Bugüne kadarki en büyük kütleli kara delik birleşmesi LIGO ile gözlemlendi

• LIGO-Virgo-KAGRA iş birliği, kütleçekim dalgalarıyla gözlemlenen bugüne kadarki en büyük kütleli kara delik birleşmesini tespit etti
• Bu birleşme sonucunda Güneş’in yaklaşık 225 katı kütleye sahip bir kara delik oluştu
• Bu birleşme, mevcut standart yıldız evrimi teorisiyle açıklanamayacak kadar yüksek bir kütleye sahip olduğu için teori ve gözlemin sınırlarını zorluyor
• İlgili bilim insanlarına göre aşırı hızlı dönme ve karmaşık sinyal analizi, kara delik araştırmaları ile algoritma geliştirmede ilerleme sağlayacak
• Bu gözlem, kütleçekim dalgası astronomisinde veri analizi, cihaz teknolojisi ve kuramsal gelişimde yeni bir dönüm noktası niteliğinde

---

LIGO, Virgo ve KAGRA bugüne kadarki en büyük kütleli kara delik birleşmesini tespit etti

LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) iş birliği, ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından desteklenen LIGO gözlemevini kullanarak, kütleçekim dalgalarıyla gözlemlenen bugüne kadarki en büyük kütleli kara delik birleşmesi olayını keşfetti. Bu birleşmede oluşan nihai kara deliğin Güneş’in yaklaşık 225 katı kütleye ulaştığı belirlendi. Söz konusu kütleçekim dalgası sinyali GW231123 olarak adlandırıldı ve 23 Kasım 2023’te LVK ağının dördüncü gözlem döneminde tespit edildi.

LIGO’nun tarihi ve evrimi

LIGO, 2015 yılında kütleçekim dalgalarının ilk doğrudan gözlemini başarıyla gerçekleştirerek büyük ilgi çekmişti; o dönemde de kara delik çarpışmasının ardından Güneş’in 62 katı kütlede bir kara delik tespit edilmişti. Louisiana’daki Livingston ve Washington’daki Hanford’da bulunan ikiz LIGO dedektörleri bu sinyali birlikte yakaladı. Daha sonra LIGO, İtalya’daki Virgo ve Japonya’daki KAGRA ile iş birliği yaparak LVK iş birliğini oluşturdu. 2015’ten bu yana dört gözlem döngüsünde 300’den fazla kara delik birleşmesi olayı gözlemlendi.

Son dönemdeki rekor birleşme olayı

Daha önce en büyük kütleye sahip kara delik birleşmesi, 2021’deki GW190521 olayıydı ve toplam kütlesi Güneş’in 140 katıydı. Bu kez GW231123 olayında, Güneş’in 100 ve 140 katı kütleye sahip iki kara delik birleşerek 225 Güneş kütlesinde bir kara delik oluşturdu. Bu kara deliklerin çok yüksek hızda döndüğü tahmin ediliyor.

LVK iş birliğinden Mark Hannam, "Gözlemlenen bu kara delik ikilisi mevcut yıldız evrimi teorileriyle açıklanması zor bir yapı gösteriyor; muhtemelen daha küçük kara deliklerin art arda birleşmelerinin sonucu olabilir" dedi. LIGO’dan Dave Reitze ise, "Kütleçekim dalgası gözlemleri sayesinde kara deliklerin doğasını ve evrenin sıra dışı özelliklerini ortaya çıkarmada büyük ilerleme kaydedildi" ifadelerini kullandı.

Rekorun yenilenmesi ve bilimsel zorluk

GW231123’te görülen yüksek kütle ve aşırı hızlı dönme, mevcut kütleçekim dalgası tespit teknolojisi ile kuramsal modellerin sınırlarını zorluyor. Einstein’ın genel görelilik kuramının izin verdiği sınıra yaklaşan bu hızlı dönme, sinyal yorumlama ve modellemeyi son derece güçleştiriyor. Portsmouth Üniversitesi’nden Charlie Hoy, "Bu örnek, kuramsal araçlar ve algoritma geliştirme açısından önemli bir ilerleme fırsatı sunuyor" değerlendirmesinde bulundu.

