Yazan: Elizabeth Landau
Çeviren: Asya Demirkol
Düzenleyen: Ümit Sözbilir
Özet: Kara delikler, ışığın bile kaçmayı başaramadığı son derece yoğun olan cisimlerdir. Bu cisimler her ne kadar tuhaf ve gizemli olsalar da kütle çekiminin nasıl çalıştığıyla ilgili anahtar bir sonucu ortaya koyar: Yeterince küçük bir alana çok fazla kütle sıkıştırıldığında ortaya çıkan nesne uzay zamanın dokusunu büker ve tekillik adını verdiğimiz olguyu oluşturur. Uzaydaki olağanüstü bu nesnelerin sahip olduğu kütle çekimi o kadar kuvvetlidir ki yakınlarında ne varsa kendilerine doğru çeker ve âdeta onları yemeye başlar. Peki tüm bunları nasıl yaparlar? Elimizde var olan fizik kuralları ve doğa kanunları ile kara deliklerin bu davranışlarını açıklayabilmemiz mümkün mü? İşte bu sorular gibi merak edilen on soru ve cevapları!
Eğer kara delikler ışığı hapsedip görülemiyorlarsa onlar hakkındaki bilgiyi nasıl elde ediyoruz?
X ışınları da dâhil olmak üzere herhangi bir ışık türü kara deliğin olay ufkundan[1] kaçmayı başaramaz. NASA’nın kara delikler üzerinde çalışan teleskopları, özellikle maddenin olay ufkuna çok yakın olduğu kara delik çevrelerini incelemekte. Kara deliğe doğru çekilen ve olay ufkuna yaklaşan maddenin sıcaklığı milyon derecelere çıkar. Dolayısıyla bu madde x ışını yaymaya başlar. Kara deliğin muazzam kütle çekimi uzayın dokusunu büker, sonuç olarak da bu kütle çekiminin etkisini etraftaki yıldızlarda ve nesnelerde görmek mümkün olur. Yani uzaydaki bu gizemli cisimler hakkında bilgi edinmek istiyorsak etraflarında olup bitenleri incelememiz gerekiyor.
Bir kara deliğin oluşması için gereken süre nedir?
Güneş kütlesinin 10 katı bir kütleye sahip olan yıldız kaynaklı bir kara delik[2], büyük kütleli bir yıldızın çökmesinden sonra saniyeler içerisinde oluşabilir. Nispeten küçük olan bu kara delikler, nötron yıldızı adı verilen iki yoğun yıldız kalıntısının birleşmesiyle de meydana gelebilir. Bir nötron yıldızı aynı zamanda daha büyük bir kara delik oluşturmak amacıyla bir başka kara delikle birleşebilir ya da sadece iki kara delik çarpışabilir. Bu gibi birleşmeler hızlı bir şekilde bir kara delik meydana getirir ve kütle çekimsel dalga adı verilen uzay zaman dalgaları (kırışıklıkları) yaratır.
Daha gizemli olanlar ise her gök adanın merkezinde bulunan süper kütleli kara deliklerdir. Bu kara deliklerin kütlesi Güneş’in kütlesinin milyonlarca hatta milyarlarca katı olabilmektedir. Süper kütleli bir kara deliğin çok büyük bir boyuta ulaşması bir milyar yıldan az sürebilir ancak genel olarak bunların oluşmasının ne kadar sürdüğü bilinmemektedir.
Bilim insanları süper kütleli kara deliklerin kütlesini nasıl hesaplıyor?
Kara delikler hakkında yapılan araştırmalar gök adaların merkezlerinde bulunan yıldızların hareketini incelemeyi de kapsıyor. Birinci sorunun cevabında değindiğimiz gibi kara delikleri etrafındaki cisimlerin hareketinden keşfetmemiz mümkündü. Dolayısıyla bu hareketi incelediğimizde her gök adanın merkezinde süper kütleli bir kara delik olduğunu görüyoruz. Bu kara deliklerin kütleleri ise yıldızların hızlarından hesaplanabiliyor. Kara deliğe düşen cismin kütlesi kara deliğin kütlesine ekleniyor. Ancak kütle çekimi evrende tamamen kaybolmuyor.
Bir kara deliğin bütün bir gök adayı yutması mümkün mü?
Kesinlikle hayır. Bir kara deliğin bütün bir gök adayı yutmasının herhangi bir yolu yok. Gök adaların ortasında bulunan süper kütleli kara deliklerin kütle çekimsel erişimi büyüktür ancak tüm gök adayı yemek için yeterince büyük değildir.
Kara deliğin içine düşerseniz ne olur?
