Kara Delikler

 Genel Bilgiler

 

             Kara delikler, evrenimizdeki en büyüleyici nesneler arasındadır ve aynı zamanda en gizemlileridir. Kara delik, astrofizikte, çekim alanı her türlü maddesel oluşumun ve ışınımın kendisinden kaçmasına izin vermeyecek derecede güçlü olan, kütlesi büyük bir kozmik cisim olarak betimlenir  [4]. Bir kara deliği doğrudan gözlemlemek imkânsızdır. Bilindiği gibi bizim herhangi bir nesneyi görebilmemiz için nesnenin kendisinde olan ışığı dışarı çıkarması ya da herhangi bir yerden gelen ışığı yansıtması gerekir [4]. Bu yüzden kara delikler, doğrudan değil ancak dolaylı yoldan yani çevresindeki yıldızları içine çekerken oluşan görüntüler saptanarak gözlemlenebilir.  “Kütleçekimsel mercek etkisi’’ adı verilen bu durum da bilim insanları tarafından saptanmıştır [3]. Bu sebep ve sonuçlardan dolayı kara delikler hakkında herhangi bir şüphe kalmamıştır. Bununla birlikte araştırmacılar, kara deliklerin varlığını; çevresi üzerindeki çekim icraatından, özellikle mikrokuasarlarda* ve aktif galaksi çekirdeklerinde kara delik üzerine düşen, kara deliğin yakınındaki maddenin son derece ısınmış olmasından ve güçlü bir şekilde X ışını yaymasından fark etmektedirler [4].

 Kara Deliğin Tarihi

Cygnus-X1[4]

.             Bilindiği kadarıyla kara delik kavramı ilk olarak 18. yüzyıl sonunda, Newton’un evrensel çekim kanunu kapsamında doğmuştur [4]. Stephen Hawking ‘Kara Delikler’ kitabında İngiliz fizikçi John Michell için “1783 yılında, sadece Newton mekaniğinden yola çıkarak yeterli ölçüde yoğun ve kütleli bir yıldızın, ışığın kaçamayacağı yeğinlikte bir kütle-çekim alanına sahip olacağını öngörmüştü.’’ demiştir [3]

             Fakat Stephen Hawking “Kara Delikler’’ adlı kitabında diyor ki: “Bilim topluluğunun, kendi kütle-çekimleri altında çöken devasa yıldızları keşfetmeleri ve bunların ardında kalanları incelemeleri zaman aldı. Albert Einstein bile 1939’da yayımladığı makalede yıldızların kendi kütle-çekimleri altında çökemeyeceklerini çünkü maddenin bir noktadan sonra sıkıştırılamayacağını yazmıştı” ve sonra ekliyor: “Diğer yandan, bu iddialara inanmayanların başında gelen Amerikalı fizikçi John Wheeler, 1950’ler ve 60’larda yaptığı çalışmalarda birçok yıldızın sonunda çökeceğini öne sürdü ve bununla ilgili kuramsal fizik problemlerine dikkat çekti.”

            Kara delikler ile ilgili ilk temel çalışmalar, 1960’lı yıllara dayanır ki “kara delik’’ terimi bile bu yıllarda Amerikalı John Wheeler vasıtası ile ortaya çıkmıştır. Ayrıca 1971’de kara delik içeren bir cisim Uhuru uydusu tarafından ilk kez gözlemlenmiştir. Uydu, Kuğu takımyıldızının en parlak yıldızı olan Cygnus X-1 çift yıldızında bir X ışını kaynağı olduğunu saptamıştır [4].

 Kara Deliğin Oluşumu

             Stephen Hawking “Kara Delikler’’ adlı kitabında bir kara deliğin oluşumunu şu şekilde anlatmıştır: “Bir yıldız, kütle-çekim kuvveti nedeniyle çok büyük miktarda hidrojenin kendi üzerine doğru çökmeye başladığında biçimlenir ve atomlar birbirleriyle daha sık ve daha yüksek hızlarda çarpışmaya başlayarak yıldız ısınır. Sonunda öyle sıcak bir hale gelir ki, hidrojen atomları çarpıştıklarında artık birbirlerinden sekmez, bunun yerine helyumu oluşturacak şekilde kaynaşırlar. Füzyon adı verilen bu tepkimede serbest kalan ısı, yıldızın parlamasını sağlar. Bu ısı, gazın basıncını kütle-çekim etkisini dengelemeye yeterli olana dek artırır ve gazın büzüşmesi durur.Tıpkı bir balonu üfleyerek şişirmeye başladığımızda, balonu genişletmeye çalışan içerideki havanın basıncı ile balonu küçültmeye çalışan lastikteki gerilim arasındaki denge gibi, yıldız da bir süre sonra genişlemesini durdurur. Ancak en sonunda yıldız hidrojenini tüketir ve soğumaya, dolayısıyla da büzüşmeye başlar. Bir yıldızın kütlesi Chandrasekhar** sınırından azsa, büzüşme durur ve beyaz cüceye dönüşür. Öte yandan Chandrasekhar sınırının üzerinde bir kütleye sahip olan yıldızlar, yakıtlarının sonuna geldiklerinde kara deliğe dönüşebilirler” [3].