Araştırmacılar, bu sinyalin desenini ve anlamını tamamen çözmenin yıllar alabileceğini öngörüyor. Birmingham Üniversitesi’nden Gregorio Carullo, "Birleşmenin kendisi en güçlü açıklama olsa da, mevcut teorilerle açıklanamayan karmaşık olgular yeni yorumlara kapı aralayabilir" analizini yaptı.

Kütleçekim dalgası astronomisinin sınırları genişliyor

LIGO, Virgo ve KAGRA gibi kütleçekim dalgası dedektörleri, evrendeki dev fiziksel olayların neden olduğu çok küçük uzay-zaman bozulmalarını ölçüyor. Dördüncü gözlem dönemi 2023 Mayıs’ında başladı ve ek verilerin 2024 yazında açıklanması planlanıyor. Caltech’ten Sophie Bini, "Bu olay, veri analizi ve cihaz teknolojisinin mevcut sınırlarını aşmanın somut bir örneği; gelecekte kütleçekim dalgası astronomisi araştırmaları için birçok olasılığa işaret ediyor" dedi.

GW231123 sonuçları, 14-18 Temmuz 2025 tarihlerinde İskoçya’nın Glasgow kentinde düzenlenecek GR24/Amaldi konferansında sunulacak. GW231123’te kullanılan kalibrasyon verileri Gravitational Wave Open Science Center (GWOSC) üzerinden kamuya açılacak; böylece yurt içi ve yurt dışındaki bilim insanları bunları ek araştırmalarda kullanabilecek.

LIGO-Virgo-KAGRA iş birliği hakkında

• LIGO, ABD NSF desteğiyle Caltech ve MIT tarafından işletiliyor; ayrıca Almanya’dan Max Planck Society, Birleşik Krallık’tan Science and Technology Facilities Council ve Avustralya’dan Australian Research Council başlıca destekçiler arasında yer alıyor. Dünyanın dört bir yanından 1.600’den fazla bilim insanı bu çalışmaya katılıyor
• Virgo Collaboration, Avrupa’daki 17 ülkeden 152 kuruma bağlı yaklaşık 880 kişiden oluşuyor. İtalya’nın Pisa kenti yakınlarında bulunan Virgo dedektörü, EGO (European Gravitational Observatory) ile CNRS (Fransa Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi), INFN (İtalya Ulusal Nükleer Fizik Enstitüsü) ve Nikhef (Hollanda Ulusal Nükleer Fizik Enstitüsü) tarafından ortaklaşa destekleniyor
• KAGRA, Japonya’nın Gifu bölgesindeki Kamioka’da bulunan 3 km kollu bir lazer interferometre olarak konumlanıyor; Tokyo Üniversitesi ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), Ulusal Astronomi Gözlemevi (NAOJ) ve Yüksek Enerji Hızlandırıcı Araştırma Kurumu (KEK) tarafından ortaklaşa yürütülüyor. 17 ülke/bölgeden 128 kurumdan 400’den fazla kişi katılıyor

Ek bilgi veya araştırma materyalleri için ilgili kurumların resmî web sitelerine bakılabilir.

[GN⁺]

