Yerçekimi Dalgalarını Uzay İletişimi İçin Kullanabilir miyiz? Bilim İnsanları Araştırıyor

Bu fikir ilgi çekici olsa da şu anki yeteneklerimizin ötesinde. Yine de geleceğin bazen düşündüğümüzden daha erken gelme ihtimali olduğu için bu varsayımı keşfetmenin bir değeri var.

Yeni araştırma bu fikri ve gelecekte nasıl uygulanabileceğini inceliyor. Araştırmanın başlığı “Yerçekimsel İletişim: Fundamentals, State-of-the-Art and Future Vision” başlığını taşıyor ve arxiv.org sitesinde yayınlanıyor.

Yazarlar Houtianfu Wang ve Özgür B. Akan. Wang ve Akan, Birleşik Krallık'taki Cambridge Üniversitesi Mühendislik Bölümü, Her Şeyin İnterneti Grubu'nda görev yapmaktadır.

 

“Kütleçekim dalgaları, muazzam mesafelerde tutarlı sinyal kalitesini koruyabilir ve bu da onları güneş sisteminin ötesindeki görevler için uygun hale getirir.”

Houtianfu Wang ve Özgür B. Akan.

 

“Kütleçekim dalgalarının keşfi, astronomi ve fizik için yeni bir gözlem penceresi açarak evrenin derinliklerini ve aşırı astrofiziksel olayları keşfetmek için benzersiz bir yaklaşım sunuyor. Astronomik araştırmalar üzerindeki etkisinin ötesinde, yerçekimsel dalgalar yeni bir iletişim paradigması olarak da yaygın bir ilgi görmüştür.”

Geleneksel elektromanyetik iletişimin belirli dezavantajları ve sınırlamaları vardır. Sinyaller mesafe arttıkça zayıflar ve bu da menzili kısıtlar.

Atmosferik etkiler radyo iletişimine müdahale edebilir ve onları dağıtıp bozabilir. Ayrıca görüş hattı kısıtlamaları vardır ve güneşli hava ve uzay aktiviteleri de karışabilir.

Yerçekimsel dalga iletişimi (GWC) hakkında umut verici olan şey, bu zorlukların üstesinden gelebilmesidir.

GWC ekstrem ortamlarda dayanıklıdır ve son derece uzun mesafelerde minimum enerji kaybeder. Ayrıca elektromanyetik iletişimin (EMC) başına bela olan yayılma, bozulma ve yansıma gibi sorunların da üstesinden gelir.

Ayrıca doğal olarak yaratılan GW'lerden yararlanma gibi ilgi çekici bir olasılık da var, bu da onları yaratmak için gereken enerjiyi azaltmak anlamına geliyor.

Yazarlar, “Yerçekimsel dalga iletişimi olarak da bilinen yerçekimsel iletişim, geleneksel elektromanyetik iletişimin sınırlamalarının üstesinden gelme, aşırı ortamlarda ve geniş mesafelerde sağlam iletim sağlama vaadini taşıyor” diyor.

Teknolojiyi ilerletmek için araştırmacıların laboratuvarda yapay yerçekimi dalgaları (GW'ler) yaratmaları gerekiyor. Bu, GW araştırmalarının birincil hedeflerinden biridir. GW'ler son derece zayıftır ve yalnızca hızla hareket eden devasa kütleler onları oluşturabilir.

Milyarlarca güneş kütlesine sahip olabilen süper kütleli kara deliklerin (SMBH'ler) birleşmesinden kaynaklandığını tespit ettiğimiz GW'ler bile, tespit etmek için LIGO gibi inanılmaz derecede hassas cihazlar gerektiren sadece küçük etkiler üretir.

Tespit edilebilecek kadar güçlü GW'lerin üretilmesi gerekli bir ilk adımdır.

Yazarlar, “Yerçekimi dalgalarının üretilmesi, yerçekimsel iletişimin ilerletilmesi için çok önemlidir, ancak çağdaş teknolojik gelişimdeki en önemli zorluklardan biri olmaya devam etmektedir” diye yazıyor.

“Araştırmacılar bunu başarmak için mekanik rezonans ve dönme cihazları, süper iletken malzemeler ve parçacık ışını çarpışmalarının yanı sıra yüksek güçlü lazerler ve elektromanyetik alanları içeren teknikler de dahil olmak üzere çeşitli yenilikçi yöntemler araştırdılar.”

GWC'nin ardında çok sayıda teorik çalışma var ancak pratik çalışma daha az. Makale, ikisi arasındaki boşluğu doldurmak için araştırmaların ne yönde ilerlemesi gerektiğine işaret ediyor.

Açıkçası, bir kara delik birleşmesi kadar müthiş bir olayı laboratuvarda yeniden yaratmanın bir yolu yok. Ancak şaşırtıcı bir şekilde, araştırmacılar bu sorunu 1960'a kadar, GW'leri tespit etmemizden çok önce düşünmeye başlamışlardı.

İlk denemelerden biri dönen kütleleri içeriyordu. Ancak, GW'leri oluşturmak için gereken dönme hızına ulaşmak imkansızdı, çünkü kısmen malzemeler yeterince güçlü değildi. Diğer girişimler ve öneriler piezoelektrik kristalleri, süper akışkanları, parçacık ışınlarını ve hatta yüksek güçlü lazerleri içeriyordu.