Kesinlikle iyi şeyler olmaz! İlk olarak, kara deliklerin içi hakkında bilmediğimiz çok şey var. Bildiklerimizi ise Albert Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı sayesinde biliyoruz.
Söz konusu kara delikler olduğunda uzaktaki gözlemciler sadece olay ufkunun dışındaki bölgeleri görecektir. Fakat kara deliğin içerisinde düşmekte olan birisi çok daha farklı bir gerçeklik deneyimi yaşar. Kişi olay ufkuna girdiği andan itibaren uzay ve zaman algısı tamamen değişmeye başlar. Aynı zamanda da kara deliğin yoğun kütle çekimi gözlemciyi yatay olarak sıkıştırır ve dikey olarak bir spagetti gibi uzatır. Bu nedenle bilim insanları bu olguya spagettileşme (spagettifikasyon) adını vermiştir.
Neyse ki şu ana kadar kimse spagettiye dönmedi çünkü kara delikler güneş sisteminden bir madde çekemeyecek kadar uzakta. Ancak her ne kadar tam olarak bir spagettifikasyon olmasa da bilim insanları sonucunda muazzam miktarda enerji açığa çıkan bir süreci gözlemlediler: Bir kara deliğin etrafındaki yıldızı yutması.
Güneş bir kara deliğe dönüşseydi ne olurdu?
İlk olarak belirtmek gerekir ki Güneş hiçbir zaman kara deliğe dönüşmeyecek çünkü kütlesi onu bir kara deliğe dönüştürecek yeterlilikte değil. Bunun yerine Güneş yakıtını tükettiğinde kara delik yerine bir beyaz cüce[3] olacak.
Ancak yine de sorunun cevabını verebilmek için Güneş’in birdenbire kendi kütlesinde bir kara deliğe dönüştüğünü düşünelim. Güneş yerine bir kara delik koyduğumuzda sistemdeki gezegenlerin yörüngeleri bundan etkilenmez çünkü kara deliğin kütle çekimi Güneş’in kütle çekimiyle aynı olur. Yani her ne kadar bu durum kulağa korkunç gelse de değişen hiçbir şey olmayacaktır. Dolayısıyla Dünya kara deliğin içine çekilmeden dolanma hareketine devam edecektir. Tabi güneş ışığının eksikliği canlı yaşamının sonunu getirebilir, yaşanabilecek tek sorun da bu olacaktır.
Kara deliklerin gezegenimiz üzerinde herhangi bir etkisi var mı?
Büyük kütleli yıldızlar patladığı zaman arkalarında yıldızsal kara delikler oluştururlar. Bu patlamalar oldukça verimlidir çünkü yaşam için gerekli kimyasallar olan nitrojen, karbon ve oksijen gibi elementleri uzaya saçarlar. İki nötron yıldızı, iki kara delik veya bir nötron yıldızı ve kara delik arasındaki birleşmeler, benzer şekilde uzaya ağır elementler yayarak bir gün farklı gezegenlerdeki hayatın parçası hâline gelebilir. Bu gibi çarpışmalardan doğan şok dalgaları yeni yıldızların ve yeni güneş sistemlerinin oluşmasını da tetikleyebilir. Yani aslında bir bakıma Dünya’daki varlığımızı kara delikleri oluşturan bu patlamalara ve çarpışmalara borçluyuz.
Geniş ölçekte bakıldığında çoğu gök ada merkezinde süper kütleli bir kara delik bulunuyor. Bu bilgiyi her ne kadar teyit edebilsek de gök adaların oluşumu ile süper kütleli kara deliklerin oluşumu arasındaki bağlantıyı hâlâ anlamış değiliz. Elimizde olan bilgiler değerlendirildiğinde Samanyolu gök adasının oluşumunda bir kara deliğin rol oynamış olması mümkün gibi gözüküyor. Ancak ilk önce kara deliklerin mi yoksa gök adaların mı oluştuğu bilinmiyor. Bu soru evrenin çözülmeyi bekleyen en büyük bulmacalarından birisi.
Tespit edilen en uzak kara delik hangisi?
Şu ana kadar tespit edilen en uzak kara deliğin Büyük Patlama’dan yaklaşık 690 milyon yıl sonra var olduğu biliniyor. Yani kara delikle aynı uzaklıkta olan bir cismin ışığının bize ulaşması 13 milyar yıldan fazla sürüyor.
Burada büyük miktarlarda gaz kara deliğe öyle hızlı bir şekilde akar ki enerji çıkışı gök adanın kendisinden bin kat daha fazladır. Gök bilimciler aradaki mesafeye rağmen sahip olduğu muazzam parlaklık sayesinde bu kara deliği tespit edebilmişlerdir.
