KARA DELİK HAKKINDA BİLGİLER
Yıldızın gövdesini oluşturan ağır elementler içeri doğru çökmeye başladıkça, atomların etrafındaki elektronlar birbirlerine fazlasıyla yaklaşır ve diğer temel fiziksel kuvvetlerin etkisi ortaya çıkar: Bu atomlar birbirlerini itmeye başlarlar. Bu itiş kuvveti bir noktada kütleçekimine fazlasıyla üstün gelir ve yıldız muhteşem bir güçle patlar! Bu olaya süpernova, hatta daha büyüklerine hipernova adı verilir. Bu sırada etrafa bol miktarda enerji ve atom saçılır. İşte bu atomlar uzaya dağıldıkça yeni nebulalar oluşur. Bu nebulalar, yepyeni yıldızların kütleçekimi etkisiyle doğmasını sağlayan doğumevleri gibidir.
Bu noktada çökmeye devam eden yıldızın durabileceği iki durak vardır: Yıldızın kütlesine bağlı olarak gezegenimsi bulutsu oluşturup geriye bir beyaz cüce bırakabileceği gibi, bir süpernova patlaması geçirip geriye nötron yıldızı da bırakabilir. Eğer yıldızın kütlesi 20-40 Güneş kütlesinden fazlaysa, süpernova patlaması sonucunda karadelik oluşabilir.
Burada dikkat edilmesi gereken nokta, yıldızın kütlesinin tamamının karadeliği oluşturmadığıdır. Kütlenin yaklaşık %75'i gibi önemli bir kısmı süpernova patlamasıyla madde ve ışıma olarak dış ortama salınır. Ardından saçılan bu madde daha sonra yeni yıldızların doğumuna olanak tanıyabilir. Örneğin Güneş bu şekilde oluşmuş ikinci nesil bir yıldızdır. Bu sayede Güneş sisteminde demirden ağır elementler bulunabilir ve bu sayede hayat var olabilmiştir.
Fakat patlayan yıldızdan geriye çekirdek içinde sıkışmış şekilde madde kalır. Bunlar kimi zaman daha farklı sınıfta yıldızlar oluşturur. Ancak kendi üzerine çöken yıldızın kütlesi az önce de belirttiğimiz gibi belirli bir sınırın üzerindeyse, kara delikler gibi akıl almaz yoğunlukta gök cisimleri oluşur. İşte bu büyük kütleli cisimler, Evren'i oluşturan uzay-zaman dokusunu normal kütleli cisimlerden çok daha fazla bükerler. Bunu, gergin bir çarşaf üzerine 500 kilogramlık bir bilye bıraktığınızda ne olacağını hayal ederek görselleştirebilirsiniz. Çarşaf müthiş miktarda bükülecektir!
Bir Kara Delik Oluşturacak Yıldız Ne Kadar Büyük Olmalıdır?
Her kara delik, bir yıldızın yakıtını tüketerek kendi üzerine çökmesi sonucu oluşmaz. Örneğin çok büyük kütleli cisimlerin uzayda birbirine çarpması sırasında da kara delikler oluşabilir. Ancak bildiğimiz en yaygın kara delik oluşum mekanizması, yıldızların çökmesi sonucu oluşan kara deliklerdir (bu tarz kara deliklere collapsar da denir.
Ancak her yıldızın ölümü kara delik oluşturacak kadar vahşi değildir. Bir yıldızın ölümü sırasında bir kara delik oluşturabilmesi için belli bir kütlenin üzerinde olması gerekir. Bu kütle sınırına Chandrasekhar Limiti adı verilir. Bu limit, kabaca 1.4 Güneş Kütlesi kadardır; ancak çoğu durumda 2 ve hatta 3 Güneş Kütlesi olarak kabul edildir. Yani bir yıldızın kara delik oluşturma potansiyelinin oluşabilmesi için, ölümü sırasında Güneş'imizden en az 1.4 kat büyük olması gerekmektedir. Bu, kabaca, 2.784.488.001.602.417.000.000.000.000.000 kilogram veya 2.7 nonilyon kilograma denk gelir.
Güneş'ten 3 kattan daha düşük kütleye sahip yıldızlar öldüklerinde bembeyaz bir ışık küresine dönüşebilirler. Bu tarz bir ölümden geriye kalan yıldıza beyaz cüce adı verilir. Beyaz cücelerin oluşması sırasında, atasal yıldızın dış kısımları uzaya saçılır ve gezegensel nebula adı verilen gaz ve toz bulutu oluşur. Buralar, gezegenlerin daha sık oluştuğu bölgelerdir.
Bu konuyla ilgili daha detaylı bir yazımızı buradan okuyabilirsiniz.
