Uzaydaki ışınlar neden ışık hızının 7 katında gidiyor?

2018 yılında Hubble Uzay Teleskobu’nun çektiği görüntüleri inceleyen araştırmacılar, çarpışan iki nötron yıldızının kalıntılarında olağan dışı bir şey keşfetmişlerdi: İki yıldızın birleşmesinden çıkan ve Dünya’ya doğru giden yüksek enerjili parlak bir iyon akımı, ışıktan yedi kat hızlı hareket ediyordu.

Populer Science Türkçe'nin içeriğinde yer verdiği detaylara göre yanlış giden bir şeyler vardı. Bu yüzden araştırma takımı, yapılan gözlemleri farklı bir radyo teleskobuyla yeniden hesapladı. Bu gözlemlerde ise akımın, ışık hızından sadece dört kat hızlı gittiği ortaya çıktı. Bu ayın başlarında Nature bülteninde yayımlanan bir makalede ortaya çıktığı üzere, bu bir yanılsamaydı.

IŞIKTAN DAHA HIZLI

Uzaydaki parçacıkları ışık hızından daha hızlı gidiyormuş gibi gösteren bu olgu, süperlüminal hareket olarak adlandırılıyor. “Işıktan daha hızlı” anlamına gelen terim her ne kadar araştırmacıların gördüğü yanılsamaya uysa da, aslında size doğru hareket eden bir cismin gerçek hızından daha hızlı gidiyormuş gibi göründüğü bir durumu tarif ediyor. Uzayda, ışıktan hızlı hareket ediyor gibi görünebilen yüksek enerjili akımlar var. Günümüzde gökbilimciler bu akımlardan giderek daha fazla görüyor.

ABD Uzay Teleskobu Enstitüsünde görev yapan, Hubble ile kapsamlı çalışmalar yürüten ve yeni makalenin kaleme alınmasına yardım eden gökbilimci Jay Anderson, “Gökyüzü boyunca çılgın bir hızda hareket ediyor gibi görünüyorlar” diyor. “Fakat aynı anda hem size doğru gelip hem de gökyüzü boyunca gidiyorlar.”

Anderson ve çalışmaya katkıda bulunan diğer araştırmacılar, jetin gerçek hızını bulmak için Hubble ve radyo teleskoplarıyla yapılan gözlemleri karşılaştırmışlar. Sonuç olarak jetin, ışık hızının %99,95’i kadar bir hızla Dünya doğrultusunda aktığını bulmuşlar. Söz konusu hız ışık hızına çok yakın olsa da, ondan daha yüksek değil.

Aslında şimdiye kadar bildiklerimize göre, gezegenimizin içinde veya dışındaki hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez. Bu durum, Albert Einstein’ın kağıda döktüğü özel görelilik kanunlarıyla tekrar tekrar kanıtlandı. Saatte yaklaşık 18 milyar km hızla giden ışık, evrendeki nihai hız sınırı. Üstelik özel görelilik, ışık hızının kim veya ne tarafından gözlemlenirse gözlemlensin sabit olduğunu söylüyor.

Fakat özel görelilik, cisimlerin ışığa çok yakın hızlarda seyahat edişini kısıtlamıyor (kozmik ışınlar ve Güneş püskürtülerinden gelen parçacıklar, bu cisimlere örnek). Süperlüminal hareket de burada devreye giriyor. Bir şey size doğru hareket ettiğinde, cismin ışık ve görüntüsünün size ulaşması için gereken süre azalıyor. Gündelik yaşamda bu pek belli olmuyor. Tepenizden geçen bir uçak gibi görünürde hızlı olan şeyler bile ışık hızının yakınından dahi geçmiyor.

Fakat bir şey doğru yönde ve saatte yüz milyonlarca kilometre hızda hareket ettiğinde, cisim ve algılayıcı (ister insan olsun, ister bir kamera lensi) arasındaki mesafe çok hızlı azalıyor. Bu durum, bir şeyin gerçekte olduğundan daha hızlı yaklaşıyormuş gibi görünmesine sebep olup yanılsama meydana getiriyor. Aradaki farkı ne gözlerimiz ne de teleskoplarımız algılayabiliyor. Dolayısıyla gökbilimcilerin, bir cismin gerçek hızını görüntülerde toplanan verilerden hesaplaması gerekiyor.

