Kara Delikler

0

Kosmosta bildiğinizi sandığınız her yere meydan okuyan, boşluğun, zamanın ve hatta gerçekliğinde kurgudan daha tuhaf olduğu bir yolculuk, “Kara Delikler”.

Evrendeki tüm objelerin içinde Gezegenler, Yıldızlar, Galaksiler hiçbiri kara delikler kadar tuhaf, gizemli ya da güçlü değiller. Onlar evrenin en büyük sırrı.

Bir zamanlar gerçek olduğuna dahi inanılmayan kara delikler fizik biliminin ezberini bozar. Ama evrenin var oluşu için bile gerekli olabileceklerini öğreniyoruz.

Önce bir kağıtta çözülmesi imkansız gibi görünen bir denkleme tuhaf bir çözüm olarak keşfedilen kara delikleri Einstein bile gerçek kabul etmemişti. Matematiksel bir muamma.

Kara Delik Teorisi

Einstein, Eddington gibi, 1930’lardan 1950’lere kadar tüm seçkin astrofizikçiler kara deliklerin gerçekliğine inanmamışlardı. Kara delikler, uzun bir süre boyunca, sadece çözümleme aşamasında matematiksel bir sır olarak kaldılar. 1960’lara kadar süpernovanın kara delik oluşturduğu fikri ciddiye dahi alınmıyordu.

Kendisininde bu konuda şüpheleri olsa da, bu görünmez objeler için ilk kez kara delik ismini türeten kişi Princeton’lu fizikçi John Wheeler’dır. Işığın bile bu deliklerden kaçamadığı düşünülünce doğru bir seçim.

John Archibald Wheeler, Amerikalı bir teorik fizikçidir

1967’de yüksek lisans öğrencisi Jocelyn Bell, tuhaf, anormal küçük, sönmüş bir yıldız keşfetti. Bu yıldız çok az ışık yayıyordu. Bu bir nötron yıldızıydı. Çökmüş bir yıldızın soğuyan kalıntılarından oluşan bu nötron yıldızı, kütlesi daha büyük sönmüş yıldızların, yani kara deliklerinde var olabileceğine dair gök bilimcilere daha fazla güven aşıladı.

Kara Deliğin Keşfi

Kara delikler ilk kez LIGO (Lazer Girişim Ölçer Yer Çekimi Dalgası Gözlemevi) adında bir gözlem evinde kaydedilen bir mesaj ile tespit edildi.

Birkaç öngörülü bilim insanı henüz icat edilmemiş bir teknoloji hayal ettiler. Bulunabileceğinden kimsenin emin olmadığı bir şeyi araştırıyorlardı ve 14 Eylül 2015 tarihinde, erken saatlerde bir mesaj kaydettiler. 400 yıldır uzayda gözlemlenen her şey, bize elektromanyetik enerji şeklinde gelmişti. Fakat bu sefer gözlemlenen bir yer çekimi dalgasıydı.

Lazer Girişim Ölçer Yer Çekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO)

Keşfedilen sinyal bize ulaşabilmek için bir milyar yıldan fazla dolaşmıştı. Kosmosta bir yerlerde, bir milyar yıldan daha uzun süre önce iki devasa kara delik karşılaşmış, git gide daha hızlı dönerek birbirlerini çevrelemiş ve sonunda çarpışarak devasa bir patlamaya neden olmuştu.

Bu çarpışma evrenin 50 katı kadar gücü dışarı verdi ve dışarı doğru yayılan dalgalar üretti. Bu yer çekimi dalgaları tüm evrende ışık hızında dolaştı ve çarpışmadan bir milyar yıldan fazla süre sonra bu deneyin yapıldığı bölgede bir çift devrimsel, yeni gözleme sebep oldu. Bu gözlem, yaşadığımız evrendeki en ilginç gizemlerden biri olan kara delikler hakkında yeni ve doğrudan kanıttı.

Yıldızların Yaşam Döngüsü ve Nükleer Füzyon Enerjisi

Yıldızların kütleleri ve boyutları değişkenlik gösterir ve bir yıldızın yaşam döngüsü tamamen kütlesine bağlıdır.

1930’larda yıldızların yaşam döngüsünü inceleyen Subrahmanyan Chandrasekhar ve Robert Oppenheimer adlı iki gözlemci, büyük kütle yoğunluğuna sahip yıldızların küçük yıldızlara göre çok farklı şekilde söndüğünü gözlemlediler.

Bilim insanlarının atom hakkında yaptıkları araştırmalar sonucu, yıldızların, gücünü nükleer füzyon denilen bir süreçle kaynaşan atomlardan aldığı keşfedildi.

Nükleer füzyon, hafif atom çekirdeklerinin, nükleer reaksiyon sonucu enerji açığa çıkararak daha ağır çekirdekli başka bir elemente dönüşmesidir.