Hacker News yorumu

• Yaklaşık 225 Güneş kütlesindeki kara delik, sırasıyla yaklaşık 100 ve 140 Güneş kütlesindeki iki kara deliğin birleşmesiyle oluşmuş demek; bu durumda 15 Güneş kütlesinin enerjiye dönüşüp dönüşmediğini merak ediyorum, çünkü bu inanılmaz miktarda enerji demek.
  • Tsar Bomba nükleer silahının yaklaşık 2,3 kg maddeyi enerjiye dönüştürdüğü söylenebilir; bir Güneş kütlesi yaklaşık 2 x 10^30 kg olduğuna göre, bu olay yaklaşık 10^31 adet Tsar Bomba'ya eşdeğer enerji salmış oluyor. Bu sayı sezgisel gelmediği için tekrar düşündüm: Güneş, tüm ömrü boyunca kütlesinin yalnızca yaklaşık %0,034'ünü enerji olarak yayar; yani bir Güneş kütlesi kadar enerji, 3.000 Güneş'in tüm yaşamına eşdeğer. Bu olayda salınan enerji de yaklaşık 45.000 Güneş'in tüm yaşamı boyunca yaydığı enerjiye eşit. Bunun büyük kısmının birleşmenin son birkaç saniyesinde salındığını düşünüyorum. Referans: enerji dönüşüm hesabı için kaynak, Güneş'in kütle kaybı için kaynak
  • Bunun enerjiye dönüşüp kara delikten çıkmış olması gerekiyor; ama ışığın bile kaçamadığı bir kara delikte bunun nasıl olduğunu pek anlayamıyorum. Eğer yerçekimi dalgaları biçimindeyse, enerjinin büyük kısmının bu şekilde kaçtığı gibi doğal bir sonuca varıyorum. Hawking ışımasını beklemeye gerek yok.
  • O kütlenin ne tür bir enerjiye dönüştüğünü merak ediyorum.
  • İnsan bunu hayal edebilir ama o anda gözlemlenebilir evrendeki tüm yıldızların yaydığından daha fazla enerji.
  • Evet, ama buna rağmen yerçekimi o kadar zayıf ki bu muazzam enerji, Dünya ile Ay arasındaki mesafe ölçeğinde saç teli kalınlığı kadar göreli bir büzülme olarak ortaya çıkıyor (10^-20'den küçük).
• Bu olay gerçekten çok ilginç; University of Portsmouth'tan Charlie Hoy'un dediği gibi, "kara delikler çok hızlı dönüyor ve genel göreliliğin izin verdiği sınıra neredeyse ulaşıyor." Bu da sinyalin modellenmesini ve yorumlanmasını zorlaştırıyor. Bu vaka, kuramsal araçların geliştirilmesi açısından mükemmel bir çalışma örneği.
  • Doğa bize genel görelilik için bir stres testi fırlatmış gibi.
  • Küresel bir cismin yalnızca dönmesiyle yerçekimi dalgası oluşup oluşmadığını merak ediyorum.
• Bir ay önce önerilen NSF bütçe taslağında, ABD'deki iki LIGO gözlemevinden birinin kapatılması ihtimali vardı; bu da bu tür kara delik birleşmeleri gibi olayların konumunu üçgenleme yeteneğini ciddi biçimde bozardı. Kapatma, gürültü sınırı ve tespit oranı açısından da ağır darbe olurdu. Bu kapatma planının gerçekten hayata geçip geçmediğini bilen var mı? referans bağlantı
  • Önerilen bütçe taslağı yarın (15 Temmuz, 12:00) görüşülecek. Mevcut NSF bütçesi yaklaşık 7 milyar dolar ve FY2025'e göre %23 azaltılmış durumda. Bunun LIGO'yu tam olarak nasıl etkileyeceğini bilmiyorum. bütçe özeti bağlantısı
  • Geçen hafta Pisa'daki virgo ego etkinliğine katıldım (fiilen LIGO'nun kuzeni gibi). Yerçekimi dalgalarının keşfinin 10. yılını kutlayan bir etkinlikti; İtalya program direktörünün yazdığı kitabı bir oyuncu okudu ve dalga sesleri saksafonla çalındı. Ne kadar etkileyici olduğunu kelimelerle anlatamam. Ayrıca virgo merkezinin direktörü ve bir bilim iletişimcisiyle röportaj yapılan bir bölüm de vardı; direktör, LIGO'nun olası bütçe kesintileri konusunda oldukça öfkeliydi. Haklı olarak.
