Kara delik nedir ? Kara delik nasıl oluşur? Kara deliğe düşen birine ne olur ? Kara delikten kaçış mümkün müdür ? Galaksimizde kara delik var mıdır ?
KARA DELİK NEDİR?
Bu zamana kadar kara deliği çok duymuşsunuzdur. Hakkında bir çoğunuzun fikri vardır veya yoktur. Kara delik evrende var olan bir madde, cisim, enerji veya sadece adından esinlenerek uzay boşluğunda duran kara bir delik midir?
Büyük kütleli bir yıldız yaşamının sonlarına geldiğinde süpernova evresi sonrasında karadeliğe dönüşebilir.
‘’Bilginin tahmin edildiği gibi kara deliğin içinde değil de sınırında, yani olay ufkunda saklandığını iddia ediyorum.’’ Stephen Hawking
Kara delik nasıl oluşuyor?
Güneş’in on katı kadar kütlesi olan bir yıldız düşünün. Yıldız yaşam süreci boyunca hidrojeni helyuma dönüştürerek merkezinden ısı üretecektir. Açığa çıkan enerji Güneş’in yarıçapının beş katı kadar yarıçapı olan bir cisim oluşmasına yol açarak, yıldızı kendi kütleçekimine karşı desteklemeye yeterli basınç yaratacaktır. Bu tür bir yıldızın yüzeyinden kaçış hızı yaklaşık olarak saniyede bin kilometre oluyor.
Yani yıldızın yüzeyinden saniyede bin kilometreden az bir hızla yukarıya doğru dik halde giden bir cisim yıldızın kütleçekim alanı tarafından geri çekilecek ve yüzeye dönecek, bundan büyük bir hızla yola çıkan cisimse sonsuzluğa kaçacaktır. Yıldız nükleer yakıtını bitirdiğinde, dışa doğru basıncı koruyacak hiçbir şey olmayacağından yıldız kendi kütleçekimi nedeniyle çökmeye başlayacaktır. Yıldız büzüştükçe yüzeydeki kütleçekim alanı güçlenecek ve kaçış hızı artacaktır.
Yarı çapı otuz kilometrenin altına inene kadar kaçış hızı saniyede 300.000 kilometreye, ışığın hızına kadar artmış olacaktır. O zamandan sonra yıldızdan yayılan herhangi bir ışık sonsuzluğa kaçamayacaktır. Kütleçekim alanı tarafından çekilecektir. Özel görelilik kuramına göre ışıktan hızlı hiçbir şey gidemez, eğer ışık kaçıp kurtulamazsa, başka hiçbir şey kaçıp kurtulamaz. Sonuç olarak bir karadelik olacaktır.
Eğer bir kara delik oluşturmak üzere çöken madde net bir elektrik yüküne sahipse, ortaya çıkan kara delikte aynı yükü taşıyacaktır. Kara deliğin sınırına olay ufku denir.
Kara delik ilk kez ne zaman konuşuldu ?
Kara delikleri tartışan ilk kişi 1783 yılında kara delik hakkında bir yazı yazmış olan Cambridge’ten John Michell adlı biriydi.
İlk kara delik gökbilimci John Wheeler tarafından 1971’de keşfedildi.
Gökbilimciler kara deliklerin farklı türleri de olduğunu öğrendi. Örneğin yıldızsal kara delikler, süper kütleli kara delikler ve orta kara delikler. Yıldızsal kara deliklerin evrenin her yanına yayıldığını ve uzayda hareket ettiği düşünülüyor. Süper kütleli kara delikler en büyük kara delikler ve galaksinin merkezinde bunlar bulunuyor. Orta kara deliklerin ise yıldızların çarpışmasıyla bir zincirleme tepkime içinde oluştuğu düşünülüyor.
Olay ufku nedir ?
Bir kara deliği gök cisimlerinden ayıran en önemli özelliği olay ufkunun oluşmasıdır. Olay ufkunun kara deliğin kütle merkezinden olan uzaklığı, kurtulma hızının ışık hızı olduğu küresel yüzeyin yarıçapı bulunarak hesaplanır. Bu yüzden, ışık hızındaki bir parçacığın kinetik enerjisi ile kütleçekiminden kaynaklanan potansiyel enerjinin mutlak değerleri eşit olmalıdır. İki değeri birbirine eşitlediğinde olay ufkunun kara deliğin kütle merkezinden uzaklığı
( Schwarzschild yarıçapı )
r=2gm/c^2
olarak bulunur.
