Olay Ufku ve Bir Fotoğraf

Olay Ufku ve Bir Fotoğraf

Nisan 11, 2019 0 Yazar: Tuğba YELİZ

10 Nisan 2019 tarihinde bilim insanları, bir kara deliğe ait olay ufkunun fotoğrafını çektiklerini duyurdular. Bu konuda kafası karışan insanlar oldu. “Hani bir kara deliği göremiyorduk? Nasıl fotoğrafını çektik?” gibi sorular sizin de aklınızda dolanıyorsa, bu yazımız tam size göre demektir.

 

KARA DELİK NEDİR?

Evrende belirli bir kütleye sahip tüm cisimler bir çekim alanı oluşturur. Bu nedenle bu cisimlerden uzaklaşabilmeniz için, cismin kütlesine bağlı olarak değişen bir hıza sahip olmanız gerekir. Örneğin Dünya üzerinden, gezegene geri düşmeden ya da gezegenin yörüngesine oturmadan uzaya  gidebilmek için, saniyede yaklaşık 11,2 km hızla hareket etmeniz gerekir. Bu sayı Güneş için saniyede yaklaşık 617 km’dir.

 

Bir kara delik ise, yüzeyinden kurtulabilmek için ışığın hızından daha yüksek bir hıza sahip olmanız gereken bir cisimdir. Bu nedenle bir kara deliğin çok yakınından geçip onun tarafından “yutulan” ışık bile kara delikten kaçamaz. Bu yüzden kara delikleri göremeyiz, çünkü onlar ışık yaymaz.

 

Özetle kara delik, uzay – zaman dokusunu, bilinen evrendeki en hızlı “şey” olan ışığın bile kendisinden kaçamayacağı kadar büken cisimdir.

 

Bir sanatçı tarafından yapılan temsili kara delik resmi (https://cdn.cnn.com/cnnnext/dam/assets/160826012942-black-hole-breakthrough-lee-pkg-00002217-exlarge-169.jpg)

 

KARA DELİKLER NASIL OLUŞUR?

Normal kütleye sahip kara delikler, büyük kütleli yıldızların evrimsel sürecini tamamladıktan sonra süpernova olarak patlaması sonucunda oluşur. Bunun dışında, gözlenmemiş olan, yani teorik mikro kara delikler ile süper kütleli kara deliklerden söz edebiliriz. Bu iki türün de daha çok evrenin oluşum aşaması sırasında oluştuğu düşünülmektedir. Henüz bir mikro kara delik gözleyememiş olsak da, elimizde bolca süper kütleli kara delik, gözlemsel olarak mevcut.

 

IŞIK YAYMIYORLARSA NASIL GÖZLEMLİYORUZ?

Aslında burada gözlemden ya da görmekten kastımız, kara deliğin kendisinden ziyade, etrafında olup bitenler. Bir kara delik, kendisine yeterli miktarda yaklaşan herhangi bir cismin yapısını bozar. Bu bozulmaya cismin yörünge hızından, yaptığı ışımaya kadar birçok kanıt bulunabilir. Samanyolu Galaksisi merkezindeki kara deliğin varlığı da, etrafında ona yakın olan yıldızların yörünge hız ve dönemleri üzerinden kanıtlanmıştır.

 

Bir sanatçının, kara delik etrafındaki S2 yıldızının yörüngesine ait çizim (https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/csz/news/800/2018/1-firstsuccess.jpg)

 

KARA DELİKLER NEREDE BULUNUR?

Yıldız kalıntısı olan kara deliklere galaksinin her yerinde rastlayabiliriz. Fakat süper kütleli olanlar genellikle galaksilerin merkezlerinde bulunurlar. Mikro olanlar ise, daha önce de dediğimiz gibi, henüz gözlemsel olarak kanıtlanmış değil.

 

HER YERDE BULUNABİLİYORSA, NEDEN BİZİ DE İÇİNE ÇEKMİYOR?

Çünkü bir kara deliğin çekim kuvveti sınırsız değildir. Örneğin Güneş’in bulunduğu yere aynı kütlede bir kara delik koyarsanız, Güneş Sistemi’nde hiçbir şey değişmeyecektir. Yani kara deliklerin yakınlarındaki maddeyi kendi bünyelerine katabilmeleri, Schwarzschild yarıçapı, olay ufku gibi özelliklerine, yani dolayısıyla kütlelerine bağlıdır.

 

SCHWARZSCHILD YARIÇAPI ve OLAY UFKU NEDİR?

Her cisim, yeterince sıkıştırılabildiğinde bir kara delik oluşturur. Bunu belirleyen yarıçapa Shwarzschild yarıçapı denir. Yani Schwarzschild yarıçapı, her cisim için farklıdır. Örneğin Güneş’i, yarıçapı yaklaşık 3 km olacak kadar sıkıştırabilseydiniz, bir kara delik elde ederdiniz. Dünya içinse bu yarıçap yaklaşık 9 mm’dir. Bu durumda Güneş’in Schwarzschild yarıçapı yaklaşık 3 km iken, Yer için Schwarzschild yarıçapı yaklaşık 9 mm’dir. Özetle Schwarzschild yarıçapı, kütleyle ilişkilidir.

 

Olay ufku ise, maddenin içerisine düştüğü anda geri çıkması imkansız olan sınırdır. Burada şöyle düşünebilirsiniz: Schwarzschild yarıçapı, cismin yarıçapı iken, olay ufku cismin bir bakıma yüzeyidir.

 

OLAY UFKUNDA NELER OLUYOR? FOTOĞRAFINI ÇEKEBİLMEMİZİN NEDENİ NE?