  • FY 2026 nihai bütçesinin iki LIGO tesisini de koruyup korumadığını izlemek gerek. O zamana kadar risk hâlâ gerçek. Ama henüz tamamen geri dönülmez bir noktada değiliz.
  • Şu anda dünya çapında birkaç yerçekimi dalgası gözlemevi çalışıyor; o hâlde tek bir LIGO'nun kapanması neden üçgenleme açısından bu kadar yıkıcı olur, merak ediyorum.
  • Belki de 2023'te yapılan bu keşfin makale olarak ancak şimdi yayımlanmasının nedeni budur.
• Gerçekten iyi bir habere ihtiyacım var; bu tür keşiflerin bir gün insanlığın hayatını pratik olarak daha iyi hâle getirecek bir kullanıma yol açıp açamayacağını, çok dolaylı da olsa, hayal etmeme yardım edebilir misiniz diye merak ediyorum. Bu, "temel araştırmanın faydası" tartışması değil; kendi başına değerli olduğuna katılıyorum ama uzun vadede nasıl yararlı olacağını gözümde canlandırmakta zorlanıyorum.
  • Ben uzman değilim ama ilgiliyim; bu tür ilerlemelerde kesinlikle olumlu bir taraf var. Bunlardan biri, yerçekimi dalgalarının erken evrendeki olayları bize anlatan bir sinyal olması. Örneğin kozmik mikrodalga arka plan ışıması (CMB), Büyük Patlama/enflasyondan hemen sonra salınan ilk fotonların sinyali. Ama evren ilk 300 bin yıl boyunca fotonlara opaktı; yine de bu verilerle kozmoloji teorilerini test edip çürütebildik. Yerçekimi dalgaları ise fotonların aksine hiçbir şey tarafından engellenmiyor ve evrenin yaratılış anından gelen sinyalleri taşıyabiliyor; bu da daha net bilgi sağlayabilir. Bu sayede kuantum mekaniği, görelilik ve temel fizik hakkında yeni içgörüler mümkün olabilir. Bunun, olayları foton, nötrino ve yerçekimi dalgalarıyla birlikte gözlemleyen çoklu haberci astronomisine yol açarak daha derin kavrayışlar sağlayabileceğini düşünüyorum. Temel fizikteki ilerlemelerin uzun vadede Dünya'daki yaşamı iyileştirdiği pek çok örnek olduğu için iyimser olunabilir. Dünyanın biraz daha iyi olacağına dair umudunuz olsun.
  • “Bu araştırma uzun vadede nasıl faydalı olabilir?” sorusuna dürüstçe cevabım: bilmiyorum. Ama kara delikler, bilimsel olarak bildiklerimizin sınırına en çok yaklaştığımız yerlerden biri. Olay ufkunun ötesinde ne olduğu hakkında hiçbir fikrimiz yok; deneysel olarak belki sonsuza kadar da bilemeyebiliriz. Ama bazen bir şeyi daha iyi anlamak, teknolojik gelişmeyi sıçratan atılımlara yol açabiliyor. En büyük potansiyele sahip alanlardan biri bu. Çoğu durumda ilerleme, doğrudan ilgili sektörler dışında epey “sıkıcı” görünür.
  • Bu tür araştırmaların pratik faydası “sonucun kendisi”nde değil, o sonuca ulaşmak için geliştirilen yöntemlerde yatıyor. LIGO, son derece hassas lazerler, kararlı platformlar, aşırı hassas konum ölçümü ve devasa yazılım gerektiriyor. Bu tür “gereksinimler” gerçek ilerleme ve yeniliği doğuruyor. Örneğin astronominin yan etkilerinden biri CMOS sensörlerin (dijital kameraların) geliştirilmesiydi. Telefon kamerası kullanırken “bu, yıldız mesafesi ölçüm araştırmalarından çıktı” diye düşünmezsiniz ama etkisi tam olarak böyle.