Yeni makalenin ardındaki araştırmacılar, süperlüminal hareketle boğuşan ilk kişiler değil. Aslında, yüzyıldan uzun süre gecikmişler. 1901 yılında karanlık gökyüzünü tarayan araştırmacılar, Perseus takımyıldızı doğrultusunda hareket eden bir nova tespit etmişler. Bu yapı, civardaki bir gaz devinin dış kabuklarını yiyen bir beyaz cücenin çıplak gözle görülecek kadar kısa süreliğine parlayan kalıntılarıymış. Gökbilimciler, novadan çıkan ve son derece yüksek hızda şişen bir baloncuğa şahit olmuşlar. Fakat o zamanlar genel görelilik kuramı olmadığı için olay hızla hafızalardan silinmiş.

Olgu, 1970 ve 80’lerde yeniden ilgi toplamış. O zamanlar gökbilimciler, evrenin uzak köşelerinde her türden tuhaf, yüksek enerjili cisimler buluyormuş: Bu cisimler, hepsi de madde jeti fırlatan kuasarlar ve aktif galaksilerden oluşuyor. Cisimler enerjilerini çoğu zaman, neredeyse ışık hızında yüksek enerjili jetler püskürten kara deliklerden alıyormuş. Geldikleri kara deliğin kütle ve kuvvetine bağlı olarak, Dünya’ya ulaşmaları binlerce, yüz binlerce ve hatta milyonlarca ışık yılı sürebiliyormuş.

Uzak cisimler yaklaştıkça, farkı ne gözlerimiz ne de teleskoplarımız algılayabiliyor ve bu durum, giderek daha hızlı hareket ettikleri yanılsamasını oluşturuyor.

Hemen hemen aynı zamanlarda radyo dalgaları üzerinde çalışan bilim insanları, bu olguları paniğe kapılacak kadar fazla görmeye başlamışlar. Hatta uzak bir galaksiden çıkan ve ışık hızının neredeyse 10 katı hızda gidiyor gibi görünen bir jet bile bulmuşlar. Mekanizmalar o zamana kadar iyice anlaşılsa bile, gözlemler gökbilimciler arasında epeyce bir panik yaratmış.

Aradan geçen onlarca yılda, süperlüminal hareket gözlemleri artmaya devam etmiş. Gökbilimciler, özellikle Hubble veya James Webb Uzay Teleskobu gibi uzayda gezen teleskoplar yoluyla sayıları sürekli artan jetler görüyor.

Işık Dünya’nın atmosferinden geçmek zorunda olmadığında, teleskoplar çok daha yüksek çözünürlükte görüntü yakalayabiliyor. Bu sayede araştırmacılar, daha uzakta olan daha fazla jet (antik, uzak galaksilerden gelenler gibi) bulabiliyor ve jetlere daha yakından, daha detaylı şekilde bakabiliyorlar. “Cisimler, Hubble görüntülerinde yer tabanlı görüntülere göre çok daha iyi göze çarpıyor” diyor Anderson.

Örneğin M87 galaksisini ele alalım. Galaksinin merkezindeki muazzam kara delik, ışık hızının 4 ila 6 katı arasında gidiyor gibi görünen bir jet fırlatmış.

Aslında Hubble, 1990’lı yıllarda bu enerji akımına bakabiliyor ve akımın farklı kısımlarının farklı hızlarda gittiğini ortaya çıkarabiliyormuş. “Jetteki özelliklerin hareket ettiğini görebiliyor ve bu özelliklerin konumlarını ölçebiliyordunuz” diye açıklıyor Anderson.

Gökbilimcilerin bu tür hızlı jetlerle ilgilenmek için bazı sebepleri var; özellikle de şimdi. Nature‘daki makalede çarpışan nötron yıldızları, yüksek enerjili bir patlama olan ve yeterince anlaşılmayan bir gama ışını infilakı meydana getirmiş. Olay ayrıca uzay zamanda, araştırmacıların artık tespit edip gözlemleyebildiği dalgalanmalar olan bir kütleçekim dalgası fırtınasını harekete geçirmiş. Fakat uzayda uçan maddelerde yeni ve tuhaf fizik kanunlarını ortaya çıkarana kadar, ışık hızı son sınır olarak kalmaya devam edecek.