Tüm yıldızlar başlarda en hafif atom olan hidrojeni yakarlar. Hidrojen atomları birleşip helyuma, sonra da daha ağır elementlere döner. Bu şekilde nükleer füzyon enerjisi açığa çıkar. Yer çekimi ise yıldızın tüm kütlesini ezmeye çalışır. Füzyon yüzünden açığa çıkan büyük enerji yer çekimini dengeler ve yıldızın çökmesine engel olur.

Daha küçük yıldızlar helyumdan daha ağır elementleri birleştiremezler. Ama yoğun kütleli yıldızlardaki füzyon, demir gibi çok daha ağır elementleri ezer. Demir, kütlesi çok yoğun bir elementtir ve içinde çok proton bulunur. Demir kaynaştığında dışarıya başka enerji çıkmaz.

Bu nedenle demir, yıldızlar için bir çıkmaz sokaktır. Füzyonda demirden daha büyük elementleri kaynaştırmak yıldızı ayakta tutmak için gereken enerjiyi açığa çıkarmaz. Ve yıldızı şişkin tutan füzyondan gelen enerji yoksa, yer çekimine karşı gelecek bir şey de kalmamış demektir.

Yer çekimi galip gelir ve tüm yıldız çöker. Trilyonlarca ton ağırlığında madde hızlıca yıkılır, yoğun çekirdeğe çarpar ve geriye zıplar. Bu arada büyük bir patlamayla yıldızın dış katmanlarını yok eder. Buna “süpernova” denir.

Kütle ne kadar fazlaysa yer çekimi de o kadar fazla olur. Yani geride kalan çekirdeğin kütlesi yeteri kadar büyükse yer çekimini durdurmak mümkün değildir. Yer çekimi, yıldızın çekirdeğini, kütlesini gitgide daha küçük hale getirerek ezer, ta ki bir kara deliğe dönüşene kadar.

Kara Delik Avı

Elektromanyetik Spektrum

Elektromanyetik Spektrum veya elektromanyetik tayf, evrenin herhangi bir yerinde fizik kurallarınca mümkün kılınan tüm elektromanyetik radyasyonu, radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi, ultraviyole, X-ışını, ve gama ışınları gibi farklı ışınım türevlerinin dalga boyları veya frekanslarına göre yerlerini ifade eden kavramdır.

Radyo ve X-ışını astronomisi, dışarıya güçlü enerji veren, karanlıkta kalmış, hatta görünmeyen, varlığından kimsenin haberdar olmadığı objeleri ortaya çıkardı.

1931’de Bell Laboratuvarları mühendisi Karl Jansky, uzayın derinliklerinden gelen gizemli radyo dalgaları duydu. Sonra da bilim insanlarının Geiger sayacı ile kozmosun da X-ışını ile dolu olduğunu keşfetmesiyle gökyüzü daha da ilginç hale geldi.

X-ışınları spektrumun yüksek enerjili ucundan, sıcaklığı milyonlar hatta on milyonlarla ölçülen nesnelerden gelir. Gök bilimcilerin dikkatini çeken bu X-ışınlarının ilk kaynaklarından biri Cygnus X-1’dir.

Yıldız çiftleri, yer çekimiyle birbirine kitlenmiş yörüngedeki yıldız çiftleridir. Kulağa nadir gibi gelseler de aksine yıldızlara baktığımızda muhtemelen yıldız çiftlerinden bir tanesini görürüz.
1970’de dört bir yanı teleskopla çevrili 15. yüzyıldan kalma bir kalede, Kraliyet Gözlemevi’nde çalışan genç gök bilimci Paul Murdin, meslektaşı Louise Webster ile birlikte, İngiltere’deki en büyük teleskobu kullanarak, Cygnus’ın yani Kuğu Takımyıldızı’nın bölgesini incelemeye, yıldız çiftlerini aramaya karar verdi.
Murdin Kuğu Takım Yıldızı’ndaki yüzlerce yıldızın renk değişimlerini inceledikten sonra muhtemel bir şüpheyi tespit etti. Bu hareket halindeyken ışık değişimi gösteren bir yıldızdı. Her 5,6 günde bir tam tur atıyordu. Fakat ikinci yıldız görünmüyordu. Spektrumda ikinci bir yıldıza ait işaret yoktu.
Bir yıldız bize doğru gelirken rengi git gide daha mavi olur çünkü bu sırada ışığın dalga boyu kısalar. Uzaklaştığında ise rengi kızıla döner çünkü ışığın dalga boyu uzar. Buna Doppler Etkisi denir.
Murdin’in elinde sadece tek bir yıldızın göründüğü bir yıldız çifti vardı. Diğer yıldız X-ışını yayıyor, dönmesi için yeterince kütleye ve yer çekimine sahip fakat hiç ışık yaymıyordu. Paul Murdin- Louise Webster incelemesi Eylül 1971’de yayımlandı. Diğer gök bilimciler bunun bir kara delik olabilme ihtimaline katıldılar.