Bu girişimlerle ilgili sorun, fizikçilerin bunların arkasındaki teoriyi anlamalarına rağmen, henüz doğru malzemelere sahip olmamalarıdır. Bilim insanlarına göre bazı girişimler GW'ler üretti, ancak bunlar tespit edilebilecek kadar güçlü değil.

“Genellikle daha küçük kütleler veya ölçekler tarafından üretilen yüksek frekanslı yerçekimi dalgaları, laboratuvar koşullarında yapay olarak üretilebilir. Ancak düşük genlikleri ve mevcut dedektör hassasiyetleriyle uyumsuzlukları nedeniyle tespit edilememektedirler,” diye açıklıyor yazarlar.

Daha gelişmiş algılama teknolojilerine veya üretilen GW'leri mevcut algılama yetenekleriyle uyumlu hale getirmek için bazı yöntemlere ihtiyaç vardır. Mevcut teknolojiler astrofiziksel olaylardan kaynaklanan GW'leri tespit etmeyi amaçlamaktadır.

Yazarlar, “Araştırmalar, daha geniş frekans ve genlik aralıklarında çalışabilen dedektörler tasarlamaya odaklanmalıdır” diye açıklıyor.

GW'ler EM iletişimin karşılaştığı bazı sorunlardan kaçınsa da, sorunsuz değiller. Çok uzak mesafelere seyahat edebildikleri için GWC, yoğun madde, kozmik yapılar, manyetik alanlar ve yıldızlararası madde gibi şeylerle etkileşime girmekten kaynaklanan zayıflama, faz bozulması ve polarizasyon kaymaları ile ilgili sorunlarla karşı karşıyadır.

Bunlar sadece sinyalin kalitesini düşürmekle kalmaz, aynı zamanda kod çözmeyi de zorlaştırabilir.

Termal yerçekimi gürültüsü, arka plan radyasyonu ve örtüşen GW sinyalleri gibi dikkate alınması gereken benzersiz gürültü kaynakları da vardır.

Yazarlar, “Kapsamlı kanal modelleri geliştirmek, bu ortamlarda güvenilir ve verimli tespit sağlamak için çok önemlidir” diye yazıyor.

GW'lerden faydalanabilmek için onları nasıl modüle edeceğimizi de bulmamız gerekiyor. Sinyal modülasyonu iletişim için kritik öneme sahiptir. Herhangi bir araba radyosuna baktığınızda “AM” ve “FM” görürsünüz. AM “Genlik Modülasyonu”, FM ise “Frekans Modülasyonu” anlamına gelir. GW'leri nasıl modüle edebilir ve anlamlı bilgilere dönüştürebiliriz?

Yazarlar, “Son çalışmalar, astrofiziksel olaylara dayalı genlik modülasyonu (AM), karanlık madde kaynaklı frekans modülasyonu (FM), süper iletken malzeme manipülasyonu ve metrik olmayan teorik yaklaşımlar dahil olmak üzere çeşitli yöntemleri araştırdı” diye yazıyor.

Bunların her biri, engellerle boğulmuş olmanın yanı sıra umut vaat ediyor.

Örneğin, GW sinyallerini modüle etmek için karanlık maddeyi kullanmanın teorisini yapabiliriz, ancak karanlık maddenin ne olduğunu bile bilmiyoruz.

Yazarlar, “Ultra hafif skaler karanlık madde (ULDM) içeren frekans modülasyonu, karanlık maddenin özellikleri ve dağılımı hakkındaki belirsiz varsayımlara bağlıdır” diye yazarak odadaki bir fili ele alıyor.

GWC ulaşılamaz gibi görünebilir, ancak o kadar çok umut vaat ediyor ki bilim insanları bundan vazgeçmek istemiyorlar. Derin uzay iletişiminde, EM iletişimi büyük mesafeler ve kozmik olaylardan kaynaklanan parazitler nedeniyle engellenmektedir. GWC bu engellere çözümler sunmaktadır.

Uzun mesafelerde iletişim kurmak için daha iyi bir yöntem derin uzayı keşfetmek için kritik önem taşıyor ve GWC tam da ihtiyacımız olan şey. Yazarlar, “Yerçekimi dalgaları muazzam mesafelerde tutarlı sinyal kalitesini koruyabilir, bu da onları güneş sisteminin ötesindeki görevler için uygun hale getirir” diye yazıyor.

Pratik yerçekimsel dalga iletişimi için daha çok yol var. Ancak, bir zamanlar sadece teorik olan şey yavaş yavaş pratiğe dönüşüyor.

Wang ve Akan sonuç bölümünde, “Yerçekimsel iletişim, önemli bir potansiyele sahip öncü bir araştırma yönü olarak, teorik keşiften pratik uygulamaya doğru yavaş yavaş ilerliyor” diye yazıyor. Bu, sıkı çalışmaya ve gelecekteki atılımlara bağlı olacaktır.

Araştırmacı çift, bu fikri ilerletmek için çok çalışmak gerektiğini biliyor. Makaleleri son derece ayrıntılı ve kapsamlı ve bu çalışma için bir katalizör olmasını umuyorlar.

“Tamamen pratik bir yerçekimsel dalga iletişim sistemi mümkün olmasa da, bu araştırmayı potansiyelini vurgulamak ve özellikle uzay iletişim senaryoları için daha fazla araştırma ve yeniliği teşvik etmek için kullanmayı amaçlıyoruz.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.