Kara Deliklerin Çeşitleri
İlksel Kara Delikler
Bir karadeliğin oluşumu için çok yüksek yoğunluklu bir ortam gereklidir (bu her ne kadar tek şart olmasa da). Günümüzde bu durum, büyük kütleli yıldızların çekirdeklerinde gerçekleşebilse de, Büyük Patlama'dan bildiğimiz üzere,evrenin başlangıç dönemlerinde de böylesine yoğun ortamlar bulunmaktaydı. Evrenin ilk dönemlerinde oluşan ve genellikle aşırı düşük kütleleri sebebiyle normal şartlarda varlığını sürdüremeyecek bu kara deliklere ilksel kara delikler denmektedir. Yapılan çalışmalar, ilksel kara deliklerin kütlesinin planck kütlesi ile binlerce Güneş kütlesi mertebesinde olabileceğini göstermektedir.
Kara Deliklerin Yoğunluğu
Bir kara deliğin yoğunluğunu şöyle düşünün: Güneş'ten onlarca, yüzlerce, binlerce, hatta kimi zaman milyonlarca ve milyarlarca kat büyük bir kütleyi hayal edin. Bu kütlenin hepsini, İstanbul'un bir ucundan diğer ucuna kadar olan mesafede bir hacme sıkıştırdığınızı düşünün.
Ortaokul veya lise bilgilerinizden hatırlarsınız: Yoğunluk, kütlenin hacme bölümüyle elde edilir. Dolayısıyla kütle ile yoğunluk doğru orantılıdır; hacim ile yoğunluk ise ters orantılıdır. Kara delikler gibi devasa gök cisimlerinin kütlesi aşırı büyük, hacimleri aşırı küçüktür. Bu, muazzam bir yoğunluk demektir.
Kara Deliklerin Büyümesi
Kara delikler oluştuktan sonra üzerlerine madde çektikçe kütlelerini artırmaya devam ederler. Dönmelerinden de gelen etkiyle birlikte, madde karadeliğin üzerine düşerken bir spiral çizer. Bu esnada ciddi anlamda ısınarak bir ışıma yapar. Bu ışımanın önemli bir kısmı X-ışını bölgesinde yer alır. Aynı zamanda kara delikler başka kara deliklerle de pekala birleşerek kütleçekim dalgaları yayılmasına neden olabilir ve bu esnada kütlelerinin bir kısmını bu yolla kaybederler. Üzerine ne kadar materyal düşerse, o kadar büyüdükleri için, daha yoğun bölgeler olan galaksi merkezlerindeki kara delikler, daha büyük kütleli olma eğilimindedir.
Kara Deliklerin Buharlaşması
1974'te Hawking, kara deliklerin aslında tamamen kara olmadığını ve ufak bir miktar termal radyasyon yaydığını öngördü (sonraları Susskind ile olan tartışmaları "The Black Hole Wars" adlı kitapta ele alınmıştır ve Hawking ilerleyen yıllarda bu fikrinden vazgeçmiştir. Eğer Hawking'in bu buharlaşma fikri (Hawking ışıması) doğruysa, kara delikler ışıma yoluyla zamanla kütlelerini kaybedip büzüşüp yok olmalıdırlar. Teoriye göre büyük kara delikler, küçüklere nazaran daha az ışıma yapmaktadır ve daha uzun sürede yok olurlar. Bu nedenle ilksel bir kara delik anında buharlaşmalıdır.
Kara deliklerin yaydığı bu ışımanın termal spektrumu (Hawking sıcaklığı), 1 Güneş kütlesindeki bir kara delik için 62 nanokelvin düzeyindedir. Bu değer, kozmik mikrodalga arkaplan ışımasının (CMBR'nin) sahip olduğu 2.7 Kelvin düzeyinden çok çok az olduğundan, tespit edilebilir değildir. Tespit edilebilir düzeyde bir ışımanın söz konusu olması için, ışımaları kütleyle ters orantılı olduğundan, Ay kütlesi kadar ufak kütlede bir kara delik söz konusu olmalıdır.
Kara Delikler Neden Siyahtır?
Bir cismin rengine karar veren şey, üzerine düşen ışığın hangi dalga boylarının geri yansıdığıdır. Gözümüze (veya teleskoplarımıza) ulaşan ışığın dalga boyu, o cismin renk bileşenlerini oluşturur. Örneğin bir yaprağın yeşil olma nedeni, üzerine düşen tüm dalga boyları arasından yeşile denk gelen dalga boyunu en fazla geri yansıtıyor olmasıdır. Siyah renginin ise (siyah ışık ile karıştırılmamalıdır) ya ortamda hiçbir ışığın olmaması, ya da cisme ulaşan tüm görünür ışığın soğrulması ile oluşur.
