeyse hiç algılanmayan bir koordineli dansla titremesine neden oluyor. Bu titreşimi ölçmek için hala bir girişimölçere ihtiyaç duyuluyor; ancak Stankus ve ekibi, Hanbury Brown ve Twiss (HBT) etkisi olarak bilinen bir kuantum fenomenini kullanmayı öneriyor; ekip, bu etkiyi “iki-fotonlu girişimölçer” olarak adlandırdıkları bir uygulamayla zaten başarıyla göstermiş durumda.
Bu kuantum makinesini kurmak için, öncelikle iki adet orta büyüklükteki uzay aracını serbest düşüş yörüngesine yerleştirmek gerekiyor; önemli olan, bu araçların lazer bağlantısına ihtiyaç duymaması, tamamen bağımsız olarak çalışabilmesi. Her iki uzay aracı da aynı yıldız grubunu aynı anda izliyor ve ultra hızlı tek-fotonlu dedektörleri tarafından tespit edilen her şeyin çok hassas zaman damgalarını alıyor. Bu zaman damgaları ve foton sayıları daha sonra Dünya’ya gönderiliyor; burada süper bilgisayarlar, bu verileri karşılaştırarak, ışığın (yani iki ayrı fotonun) aslında birbirleriyle etkileşime girmeden yıldızların parçasının fazlı arasındaki ilişkiyi hesaplıyor. Kuantum mekaniğinin kurallarına göre, iki farklı uzay aracına ulaşan fotonlar arasında mikroskobik korelasyonlar, yani “kuantum birleşimi” olarak bilinen bir durum ortaya çıkacaktır.
Fraser, PTA’ların nasıl çalıştığını açıklıyor.
Süper bilgisayarlar, yıldız parçasının fazlı arasındaki ilişkiyi hesaplayabilmeli; bu durumda, yıldızın görünür konumu titremeli. Birçok yıldız aynı desende titreşiyorsa, bu bir yerçekimi dalgasına işaret eder.
Birçok NIAC önerisi gibi, bu da bilim kurgu gibi görünüyor; ancak ekip, 2023’te yayınlanan bir makalede laboratuvarda çalışan bir prototip geliştirdiğini belirtiyor. NIAC fonlaması kapsamında önümüzdeki 9 ay içinde, ekibin amacı, bu konseptin uzaydaki uydularda uygulanabilir olup olmadığını kanıtlamak. Bunu başarmaları halinde, teknolojileri evrenin en karanlık sırlarını anlamamıza yardımcı olabilecek tamamen yeni bir yol açabilir.
Kaynak: Universe Today
