Radyo dalgalarıyla oluşturulan deney, teoriyi destekledi
Bu fikir ilk olarak 20. yüzyılın önde gelen fizikçilerinden Sir Roger Penrose tarafından ortaya atılmıştı. Penrose'un hesaplamalarına göre dönen bir kara deliğin çevresindeki uzay-zaman, yalnızca kütle çekimiyle değil aynı zamanda dönme hareketi nedeniyle de bükülüyor. Bu bükülme, belirli koşullar altında sisteme dışarıdan giren bir parçacığın veya dalganın başlangıçta sahip olduğundan daha fazla enerjiyle ayrılmasına imkan tanıyabiliyor. Teori, fizik literatüründe "Penrose mekanizması" olarak anılıyor ve onlarca yıldır kara deliklerin enerji dinamiklerini açıklayan en dikkat çekici modellerden biri kabul ediliyor.
Bu mekanizmanın merkezinde, kara deliğin olay ufkunun hemen dışında bulunan ve "ergoküre" adı verilen bölge yer alıyor. Genel görelilik kuramına göre dönen büyük kütleler çevrelerindeki uzay-zamanı da sürüklüyor. "Çerçeve sürüklenmesi" olarak bilinen bu etki Dünya gibi gök cisimlerinde son derece zayıf seviyelerde gözlenirken, kara deliklerde çok daha güçlü hale geliyor. Penrose'un önerisine göre ergoküreye giren bir sistem, bu dönme enerjisinden yararlanarak başlangıçta taşıdığından daha yüksek bir enerjiyle bölgeden ayrılabiliyor. Teorik açıdan bu durum, kara deliğin dönme enerjisinin dolaylı biçimde sisteme aktarılması anlamına geliyor.
Gerçek bir kara delik üzerinde deney yapmanın mümkün olmaması nedeniyle CUNY ekibi, uzay-zamanın dönme etkisini laboratuvar ortamında taklit edebilecek alternatif bir yöntem geliştirdi. Araştırmacılar, modüle edilmiş radyo dalgalarını kullanarak mekanik sistemlerle ulaşılamayacak kadar yüksek dönüş özelliklerini simüle etti. Deneyde bu yapay sistem, dönen bir kara deliğin enerji aktarım dinamiklerini temsil edecek şekilde tasarlandı ve ortaya çıkan dalga davranışları ayrıntılı olarak incelendi.
Ekip, deney sonuçlarını analiz ederken fizikte periyodik sistemlerin incelenmesinde kullanılan Floquet teorisinden yararlandı. Günlük yaşamda salıncaktaki bir çocuğu doğru zamanlamayla itmeye benzetilebilecek bu yaklaşım, belirli frekanstaki dalgaların dönme hareketiyle etkileşimini hesaplamaya imkan tanıyor. Araştırmacılara göre uygun dönme özelliklerine sahip radyo dalgaları sistemden enerji çekerek güç kazandı ve böylece Penrose-Zel'dovich süreci olarak bilinen temel fiziksel davranış deneysel düzeyde yeniden üretildi.
Çalışmanın baş yazarı Hadiseh Nasari, elde edilen sonucun aşırı dönme dinamiklerine ilişkin fikirleri teoriden pratiğe taşıdığını ifade ediyor. Çalışmanın ortak yazarlarından doktora öğrencisi Hady Moussa ise deney sırasında uygun özelliklere sahip dalgaların sistemden enerji çekerek güçlendiğini ve bunun Penrose-Zel'dovich sürecinin temel fiziksel özelliklerini doğruladığını belirtiyor.
Deney, evlerde kullanılabilecek bir "kara delik enerji kaynağı" geliştirilmesi anlamına gelmiyor. Bunun yerine, bugüne kadar yalnızca matematiksel modellerle açıklanabilen bir sürecin kontrollü laboratuvar koşullarında gözlemlenebilmesi açısından önem taşıyor. Bu tür deneysel platformların gelişmesi, gelecekte kara deliklerin davranışı, uzay-zamanın yapısı ve aşırı kütle çekim ortamlarında gerçekleşen fiziksel süreçlerin daha ayrıntılı incelenmesine katkı sağlayarak modern astrofiziğin en zor sorularına yeni araştırma yolları açabilir.