Bu eşitlikte G kütleçekim sabiti, M karadeliğin kütlesi, c ise ışık hızıdır.
Olay ufkunun kara deliğin kütle merkezinden olan uzaklığını kullanarak olay ufkundaki kütleçekiminin şiddeti hesaplandığında ise
K=c^4/4GM
bulunur.
Bu sonuçlardan kara deliğin kütlesi arttıkça olay ufkunun yüzey alanının arttığı, olay ufkundaki kütleçekim şiddetinin ise azaldığı görülür.
‘’Bir şey olay ufkunu geçti mi, onunla ilgili tüm bilgiler kaybolur.’’ Dimitrios Psaltis
Olay ufku kara delikten kaçıp kurtulmayı başarmak üzere olup başaramayan, kenarda bekler durumda kalan ışık tarafından oluşturulur.
Kara delikten kaçış mümkün müdür?
1974’te Stephan Hawking bir çift atomaltı parçacığın eş zamanlı olarak ortaya çıkışı ve yine aynı biçimde kaybolması, çok iyi araştırılmış bir kuantum olgusudur. Hawking olay ufkunda da bunun olduğunu düşündü. Parçacıklardan birinin kurtulması olanaksızdı, diğeriyse kaçabilirdi. İki parçacık asla tekrar bir araya gelemezlerdi bu da kara deliğin enerjisinin yavaş yavaş dışarı vermesi anlamına geliyordu. Kara delik bu şekilde, parçacık çiftlerinin yarısının emisyonuyla zaman içerisinde ağır ağır buharlaşıyordu. Bu duruma Hawking Radyasyonu diyoruz.
Stephan Hawking olay ufkunda oluşan parçacıklardan biri kara deliğe düşüp diğeri dışarı kaçtıkça kara deliğin ağır ağır yok olacağını öne sürdü. Bu durum tümüyle kara deliğin kütlesine bağlı bir durumdur. Kuantum fiziğine göre bilgi ne yaratılabilir nede yok edilebilirdi. Bu duruma göre bilgi nereye gidiyordu. Bu da kuramcıları ‘’Kara delik Bilgi Paradoksu’’ problemine götürüyor.
Kara delik üzerinde uzun yıllardır çalışan Stephan Hawking ‘in bilgi paradoksuna getirdiği çözüm; bilgininin tahmin edildiği gibi kara deliğin içinde değil de sınırında, yani olay ufkunda saklandığını iddia etmiştir. Kara deliğe düşen üç boyutlu nesnelerle ilgili bilgiler, olay ufkunda iki boyutlu bir hologramdır. Kara delikten dışarı yayılan Hawking radyasyonu bu bilgiyi evrene iade ediyordu.
Nobel ödüllü fizikçi Gerard’t Hooft’un görüşü ; olay ufkunu aşan bir nesne, kendi kütleçekimsel alanında değişiklikler yaşıyor , Hawking radyasyonu da bu kütleçekimsel değişikliklerden etkileniyor ve gelen nesnenin ne olduğuyla ilgili bilgiyi dışarı taşıyor demiştir.
Kara delik ile ilgili bu teoriler kuantum fiziğine gelindiğinde takılma yaşıyor. Kuantum fiziğine göre bilgi yok edilemediği gibi çoğaltılamaz. Oysa kara deliğe düşen nesne kendi bilgisinin bir kopyasını içerecektir, diğer kopyası da olay ufkunda bir hologram olarak duracak ya da Hawking radyasyonuyla dışarı taşınacaktır. Stephan Hawking’in dışarıda kalan nesne ile ilgili teorisi de şöyledir:
Kara delikten çıkan şey, içine düşen ile farklı olacaktır. Yalnızca enerjileri aynı olacaktır. Kara delik dışarıya ışınım ve parçacıklar vererek kütle kaybedecek ve bu da kara deliğin küçülmesine ve parçacıkların daha hızlı dışarıya yollanmasına yol açacaktır. Kara delikle ilgili kuramlar bunlarla sınırlı değildir. Kuantum kütleçekimini tam olarak çözene kadar hangi kuramın haklı olduğunu bilemeyeceğiz.