Olay ufkunda olanları kısaca anlatalım.

 

Kara deliğe çeşitli taraflarından yaklaşan gaz ve toz bulutları (moleküler bulut, yıldız ya da her neyse…), normalde farklı hızlarda olduklarından kara deliğe en yakın geçişleri sırasında birbirleriyle çarpışmaları sonucunda bir miktar kinetik enerji kaybederler. Bu, maddelerin yavaşlamasına
ve ısı enerjisine dönüşen kinetik enerji nedeniyle ısınmasına neden olur. Yavaşlayan bu maddeler, kara delik etrafında bir yörüngeye otururlar. Bu esnada çarpışmalar devam ettikçe yörüngeler de daireselleşmeye başlar.

 

Bu durumun sonunda diferansiyel dönme dediğimiz olay ortaya çıkar. Yani burada oluşan ve adına bir süre sonra yığılma diski diyeceğimiz kadar biriken maddenin iç kısımları, kara delik etrafında daha hızlı dolanırken, diskin dış kısmındaki madde daha yavaş hareket eder. Bu nedenle aralarında bir sürtünme oluşur ve madde sürtünme nedeniyle yavaşlamaya devam eder. Maddenin yörüngesi daha da küçülür, yani madde kara deliğe gittikçe daha fazla yaklaşır.

 

Interstellar filmindeki meşhur Gargantua (https://vignette.wikia.nocookie.net/interstellarfilm/images/9/9b/Black_hole.png/revision/latest?cb=20150322005003)

 

Burada sürekli daralan yörüngeler, kinetik enerji kayıpları, sıcaklık artışı gibi durumlar nedeniyle, korunması gereken toplam açısan momentum, yığılma diskine yeniden dağılır. Bu dağılımın sonucu, maddenin spiral bir hareket yapmaya başlaması, gittikçe daralan yörünge nedeniyle de kara deliğe
doğru düşüşünün hızlanmasıdır. Spiralleşme hareketinin bir anda kesildiği ve kara deliğe düşüşün başladığı bu noktaya olay ufku denir.

 

Olay ufkunda, sürekli artan sıcaklık nedeniyle, yığılma diskindeki madde ışıma yapmaya başlar. İşte bizim fotoğrafını çekebildiğimiz şey kara deliğin kendisi değil, etrafındaki maddeden kaynaklanan ışıma, yani olay ufkudur. Bu ışıma görsel bölgeden ziyade radyo bölge, x-ışın
bölgesi gibi, elektromanyetik tayfın farklı dalga boylarında gerçekleşir. Event Horizon Telescope (Olay Ufku Teleskobu) ile yapılan çalışmada bazılarımızın evinde de bulunan optik teleskoplar yerine, radyo teleskopların kullanılmasının nedeni de budur.

 

EVENT HORIZON TELESCOPE NEDİR?

Yukarıda bahsettiğim gibi, radyo teleskoplardan oluşan bir ağdır bu. Ağdan kastımız, tek bir ülkedeki tek bir teleskopla değil, dünyanın çeşitli yerlerindeki birkaç teleskopla birden, aynı zamanda yapılan gözlemlerden gelen verilerin birleştirilmesidir. Araştırma projesinin bir hedefi Samanyolu Galaksisi’nin merkezindeki Sagittarius A* adlı kara deliğin fotoğrafını çekmek iken, bir diğeri yakınlarda sayılabilecek M87 adlı galaksinin merkezindeki kara deliğin fotoğrafını çekmektir.

 

Event Horizon Telescope (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/eb/The_Event_Horizon_Telescope_and_Global_mm-VLBI_Array_on_the_Earth.jpg)

 

Dün kamuoyuyla paylaşılan fotoğraf, M87’deki kara deliğe ait. Yani proje henüz tamamlanmadı ve galaksimizin merkezi için de bir çalışma yapılması düşünülüyor.

 

GEÇMİŞE Mİ BAKIYORUZ?

Aldığımız görüntüye ait ışık, yaklaşık 55 milyon ışık yılı uzaklıktan gelmekte. Yani ışık bu kara deliğin etrafındaki yığılma diskinden çıkıp bize doğru gelmeye başladığından bu yana 55 milyon yıl geçti. Bu da bizi birer zaman yolcusu yapıyor bir anlamda. Evet, bu kara deliğin geçmişine bakıyoruz. Ancak söz konusu olan şey bir kara delik olduğunda “şimdiye dek belki de yok olmuştur” demek biraz zor. Zira hemen hemen Güneş kütlesi kadar bir kütleye sahip görece “küçük” bir kara delik için bile, Hawking Işınımı ile “buharlaşma” süresi, yaklaşık olarak 10 üzeri 67 yıl. Bu süre evrenimizin yaşam süresinden bile kat kat fazla. Yani fotoğrafını gördüğümüz kara delik hâlâ orada.

NE İŞİMİZE YARAYACAK?

Çoğunuzun bildiği gibi evrenin başlangıcına ilişkin en çok kabul gören teori Büyük Patlama. Ancak bu konuda tamamen sıfır noktasına kadar geriye giderek orada neler olduğunu henüz bilemiyoruz. Dolayısıyla, Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra oluşmuş olabileceğine ilişkin görüşler
nedeniyle bu devasa kara delikler, evreni anlamamıza yardımcı olabilir. Tabi bu arada kara deliklere ilişkin bilgilerimizi arttırmak, onlar hakkındaki bilgilerimizden ve hesaplamalarımızdan yola çıkarak yaptığımız modellemeleri doğrulamak gibi avantajlarımız da olacak.

 

Son olarak, görelilik bir kez daha test edilip doğrulanmış oldu.