Eğer kara deliklerden hiçbir şey kaçamıyorsa o zaman evren de eninde sonunda bir kara delik tarafından yutulacak mı?
Evren muazzam büyüklükte bir yer. Belirli bir kara deliğin kütle çekim etkisine sahip olduğu bir bölgenin boyutu, bir gök adanın boyutuna göre oldukça sınırlı kalmakta. Bu gerçek tıpkı Samanyolu’nun merkezinde bulunan gibi süper kütleli kara delikler için de geçerli. Örneğin kendi gök adamızdaki süper kütleli kara delik olan Sagittarius A* muhtemelen şu ana kadar yakında oluşan yıldızların çoğunu yedi, uzakta olan yıldızlar ise güvenli bir şekilde dolanmalarına devam ediyor. Dünya’ya 26 bin ışık yılı uzaklıkta olan ve herhangi bir tehlike arz etmeyen Sagittarius A*, Güneş’in kütlesinin birkaç milyon katı kütleye sahip olduğundan yuttuğu güneş benzeri yıldızlar kütlesinde çok küçük farklılıklara sebep olacak. Sonuç olarak bir kara deliğin etrafındaki nesneleri yiyerek evreni yutacak büyüklüğe erişmesi şu an için imkânsız gibi gözüküyor.
Gelecekte gerçekleşecek olan gök ada çarpışmaları iki kara deliğin birleşmesine sebep olup daha büyük kara delikler yaratabilir. Ancak evren sürekli olarak genişlediğinden ve olağanüstü bir büyüklüğe sahip olduğundan bu çarpışmalar sonsuza kadar gerçekleşmez, dolayısıyla evreni yutacak kadar büyük bir kara deliğin oluşması söz konusu olamaz.
Kara delikler küçülebilir mi?
Evet, küçülebilirler. Ünlü fizikçi Stephen Hawking, kara deliklerin bir yandan madde yiyerek büyürken bir yandan da “Hawking ışıması” adı verilen küçük miktarlarda enerji kaybettikleri için yavaş yavaş küçüldüklerini öne sürdü.
Hawking radyasyonu uzayın (ya da vakum ortamının) boş olmamasından kaynaklanır. Bu vakum ortamı sürekli olarak var olan ve sonra da kaybolan bir parçacık denizine benzetilebilir. Hawking’in ileri sürdüğü hipoteze göre eğer bir parçacık çifti bir kara deliğin yakınında var olursa parçacıklardan birinin yok olmadan kara deliğin içine çekilme şansı vardır. Yani kara delikler tamamen kara değiller. Bu durumda parçacığın diğer eşi uzaya kaçar. Bunun için gereken enerji kara delikten gelir, bu nedenle kara delik bu işlemle yavaş yavaş enerji ve kütle kaybeder. Sonuç olarak bu da kara deliklerin ölümsüz olmadıklarını gösterir!
En sonunda hipoteze göre kara delikler Hawking radyasyonu sebebiyle buharlaşacaklardır. Fakat bildiğimiz çoğu kara deliğin önemli ölçüde buharlaşması evrenin tüm yaşından çok daha uzun sürecektir. Sonuç olarak kara delikler, hatta Güneş’in birkaç katı kütleye sahip olanlar bile, gerçekten çok uzun bir süre daha etrafta olacağa benziyor.
Uzaydaki bu ilginç cisimleri anlamak her ne kadar zor olsa da şu ana kadar küçümsenmeyecek bir yol kat ettik. Gelecekte yapılan keşiflerle kara deliklerin sırrını çözmeye daha fazla yaklaşacak ve fizik kurallarını zorlayan bu nesneleri anladıkça evreni de daha iyi anlamaya başlayacağız.
[1] Olay ufku: Işık ve maddenin artık kaçamadığı bölgeyi sınırlayan kuşağa denir. Olay ufku, herhangi bir fiziksel incelemede bulunamadığımız bir uzay parçasıdır. Ne olay ufkundan ötesini bilinen yasalarla açıklama olanağı vardır ne de orada ne olup bittiğini bilmenin bir yolu vardır.
[2] Yıldız kaynaklı kara delik: Devasa kütleli yıldızların kütle çekimsel kuvvetlerinden kaynaklı çökme nedeniyle oluşan kara delikler.
[3] Beyaz cüce: Güneş kütleli yıldızlar yaşamlarının sonuna geldiklerinde beyaz cüceye dönüşür.
[4] Beyaz cücenin eşi: Beyaz cüceler evrende ikili sistem hâlinde bulunabilirler. Bu yüzden yanlarında bir de eş yıldızı olur.
[5] Chandra Derin Güney Alanı: Chandra x ışını Gözlemevi uydusu tarafından çekilen bir görüntüdür.