Kara deliğin içine düşersek ne olur?
Eğer bir kara deliğin içine atlarsanız, parçalara ayrılır ve varlık olmaktan çıkarsınız. Vücudunuz bir spagetti gibi kara deliğin içinde uzar , başınız ve ayağınızdaki kütleçekim farkından dolayı parçalara ayrılır. Vücudunuzu oluşturan parçalar hayatta kalamazlar. Gerçek zamandaki tekillikleri sona erer.
Sizi dışarıdan gözlemleyen bir gözlemci olay ufkunda Hawking radyasyonuna maruz kaldığınızı görür ve uzaktaki gözlemci için siz çoktan yok olmuş olursunuz. Bu Hawking’in Holografik ilkesiyle alakalıdır. Yani iki boyutlu bir yüzeyde üç boyutlu bir cismin bilgisinin depolanmasına dayanıyor.
Stephen Hawking kara deliğin içerisinde bebek evrenlerin var olduğunu düşünüyor. Siz gerçek tekillikte yok oluyorsunuz. Parçacıkları bir sanal zamanda olduklarını hayal edersek sanal zamandaki tarihleri devam eder. Yani sanal zamanda bebek evrenlere geçerek bir başka kara delikten yayılan parçacılar olarak yeniden ortaya çıkarlar.
Kara deliğin ilk kez görüntülendi:
Bir kara deliği görüntülemek için devasa çapta teleskop lazımdır. 20 yıllık bir çalışma ile görüntü elde edildi. Dünyanın 13 ayrı noktasına yerleştirilen radyo teleskopları sayesinde kara deliğin ilk görüntüsü elde edildi. 20 yılın 15 yılı teleskopları farklı noktalara kurmak almıştır. Aslında elde etilen görüntü kara deliğin olay ufkuna aitti.
M87 galaksisinin merkezinde kara deliğe odaklanan bilim insanları; 2017 yılının Nisan ayında beş gece gözlem yapan ekip her gece 1 petabayt (1024 TB) veri kaydetti. Toplamda 5 petabaylık veri elde edilmişti. Bu kadar büyüklükte veriyi bir merkezde toplamak mümkün olmadığı için yarım tonluk hard disklerde kayıtlı olan veriler, kurye ile Massachussets Teknoloji Enstitüsündeki bir merkeze gönderildi bu da yaklaşık 6 ay sürmüştür.
Verilerin toplanması sonrasında neler oldu ?
Veri birleştirdikten sonra veri küçülerek 5 terabayt olmuştur. Süper bilgisayarlar kullanılarak veriler küçültülmüştür bu işlem kasım ayından ocak ayına kadar sürmüştür. Verilerin küçültme işleminde sonra veri analizi yapılmıştır. Her bir radyo teleskobundan alınan veriler sayesinde kara deliğin olay ufkunun görüntüsü elde edilmiştir.2018 yılının Ağustos ayında verilerin son kontrolleri yapılarak analizlerden emin olunduktan sonra 2019 yılının Nisan ayında tüm Dünya’ya duyurulmuştur.
Kara deliğin görüntüsünü elde etmede birçok bilim insanı çalıştı onlar arasında Prof.Dr. Feryal Özel’de vardı.
Galaksimizin merkezinde kara delik var mıdır?
Aslında her galaksinin merkezinde kara delik olduğu düşünülüyor. Prof.Dr. Feryal Özel, bugüne kadar gözlemledikleri tüm galaksilerin merkezinde kara delik olduğunu söylüyor. Bizim galaksimizde de kütlelerinin bildiği 35 tane kara delik olduğu biliniyor. Ayrıca 10 ile 30 güneş kütlesi olduğu düşündükleri yüz tane daha kara deliğin var olduğundan şüpheleniyorlar.
Galaksimizin merkezinden milyonlarca ışık yılı uzaklıkta olduğumuz için kara deliğin bizi yutup yok etmesinden korkmayalım. Muhtemel kara delikten önce biz kendi kendimizi yok ederiz.
Yukarıya Bakmaya Devam …
KAYNAKLAR:
Bilim ve Teknik Dergisi / sayı.580 /sayı.618 / sayı.626
Popular Science Türkiye / sayı.74 / sayı.82 / sayı.85
Stephen Hawking / Karadelikler ve Bebek Evrenler