Fakat karadeliklere ulaşan ışık, geri yansımaz. Yansıyamaz. Kütleçekim kuyusu öylesine büyüktür ki, ışık karadeliğin ufkundan dışarı çıkamaz. Bu nedenle bir kara deliğe baktığınızda, gözünüze herhangi bir ışık ulaşmadığı için karadek sizde tek bir görsel izlenim verir: o da siyahtır. Yani aslında gördüğünüz şey siyah renge sahip bir cisim değildir, siz hiçbir şey göremediğiniz için gördüğünüzü düşündüğünüz şeyi siyah olarak algılarsınız. İşte bu yüzden Kara delikler gözlemciye hiçbir ışık yansıtmadıkları için, simsiyahtırlar.
Ancak dikkatli gözlemler sonucunda kara delikleri gözlemek mümkündür. İlk etapta Hubble Teleskobu tarafından kara deliklerin dolaylı etkileri gözlenmiş, bu devasa kütleçekim kuyuları etrafında yıldızların tuhaf hareketler sergilediği tespit edilmiştir. Daha sonra, 2016 yılında kara deliklerin birbirine çarpması sonucunda oluşması gerektiği düşünülen kütleçekim dalgaları ilk defa tespit edilmiştir böylece kara deliklerin varlığının deneysel olarak doğrulanması yönünde önemli bir adım atılmıştır. Nihayet, 2019 yılında bilim insanlarının oluşturmayı başardığı ilk kara delik fotoğrafı, kara deliklerin var olduğunun ve Görelilik Teorisi'nin öngörülerinin isabetliliğinin en nihai kanıtı olmuştur.
Kara Deliklerle İlgili Sık Sorulan Sorular ve Cevapları
Kara Deliğin İçinde Ne Var?
Kara deliğin içerisinde ya da daha teknik bir ifadeyle olay ufkunun gerisinde ne olduğunu kimse bilmiyor. Buradaki fiziksel şartlar, başka hiçbir yerde görmediğimiz türden ekstrem şartlar ve bunu açıklayacak bir fizik şu anda elimizde olsa dahi bunun gözlemini yapamıyor, yeterli veri alamıyor olmamız nedeniyle bu soruyu cevaplandıramıyoruz. Fakat giderek artan imkanlar ve bilimin gelişmesi, bu konuda da zamanla yol kat edilmesini sağlıyor ve bir gün buna da bir cevap bulacağız.
Kara Deliklerden Kaçmak Mümkün mü?
Bir kara deliğin içinde ne olduğunu bilmediğimiz için, bu soruya yanıt vermek de pek kolay değil. Ancak bazı teorisyenler, kara deliklerin aslında solucan deliği adı verilen bir uzay-zaman tünelinin parçası olduğunu düşünmektedirler. Solucan delikleri, Evren'in farklı kısımlarını birbirine bağlayan uzay-zaman tünelleri gibi düşünülebilir. Bu tünellerin bir ucunda kara delikler (her şeyi yutan cisimler), diğer ucunda ise ak delikler (her şeyi kusan cisimler) bulunduğu düşünülmektedir. Ak deliklerle ilgili bilgiyi buradan alabilirsiniz.
Fakat kara deliklerin aksine, solucan deliklerinin varlığı teorik olarak bile henüz tam olarak gösterilememiştir. Hatta fikri ilk olarak ileri süren fizikçiler, bir solucan deliğinin stabil olarak "açık" kalabilmesi için gereken enerjinin aşırı büyük olduğunu göstermişlerdir. Bu nedenle bu fikir, spekülatif bir düşünce olarak varlığını korumaktadır.
Kara Delikler Ölür mü?
Kara deliklerin sadece her şeyi yutan; ancak etrafa hiçbir şey saçmayan bir yapı olmasından ötürü hiçbir zaman ölmeyeceği düşünülmüştür. Sonuçta bir kara deliğin ölmesi için bir neden yok gibi gözükmektedir. Bu düşünce, büyük fizikçi Stephen Hawking ve Jacob Beckenstein'ın çalışmaları ile tamamen değişmiştir.
Kara delikler, etraflarına Hawking Işıması adı verilen bir ışıma saçmaktadır. Bu ışıma nedeniyle kara delikler, teorik olarak yeterince süre tanındığında buharlaşma ismi verilen bir yolla yok olacaktır. Yapılan hesaplamalar, kara deliklerin yok olması için gereken sürenin on veya yüz milyarlarca yıl düzeyinde olduğunu göstermektedir. Evren'imizin 13.8 milyar yıl yaşında olduğu düşünülürse, bu sürenin uzunluğu daha iyi anlaşılabilir.
Bilinen En Büyük Kara Delik Hangisi?