Cygnus X-1 Bir Kara Delik Mi

Cygnus X-1 ‘in kara delik olup olmadığını anlamada ki en büyük sorun X-ışını yayan nesnenin kütlesini ölçmekti. Kara delik olabilmesi için kütlesi çok büyük, en az güneşin üç katı olmalıydı. Aksi durumda bu, muhtemelen büyük bir yıldızın çökmesi sonucu oluşmuş fakat kara delik olacak kadar büyük kütleli olmayan bir nötron yıldızıydı.

Gök biliminde mesafe en temel ögedir. Alman gök bilimci Johannes Kepler’in 1600’lerde geliştirdiği yasalar sayesinde bir gök cisminin kütlesi hesaplanabilir. Ancak mesafenin bilinmesi gerekir.

Mesafeyi bilmiyorsanız nesnenin ne olduğunu da bilmiyorsunuz demektir. Bu çok yakınımızdan geçen bir ateş böceği ya da çok uzakta olan, Güneş‘ten çok büyük devasa bir yıldız da olabilir. Yani Cygnus X-1’in kesin kütlesini hesaplamak için yıldızın Dünya‘ya uzaklığının bilinmesi gerekiyordu.

Peki Bu Uzaklık Nasıl Ölçülebilir

Bunun çözümü çok bilinen bir fenomen olan ıraklık açısında saklı. Bu, gözlerimiz ve beynimizin üç boyutlu görmek için kullandığı bir yöntemdir.

Gökteki bir nesne için ıraklık ölçüsünü kullanırken gök bilimciler, Dünya‘nın hareketine bağlı iki ayrı gözlem açısı alırlar. Mesafesi hesaplanacak nesne ve Dünya‘dan alınan iki pozisyon arasında bir üçgen oluşur. Üçgenin taban uzunluğu Dünya‘nın yörüngesinin çapı (185.92 milyon mil) kadar. Ve geometri prensiblerine göre mesafeyi hesaplamak için yukarıdaki açının büyüklüğünün bilinmesi gereklidir.

Açı çok küçük olduğundan her teleskopla gözlenebilmesi mümkün değildi. Mark Reid ve ekibi on tane radyo teleskobunu ABD’nin çeşitli bölgelerine, Hawaii’ye, St. Croix’ya ve Virgin Islands’a koyarak bu teleskopları eş zamanlı olarak kullandılar. Ve bilgisayarla Dünya‘nın büyüklüğünü hafızasında tutan bir teleskobu sentezlediler. Bu inanılmaz bir açısal çözünürlük sağladı.

Bu tekniği kullanan Mark Reid ve ekibi Cygnus X-1’in 6.000 ışık yılı uzakta olduğunu hesapladılar. Böylece Reid, kütlenin Güneş‘ten 15 kat daha büyük olduğunu ve bunun bir kara delik olduğunu ispatlamayı başardı.

Bir ihtimal olarak tanımlanmasından 40 yıl sonra Cygnus X-1 artık geniş bir kitle tarafından kabul görmüş, doğruluğu kesinleştirilen ilk kara deliktir. Galaksimizde Cygnus X-1 gibi X-ışını eşi olan en az 20 kara delik bulundu. Ve muhtemelen de sadece bizim galaksimizde bu büyük ölü yıldızlardan milyonlarca var.

Bir zamanlar tuhaf bir matematiksel meraktan ibaret olan kara delikler, artık gerçek. Yıllar süren şüphecilikten sonra bilim insanları artık o sönmüş büyük yıldızların içlerine ışığı hapsedebileceğini, etrafındaki uzayı ve zamanı bükebileceğini, maddeyi akıllara durgunluk veren bir hızda hızlandırabileceğini kabul ediyorlar.

Kara Delik Anatomisi

Etkilerini tüm evrende hissedebiliyoruz ama kara delik neye benziyor?

Olay Ufku: Tekilliğin çevresindeki olay ufku, dönüşün olmadığı nokta. Ne madde ne de enerji kara deliğin çekim etkisinden kurtulabilir.

Toplanma Diski: Büyük miktarda elektrostatik radyasyon yayan gaz ve tozdan oluşmuş bu halkada, tozlar olay ufkuna gidebilir ya da bir jet oluşturabilir.

En İç Stabil Bölge: Bu, maddenin olay ufkuna çarpmadan ve tekillikte sonsuza dek kaybolmadan durabileceği en son güvenli yer.

Tekillik: Kara deliğin kalbi, maddenin sonsuz yoğunluk ve kütle çekimi altında çöktüğü yer.

Kaynak: Black Hole Apocalypse, How it Works

Kara Delik Nedir konusunu incelemek için tıklayınız. 

Cevap bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.