Astronomi

Kara Delikler Hakkında Aklınıza Gelebilecek 7 Soru Ve Cevapları

Medyada bir kaç haftada bir kara delikler hakkında yeni bir gelişmeden haberdar oluyoruz. Örneğin bu hafta son dokuz milyar yılın en hızlı büyüyen ve her saniye Dünya büyüklüğünde bir alanı yutan yeni bir dev kara deliğinin varlığını öğrendik. Bu haberleri okuduktan sonra ister istemez insanın aklına gözlerimiz ile görmesek de var olduklarını bildiğimiz bu gizemli canavarların ne olduğu hakkında sorular geliyor. İşte merak edilen bazı sorular ve cevapları!

1- Görmediğimiz Halde Var Olduklarını Nasıl Biliyoruz?

NGC 1068 galaksisi bu görselde x-ışınları ve görünür ışıkta gösterilmektedir. NASA’nın Nükleer Spektroskopik Teleskop Dizisi (NuSTAR) tarafından yakalanan yüksek enerjili x-ışınları hem NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu hem de Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması’ndan gelen görünür ışık görüntülerinin üzerine yerleştirildi. Bu X-ışınları gök adanın merkezindeki süper kütleli bir kara delikten gelmektedir.

Bildiğiniz gibi, gezegenler ve yıldızlar gibi devasa kütleler, uzay-zamanın dokusunu da bükebilir. Bir kuvvet olarak algıladığımız yerçekimi, uzay ve zamanın eğriliğinin bir sonucudur. Kara delikler, uzay-zamanın eğriliği aşırı olduğunda ortaya çıkar (örneğin, çok büyük bir yıldız çok küçük bir uzay bölgesini işgal etmek için çöktüğünde). O zaman yerçekimi o kadar güçlü olur ki, bölgeden hiçbir şey, hatta ışık bile kaçamaz.

Kara delikleri gerçekten görmek imkansızdır. Ancak onları tespit etmenin bir yolu uzay-zaman üzerindeki etkilerini gözlemlemektir. Bir havuzda hareket eden büyük bir nesnenin suda dalgalanmalar oluşturması gibi, kara delik gibi büyük bir nesne de uzay-zamanda hareket ederken dalgalanmalar yaratacaktır.  Yani onlar hakkındaki bilgiyi aslında etraflarında olup bitenleri inceleyerek elde ediyoruz.

2- Kara delikler nasıl oluşur?

Gök adanın merkezinde bulunan CID-947 adlı bu kara deliğin kütlesi Güneş’in kütlesinin yaklaşık 7 milyar katı kadardır.

Aslında birkaç farklı şekilde oluşur. Yıldız kütleli kara delikler, çok büyük yıldızlar yakıtlarını yakmayı bitirip kendi içlerine çöktüğünde oluşur. Bir gökcisminin iç basıncı kendi kütleçekimini yenemediği durumda yıldız çökmeye başlar. Eğer yıldızın kütlesi belirli bir değerin üzerindeyse çökmeyi durdurabilecek, bilinen bir mekanizma yoktur. Bu durumda yıldızın çökmesi karadelik oluşumuyla sonuçlanır. Gökadaların çoğunun merkezinde bulunan devasa kütleli karadelikler muhtemelen bu şekilde oluşmuştur.

Süper kütleli olanlar çoğu galaksinin merkezinde yaşar ve yıldızları tüketerek ve diğerleri ile birleşerek aşırı boyutlara kadar büyürler. Orta kütleli olanlar ise hala gizemlidir ve yalnızca birkaç şüpheli örnek keşfedilmiştir. Ancak gökbilimciler bunların sadece daha küçük ölçekte benzer bir büyüme süreciyle oluşabileceklerini düşünüyorlar.

3- Bilim insanları görülmeyen bir şeyin kütlesini nasıl hesaplar?

Bilim insanları Olay Ufku Teleskobu ile yapılan gözlemler sonucunda M87 gök adasındaki kara deliğin fotoğrafını elde etmeyi başarmışlardı. Bu görüntüde parlak halka yoğun kütle çekimi nedeniyle ışığın bükülmesi sonucunda oluşmakta

Bunun için aslında yörüngedeki malzemeyi incelerler. Bir yıldızın ve bir kara deliğin ortak ağırlık merkezlerinin etrafında döndüğü durumu düşünün. Kara deliği göremesek de yıldızı görebiliriz. Doğru gözlemlerle, yıldızın yörüngesinin boyutunun yanı sıra hızını da ölçebiliriz. Bunlar bir kez ölçüldüğünde, yerçekimi yasaları bize kütlesinin tam olarak ne olduğunu söyler.

Galaksilerin merkezlerindeki süper kütleli kara delikler genellikle bu yöntem kullanılarak ölçülür. Örneğin, Samanyolu galaksimizin merkezindeki kara deliğin kütlesi, etrafında dönen yıldızların hızları ölçülerek hesaplandı. Bu da bize kendisinin Güneşimizden üç milyon kat daha büyük olduğunu gösterdi. 

4- Bir kara deliğin tüm galaksiyi yutması mümkün müdür?

