KARA DELİKLER

Kara delikler, modern teorik fiziğin ve astrofiziğin en heyecan verici ve ilginç çalışma alanlarından biridir. Kara delik, çekim alanı her türlü maddesel oluşumun ve ışınımın kendisinden kaçmasına izin vermeyecek derecede güçlü olan, kütlesi büyük bir kozmik cisimdir.

Bir kara deliği doğrudan gözlemlemek imkânsızdır. Bilindiği gibi bir nesnenin görülebilmesi için, kendisinden ışık çıkması veya kendisine gelen ışığı yansıtması gerekir; oysa kara delikler çok yakınından geçen ışıkları bile yutmaktadırlar. Bu sebeple kara delikler Einstein’ın genel görelilik kuramıyla tanımlanmışlardır. Doğrudan gözlemlenememekle birlikte, çeşitli dalga boylarını kullanan dolaylı gözlem teknikleri sayesinde keşfedilmişlerdir.

Kara deliklerin varlığı, çevresi üzerindeki çekim icraatinden, özellikle mikrokuasarlarda ve aktif galaksi çekirdeklerinde kara delik üzerine düşen yakınlardaki maddenin son derece ısınmış olmasından ve güçlü bir şekilde X ışını yaymasından anlaşılmaktadır. NASA teleskopları da X-ray ışınının ölçümünü yapmaktadır.

İlksel kara deliklerin evrenin ilk zamanlarında, Büyük Patlama’dan (Big Bang) hemen sonra, yıldızsal kara deliklerin ise; çok büyük kütleli bir yıldızın kendi merkezine doğru patlaması (çöküşü) sonucu oluştuğu düşünülmektedir. (Bu çöküş aynı zamanda bir süpernovaya ya da uzaya doğru patlayan yıldız patlamalarına sebep olmuştur.)

Süper kütleli kara delikler için ise; bilim insanları bu kara deliklerin içerisinde bulundukları galaksiler ile aynı anda oluştuklarını düşünmektedir. (Bu kara deliklerin büyüklüğü içerisinde bulundukları galaksinin kütlesine ve büyüklüğüne bağlıdır.)

Olay Ufku

Işık ve maddenin artık kaçamadığı bölgeyi sınırlayan kuşağa “olay ufku” adı verilir. 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.

Bir kara delik madde yuttukça olay ufkunu genişletir, olay ufku genişledikçe de daha güçlü çekim alanına sahip olur. Kara deliğin olay ufkunda teorik olarak zaman tümüyle durmaktadır. Kimi kara deliklerde iki olay ufku vardır.

ZAMAN AKIŞI

Kara deliklerin içinde zamanın ise yavaş aktığı tahmin edilmektedir.

Olay ufkunun sınırına yaklaşmış bir gözlemci, kara delikten yeterince uzaktaki bir gözlemciye kıyasla, zamanın farklı bir şekilde aktığının farkına varacaktır.

Kara delikten uzakta olan gözlemcinin diğerine düzenli aralıklarla (örneğin birer saniye arayla) ışık işaretleri yolladığını varsayalım: Kara deliğe yakın gözlemci bu işaretleri hem daha enerjetik (ışığın kara deliğe düşmek üzere yaklaştıkça “maviye kayma”sı sonucuyla bu ışık işaretlerinin frekansı daha yüksek olacaktır) hem de ardışık işaretlerin aralarındaki zaman aralığı daha kısalmış (birer saniyeden daha az) olarak alacaktır. Yakın gözlemci, uzaktakine oranla zamanın daha hızlı aktığı izleminde olacaktır. Uzaktaki gözlemci de aksine, diğerinde meydana gelen şeylerin gitgide daha yavaş seyrettiğini görecek, zamanın daha yavaş aktığı izleniminde olacaktır.

Uzaktaki bir gözlemcinin bir nesnenin kara deliğe doğru düşüşünü gözlemesi halinde, gözlemciye göre “çekimsel kızıla kayma” ve “zamanın genleşmesi” etkileri birleşecektir: Nesneden çıkan işaretler gitgide kızıl, gitgide sönük (uzak gözlemciye varmadan önce gitgide artan enerji kaybıyla çıkarılan ışık) ve gitgide aralıklı olacaktır.

Yani pratikte, gözlemciye varan ışık fotonlarının sayısı, gitgide hızla azalacaktır ve nesnenin kara deliğe gömülüp görünmez olmasının ardından tükenecektir. Nesnenin henüz olay ufku sınırında hareketsiz durduğunu gören uzaktaki gözlemcinin onun düşmesini engellemek üzere olay ufkuna yaklaşması boşuna olacaktır.

Kara delikten uzaktaki bir parçacık herhangi bir yönde hareket edebilir. O yalnız ışık hızıyla sınırlıdır.

Kara deliğe yaklaştıça uzayzaman onu deforme etmeye başlar.

Olay ufkunun içinde tüm yollar parçacığı kara deliğin merkezine sevk eder. Parçacık için kaçış olanaksızdır.

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 yansıyamaz. Kütle çekim kuyusu öylesine büyüktür ki, ışık karadeliğin ufkundan dışarı çıkamaz. Bu nedenle bir kara deliğe baktığınızda, gözünüze herhangi bir ışık ulaşmadığı için karadelik 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 kütle çekim kuyuları etrafında yıldızların tuhaf hareketler sergilediği tespit edilmiştir. Daha sonra, 2016 yılında kara deliklerin birbirine çarpması sonucunda oluşması gerektiği düşünülen kütle çekim 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.