Kara Delikler İçin Önemli Yapılar

1 - Tekilllik

Tekilliğin açıklaması birçok kaynakta şu şekilde yapılmıştır: “Dev bir yıldızın hayal edilemeyecek kadar küçük bir noktaya sıkıştırılması sonucu ortaya çıkan yapılardır.’’ Ayrıca, sadece bir yıldızın sonunu belirtmekle kalmadığı, tüm evrenin yapısı hakkında bir başlangıç noktası fikrini de gündeme getirdiği düşünülür [3].

Roger Penrose ve Stephen Hawking’in yaptığı çalışmalar, bizlere genel görelilik uyarınca bir kara deliğin içerisinde sonsuz bir yoğunluğa ve uzay-zaman bükülmesine sahip bir tekilliğin olmak zorunda olduğunu göstermiştir [3].

Tekillik kavramı, Stephan Hawking’in kariyerinde önemli bir rol oynamıştır çünkü Hawking’in tekillikler üzerine yaptığı matematiksel çalışması, kendisine dünya çapında bir ün kazandırmıştır.

             2- Olay Ufku

            Bir kara deliğin geri dönüşü olmayan ve ötesini gerçekten göremediğimiz sınırına olay ufku denir. Bir şey olay ufkunu geçtiğinde, kara deliğin tekilliğine, uzay, zaman ve fizik yasalarının artık geçerli olmadığı sonsuz küçük, sonsuz yoğun bir noktaya, çöker. Stephen Hawking kara delikler ile ilgili olan kitabında olay ufkundan içeri düşmeyi bizlere şu şekilde tasvir etmiştir: “Olay ufkundan içeri düşmek, Niagara Şelalesinde kanoyla gitmeye benzer. Çok hızlı kürek çekerseniz kaçma şansınız vardır ama şelalenin kenarına kadar gitmişseniz artık kaçamazsınız. Bir noktadan sonra geriye dönüş yoktur. Şelalenin kenarına yaklaştıkça akıntı hızlanır, kanonun ucundaki suyun hızı arkasındaki sudan daha fazlalaşır. Kanonun parçalanma tehlikesi de vardır. Kara deliklerle olan şey de aynıdır.’’ [3].

Olay ufku sadece 75 kilometre genişliğinde olmasına rağmen 10 güneş kütlesine sahip, dönmeyen bir kara deliğin 600 kilometre uzaklıktan simülasyon görünüşü [4].

Kara deliğin ışığı bile yuttuğunu biliyoruz. Bizim bir nesneyi veya birini görebilmemiz için ışığa ihtiyacımız olduğunu da biliyoruz. İşte bu sebeplerden dolayı uzaktaki bir gözlemci kara deliğe düşen birini ışık olmadığı için göremez.

Kara Delikler Gerçekten Tamamen Karalar Mı?

Uzmanlar, kara delikler hakkında tek bilinenlerin ‘kara deliğin kütlesi, açısal momentumu ve elektrik yükü’ olduğunu açıklamışlardır. Birçok araştırmacıya göre olağanüstü miktarlarda bilgi, kara deliğin içinde dış dünyadan gizlenmiş durumdadır [3]. Ve araştırmacılar, eğer kara deliğin içindeki dış dünyadan gizlenmiş bilgi miktarı, kara deliğin boyutlarıyla orantılıysa, o zaman kara deliğin bir sıcaklığının olmasını ve sıcak bir metal parçası gibi ışıldamasını öngörmüşlerdir. Oysa bu olanaksızdır çünkü herkesin bildiği gibi hiçbir şey kara delikten dışarı çıkamaz. Ya da öyle sanılıyordu.

Stephen Hawking bu bilinmezliğin içinde kara deliğin yakınındaki maddelerin kuantum mekaniğine*** göre nasıl davrandığını araştırırken; büyük bir sürpriz olarak, kara deliklerin düzenli bir sıklıkta parçacık yayınladıklarını keşfetmiştir. Yayınlanan parçacıkların dalga boylarının termal dalga boyları olması, Stephen Hawking’i bu durumun gerçekliği üzerine ikna etmiştir. Ayrıca, bu parçacıklar sanal parçacık olarak adlandırılırlar çünkü gerçek parçacıkların aksine, dedektörde doğrudan gözlemlenemezler.