Süper kütleli kara delikler 100 milyar Güneş kütlelerine ulaşabilir. Bilinen en büyük kütleli kara delikler 66 milyar Güneş kütlesi ile TON618 ve 45 milyar Güneş kütlesiyle Holmberg 15A'dır. Fakat bunlar dışında 100 milyar Güneş kütlesinde kara delikler de olduğu düşünülmektedir ve bunlardan biri SDSS J073739.96+384413.2 kara deliğidir. Ayrıca bu kara delikler öylesine büyüktür ki boyutları Güneş sisteminden de fazladır. Plüton'u da sisteme dahil edecek olursak, çapları boyunca yaklaşık 10 tane Güneş sistemi sığacağını söyleyebiliriz.
Kara Deliklerin Tarihi
Kara deliklerin kısa bir tarihini şu şekilde sunmak mümkündür:
- 1-1783'te John Michell, bazı yıldızların çekim gücünün, ışığın kendilerinden kaçamayacak kadar büyük olabileceğini ileri sürdü ("karanlık yıldızlar").
- 2-1796 yılında Laplace, tamamen bağımsız olarak Michell ile aynı sonuca ulaştı.
- 3-1854 yılında Riemann, genel uzayın eğimi kavramını geliştirdi.
- 4-1916 yılında Einstein, kütleçekiminin geometrik teorisini geliştirerek Newton'un büyük oranda tamamlanmamış teorisinin yerini aldı.
- 5-1916 yılında Karl Schwarzschild, Einstein'dan 3 ay sonra yayınladığı makalesinde, "siyah yıldız" çözümünü keşfetti.
- 6-1931 yılında Chandrasekhar, soğuk bir yıldızın maksimum kütlesini hesapladı.
- 7-1939 yılında Oppenheimer ve Synder, tüm termonükleer enerji kaynaklarının tükenmesi sonrasında yeterince büyük bir yıldızın sonsuza kadar kendi üzerine çökeceği sonucuna vardı.
- 8-1960'larda Schwarzschild'in çözümü nihayet anlaşıldı: Dönmeyen saf uzayda oluşan tekillik ve bir olay ufku... Kerr tarafından genişletilen çözüme rotasyon (dönüş) özelliği de eklendi. Newman ise çözüme "yük" kavramını ekledi.
- 9-1970 yılında Cygnus X-1 tarafından kara delik olmaya aday ilk gök cismi tespit edildi. Bu bir nötron yıldızı idi ve X-ışını saçıyordu.
- 10-1994 yılında Hubble Teleskobu bazı yıldızların hızıyla ilgili veri toplarken, sadece süperkütleli kara deliklerin varlığıyla açıklanabilecek bazı galaksiler keşfetti.
- 11-2016 yılında ilk defa birbiriyle çarpışan kara delikler, kütleçekim dalgaları kullanılarak tespit edildi.
- 12-2019 yılında ise, M87 galaksisinin merkezinde bulunan, kütlesi Güneş'ten 6.5 milyar kat fazla olan bir karadeliğin görüntüsü, 8 ayrı radyo teleskoptan toplanan verilerle oluşturuldu. Kara delik, 16 ışık saati (120AU) genişliğinde.
Aslında bazı bilim insanları kara delik fikrinden hiç hoşlanmamıştı. Bunlardan birisi de Albert Einstein'dı. Çünkü ilk etapta bu devasa kütleli, uzay-zamanı sonsuz düzeyde büken cisimlerin nasıl oluştuğu bilinemiyordu. Ancak sonradan yapılan çalışmalar, kara deliklerin oluşum mekanizmalarını netleştirdi. Öncelikle teorik verilerden yola çıkarak geliştirilen kara delik fikri, sonrasında dolaylı gözlemlerle bol miktarda destekçi topladı ve astrofizik camiasında kısa sürede bir görüş birliği oluştu.
Öyle ki, kendi geliştirdiği denklemlerin karadelikleri teorik olarak doğruladığını gören Einstein, başta sevmediği fikri veri ışığında kabul etmek durumunda kaldı. Einstein'ın geliştirdiği Görelilik Teorisi'ne göre, çok miktarda cisim çok ufak bir noktada odaklandığında, uzay-zaman düzlemi aşırı miktarda bükülerek, hiçbir şeyin kaçamayacağı bir kapan haline geliyor. İşte buna "kara delik" adını veriyoruz.
Günümüzde halen karadeliklerle ilgili bilinmeyen çok fazla detay mevcut. Örneğin bir cisim karadeliklerin içine düştüğünde ne oluyor? Karadeliklerin Evren'in oluşumunda bir rolü olabilir mi? Bu sorular, astrofizik ve astronomi bilimleri tarafından halen araştırılan aktif çalışma sahalarıdır.