Hayır. Bunun hiçbir yolu yoktur. Sonuçta boyutu, bir galaksinin boyutuna kıyasla oldukça sınırlıdır. Gelecekte daha büyük kara delikler elbette ortaya çıkabilir. Ancak unutmayalım. Evren de aynı zamanda genişliyor. Yani bu çarpışmalar sonsuza kadar devam edemez. Dolayısıyla evreni yutacak kadar büyük bir tanesinin oluşması söz konusu olamaz.

Bu arada korkanlar için hatırlatalım. Güneşte bir gün karadeliğe dönüşmeyecek. Çünkü patlayacak kadar büyük değil. Bunun yerine Güneş, beyaz cüce adı verilen yoğun bir yıldız kalıntısı haline gelecektir. Ancak, dönüşse bile, bu gezegenlerin yörüngelerini etkilemeyecektir. Çünkü kütle çekimi Güneş’in kütle çekimiyle aynı olacaktır.

5- Bir kara deliğe düşerseniz ne olur?

Kesinlikle iyi olmaz! Kara delikler son derece yoğundur, kesinlikle hiçbir şey hatta ışık bile onların çekim kuvvetine karşı koyamaz. Işık ve maddenin artık kaçamayacağı sınır noktası olay ufku olarak bilinir. Olay ufkunun ötesinde, yerçekiminin uzay-zamanın kendisini sonsuz bir şekilde büktüğü tekillik adı verilen bir yer bulunur. Bu, bildiğimiz şekliyle fizik yasalarının çöktüğü yerdir, yani ötesinde olanlarla ilgili tüm teoriler sadece spekülasyondur.

Ancak bu elbette bilim insanlarının hayal etmesine engel değildir. Bir karadeliğe yaklaştıkça, ince uzun bir form alırsınız. Bu bilim insanlarının spagettifikasyon dediği bir süreç. Bir karadeliğin kütleçekim kuyusuna önce ayağınızı sokarsanız, bir noktada ayaklarınızdaki kütleçekim başınızdaki kütleçekimden çok daha güçlü olacaktır. Bu noktada kütleçekim tüm deriniz, iskeletiniz ve bağırsaklarınız uzun bir ip gibi görünene kadar sizi esnetecektir. Aynı şey, süper kütleli karadeliklere dalan yıldızların da başına geliyor. Görselde bir karadeliğin patlayan bir yıldızı bir spagetti yer gibi yuttuğunu görebilirsiniz.

6- Kara deliklerin gezegenimiz üzerinde herhangi bir etkisi var mı?

Büyük bir yıldız patladığında yıldızsal kara delikler geride kalır. Bu patlamalar, yaşam için gerekli olan karbon, nitrojen ve oksijen gibi elementleri uzaya dağıtır. Yıldız patlamalarından kaynaklanan şok dalgaları, yeni yıldızların ve yeni güneş sistemlerinin oluşumunu da tetikleyebilir. Yani aslında bir bakıma Dünya’daki varlığımızı bu patlamalara ve çarpışmalara borçluyuz.

Bu görüntü gök adamızın merkezini göstermektedir. Samanyolu gök adasının merkezi pek çok tuhaf cisme ev sahipliği yapar: Sagittarius A* adı verilen ve Güneş kütlesinin 4 milyar katı olan süper kütleli bir kara delik, sıcaklığı milyar derecelere ulaşan gaz bulutları, nötron yıldızları ve eş yıldızından madde koparan beyaz cüceler bu cisimlerden sadece birkaçını oluşturur. Sagittarius A*’nın çevresi Chandra verileriyle (yeşil ve mavi) ve Güney Afrika’daki MeerKAT teleskobundan alınan radyo verileriyle (kırmızı) bu görselde gösterilmektedir.

7- Kara delikler küçülebilir mi?

Evet. Bu gökcisimleri de diğer gökcisimleri gibi ışıma yaparlar ve bu süreç Hawking ışıması olarak adlandırılır. Hawking ışıması olarak adlandırılan süreç boş uzaydaki kuantum dalgalanmaları sonucunda madde-antimadde çiftlerinin oluşmasıyla başlar. Bazen olay ufkunun yakınında oluşan parçacıklardan biri karadelikten uzaklaşırken diğeriyse karadeliğin içine düşer. Bu süreç sonunda karadeliğin dışında kalan parçacık pozitif enerjiye sahip olduğu için karadeliğin enerjisi ve dolayısıyla kütlesi azalır.

Karadelik mekaniği yasalarıyla termodinamik yasaları arasında çok büyük benzerlikler vardır. Bu benzerlikleri kullanarak karadeliklerin sıcaklığını olay ufkundaki kütleçekim alanı ile ilişkilendirmek mümkündür. Bir karadeliğin olay ufkunun yarıçapı karadeliğin kütlesiyle doğru orantılı olarak artarken olay ufkundaki kütleçekim alanının büyüklüğüyse karadeliğin kütlesiyle ters orantılı olarak azalır. Dolayısıyla kütlesi küçük olan karadelikler daha sıcaktır ve daha fazla ışıma yaparlar. Bu durum bir karadelik ışıma yaparak kütle kaybettikçe sıcaklığının artacağı ve daha hızlı kütle kaybetmeye başlayacağı anlamına da gelir.



Kaynaklar ve ileri okumalar:


Dip Not:

Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.
Başa dön tuşu