Bu parçacıkların yarattığı ışınımı anlamanın bir yolu şudur: Kuantum mekaniğine göre bütün uzay, sanal parçacık ve karşı-parçacık çiftleriyle doludur ve bunlar, çiftler halinde bir araya gelerek birbirlerini yok ederler. Eğer bu bir araya gelme olayı kara deliğin tam kenarında olursa, parçacıklar bir araya gelmeden önce parçacıklardan biri dışarı kaçabilir ve böylece sanki kara delikten yayınlanan bir ışınım gibi gözükebilir.

 Kara Delik Çeşitleri

Bilim adamları, yıldız ve süper kütleli kara deliklerin en yaygın olduğu birkaç farklı kara delik türünü teorileştirdiler.

Yıldız Kara Delikler: Büyük yıldızlar ölüp çöktüğünde yıldız kara delikler oluşur. Güneşimizin kütlesinin kabaca 10 ila 20 katıdırlar ve evrene dağılmışlardır. Yalnızca Samanyolu'nda bu yıldız karadeliklerinden milyonlarca olabilir.

Süper Kütleli Kara Delikler: Bu tür kara delikler, güneşimizden milyonlarca, hatta milyarlarca kat daha büyük kütleye sahip devlerdir [5]. Bilim adamları bunların nasıl oluştuğunu ancak tahmin edebilir. Fakat bizimki de dahil olmak üzere hemen hemen her büyük galaksinin merkezinde var olduklarını biliyoruz.

Samanyolu'nun merkezindeki süper kütleli kara delik olan Sagittarius A, yaklaşık 4 milyon güneş kütlesine sahiptir ve yaklaşık olarak Dünya ile güneşimiz arasındaki mesafe kadar bir çapa sahiptir.

  Samanyolu'nun merkezinde ‘’Sagittarius A’’ dev kara deliği [4]

 Süper Kütleli Bir Kara Deliğin İlk Fotoğrafı

  2019'da elde edilen bu görüntü, bir kara deliğe ait ilk fotoğraftır [2].

 Yer tabanlı radyo teleskoplarından oluşan gezegen ölçeğinde bir dizi olan Event Horizon Teleskobu, süper kütleli bir kara deliğin ve onun gölgesinin ilk görüntüsünü elde etti. Görüntü, Başak kümesindeki devasa bir gökada olan Messier 87'nin merkezi kara deliğini ortaya koyuyor.

*: Mikrokuasarlar evrenin doğal parçacık hızlandırıcıları olarak da bilinir. Keşfedilen ilk mikrokuasar olan SS 433 sistemi, kütlesi Güneş'in kütlesinin 10-20 katı büyüklüğünde bir kara delik ve kütlesi Güneş'in kütlesinin yaklaşık 30 katı olan bir yıldızdan oluşuyor [6].

**: Chandrasekhar limiti, astrofizikte kararlı bir beyaz cücenin sahip olabileceği en büyük kütledir. Bu limiti ilk defa Wilhelm Anderson ve E.C. Stoner hesaplamış, ancak adını bu hesapları 1930 yılında daha hassas olarak yapan Subrahmanyan Chandrasekhar'dan almıştır [1].

***: Kuantum mekaniği, olağanüstü küçük boyutların bilimidir ve en küçük parçacıkların davranışını inceler.

 

 Kaynaklar

[1] Chandrasekhar limiti. 19.12.2021 tarihinde https://tr.wikipedia.org/wiki/Chandrasekhar_limiti adresinden alındı.

[2] Event Horizon Telescope Collaboration. (2019). First-ever picture of a black hole unveiled [fotoğraf]. 19.12.2021 tarihinde https://www.nationalgeographic.com/science/article/first-picture-black-hole-revealed-m87-event-horizon-telescope-astrophysics adresinden alındı.

[3] Hawking, S. (1993). Kara delikler: Kara delikler hakkında son bilgiler, United States: Bantam Dell Publishing Group.

[4] Kara delik. 19.12.2021 tarihinde https://tr.wikipedia.org/wiki/Kara_delik adresinden alındı.

[5] National Geographic. Black holes 101 [video]. https://www.nationalgeographic.com/science#2f672b63-0a04-4494-b579-b5daa5052d66 adresinden alındı.

[6] Şahin, T. (2020). Evrendeki doğal parçacık hızlandırıcılar. Tübitak Bilim Genç. 19.12.2021  tarihinde https://bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/evrendeki-dogal-parcacik-hizlandiricilar adresinden alındı.

 

 Yazar: Esma Turgut

Editörler: Berna Kurt, Fatma Güldoğan, Göktuğ Gürbüztürk