  • Tarih boyunca zengin uygarlıklar, büyüklüklerini göstermek için anıtsal yapılar inşa etti. Benzer şekilde biz de bugün temel araştırmaya toplumun üretkenliğini yatırarak büyük bir sanat eseri yapıyor gibiyiz. Kara delik birleşmelerini tespit etmek, pratik bir getirisi olmasa bile evrenin doğasını keşfetmeye yönelik entelektüel bir anıttır. Antik Mısırlıların bugün hâlâ hatırlanması gibi, bizim başarılarımızın da uzun süre yaşamasını umuyorum.
• Kara deliklerin event horizon'unun her zaman küresel olduğunu sanıyordum. Ama fizik sezgim, iki kara delik birleştiğinde ortaya çıkan kara deliğin en azından başlangıçta “fıstık şekilli” olabileceğini söylüyor. İç kütle dağılımına bağlı olarak düzensiz bir şekli korumaya devam etmesi de mümkün olabilir.
  • Event horizon'un küresel olması, Schwarzschild (dönmeyen) kara delikler için geçerli. Dönen kara deliklere Kerr kara deliği deniyor ve birçok tuhaf özelliğe sahipler. Dışta ergosphere denen garip bir dış bölge var; burada uzay-zaman sürüklendiği için hiçbir şey sabit kalamıyor ve kara delik kullanılarak cisimlere ivme kazandırılabiliyor. İçeride ise daha da tuhaf olan Cauchy horizon var; teorik olarak zaman yolculuğuna izin verebilir. Tekillik halka biçiminde. Birleşme sırasında bunun çok daha acayip hâle geleceğini düşünüyorum. Kerr metric wiki, Kerr kara delikleri üzerine makale, Ergosphere wiki, Cauchy horizon wiki, araştırırken güncelledim; karmaşık olduğu için tamamen doğru olduğundan emin değilim ama elimden gelen en iyi açıklama bu.
  • Event horizon'un şekli hakkında konuşmanın zor olduğunu düşünüyorum; çünkü kürenin olağan tanımı “bir noktaya eşit uzaklıktaki tüm noktaların kümesi”dir, ama diferansiyellenebilir manifoldlarda bu zaten karmaşıktır ve tekillik nedeniyle mesafe sonsuza gidebilir ya da geometrik yapı içinde referans noktası benzersiz olmayabilir. Bu yüzden tanım genelde “küreyle aynı topolojiye sahip, sabit skaler eğrilikli yüzey”e kaydırılır; bu da onu düzlem ve hiperbolik yüzeylerden ayırır. Benim sezgime göre bir Kerr kara deliği ya da birleşme hâlindeki bir kara delik nane şekilli/fıstık şekilli olabilir (muhtemelen eyer noktaları da vardır). Koordinat açısından kesinlikle öyle görünebilir; ama koordinat sistemine bağlı olarak bir Schwarzschild kara deliği de koordinatlarda fıstık şekilli görünebilir. Bu yüzden koordinatların çok anlamlı olmadığını düşünüyorum.
  • MIT/CalTech tarafından yapılmış bir birleşme animasyonu var: animasyon videosu
  • Bizim bakış açımızdan event horizon aslında tamamlanmış değildir. Çöken bir yıldızın kara delik durumuna ulaşması, dış gözlemci açısından sonsuz zaman alır. Çoğu durumda çöken yıldız kara delik gibi görünür; ama kara delik birleşmesi sürecinde event horizon tamamen oluşmadığı için enerji salınabilir. Bu gibi durumlarda önemli bir fark ortaya çıkar.
• Bir kara delik, ultra-relativistik hızla diğer kara deliğin içinden geçer gibi olursa ne olacağını merak ediyorum.
  • Kara deliklerin çevresindeki uzay-zaman aşırı derecede eğrilmiştir. “Işık hızına yakın hızla birbirlerine çarpıyorlar” diye hayal etmek kolay ama kara deliklerde uzay-zaman öyle bir bükülür ki biri yaklaşırken öteki tamamen durmuş gibi bile görünebilir. Gözlemcinin konumu ve hızına göre gözlem tamamen değişebilir. En temel konularda bile uzlaşmak zor. Örneğin bir şeyin kara deliğe düşmesi durumunda (bu başka bir kara delik bile olsa), dışarıdan bakıldığında hızının 0'a yaklaştığı ve kırmızıya kayarak silinip gidiyormuş gibi göründüğü söylenir; yani gerçekten düştüğü anı asla göremezsiniz. Gerçekten çok zor ve sezgilere aykırı.
  • İki kara delik sonunda birleşir ve toplam momentumlarını taşıyan tek bir kara delik olur. Event horizon'dan hiçbir şey kaçamadığı için, kara delikler fiilen tamamen yapışkan davranır.
  • Event horizon'un içinde kaçış hızı ışık hızından büyüktür; dolayısıyla kara delikler bundan daha hızlı biçimde birbirlerine yaklaşamaz. Yörüngeleri kusursuz biçimde hizalanırsa birbirlerinin kütleçekiminden kaçamazlar. İki kara deliğin birbirinin içinden geçmesinden çok, aşırı güçlü mıknatısların çarpışmasına benzer.
  • Keşke bunu deneyebilmek için bir uzay parçacık hızlandırıcısı kurabilsek.
• LIGO, Virgo ve KAGRA'nın bu kadar uç sinyalleri gerçekten tespit edip yorumlayabilmesi hayranlık verici.
• LIGO'nun bütçe görünümünü merak ediyorum; geçen hafta BBB geçince bütçesi gerçekten kesildi mi?
• Kara delikler çarpıştığında ne olduğunu merak ediyorum. Biri diğerini “yutar” mı, yoksa daha büyük bir kara delik mi oluşur? Daha yoğun mu olur yoksa sadece daha mı büyük olur?
  • Daha büyük bir kara deliğe birleşirler; kütlenin çoğu korunur, bir kısmı da yerçekimi dalgaları olarak yayılır. Kütle yarıçapla orantılı olduğu için birleşmeyle yoğunluk aslında azalır. Örneğin birden fazla kara deliği düz bir çizgi üzerine dizip birleştirirseniz, hepsini saran küresel uzay bölgesinin kendisi kara delik hâline gelir. Tüm evrenin kütlesine sahip bir kara delik, evren kadar büyük bir hacme sahip olur.
  • Daha büyük kütleli tek bir kara delik oluştururlar. Event horizon dahil hacim yalnızca kütleye bağlıdır; nasıl oluştuğundan bağımsız olarak, aynı kütledeyse aynı yoğunluğa sahiptir. “Yutma” meselesine gelince: bir kumaşı yırtarken oluşan iki deliğin birleşip tek delik olmasına bakıp büyük deliğin küçük olanı yuttuğunu söylemek biraz belirsiz kalır.
  • İçeride ne olduğunu bilemeyiz. Kara delikler yalnızca üç nicelikle tanımlanır: kütle, spin (açısal momentum) ve yük. Birleşmeden sonra bu niceliklerin toplanmasını bekleriz. Hızlı dönüş, birleşme sonrası spinin sınır değere yaklaşmasına yol açabilir; fazla spin enerjisi de yerçekimi dalgaları tarafından taşınabilir.
  • Benim anlayışıma göre iki kara delik birbirlerinin etrafında dönerek sonsuza dek yaklaşır. Bizim bakış açımızdan bir şeyin gerçekten kara deliğin içine düştüğünü göremeyiz; zaman genişlemesi nedeniyle hiçbir şeyin gerçekten ufku geçtiğini izleyemeyiz. Ayrıntılı açıklama burada: zaman genişlemesiyle ilgili Soru-Cevap
  • Prensipte iki kara deliğin kütleleri toplanır ve daha büyük bir kara delik oluşur. Artan bu kütle daha güçlü bir kütleçekim yaratır ve event horizon dışarı doğru genişler.
• Waveform (Chirp) yoksa olay da yoktur, diye bir şaka.