Kategoriler
Bilim & İnsan

Kara delik | Oluşumu ve özelikleri

Kara delik, ışık dahil hiçbir şeyin kaçamayacağı son derece yoğun yerçekimine sahip kozmik nesnelerdir. Kara delik genellikle büyük bir yıldızın ölümünün ardından oluşuyor. Ömrünün sonuna yaklaşan bir yıldız çekirdeğindeki termonükleer yakıtları tükettiğinde çekirdeği kararsız hale gelir ve kütleçekimsel anlamda kendi içine çöker. Bu olay yıldızın dış katmanlarının uçup gitmesine neden olur. Her bir taraftan çekirdeğe düşen maddelerin ezici ağırlığı ölmekte olan yıldızı sıkıştırır; sıfır hacim ve sonsuz yoğunluk noktasına getirerek tekillik (singularity) denilen duruma sokar.

Kara deliğin yapısı

Kara delik o kadar yoğun bir nesnedir ki sahip olduğu yer çekimi, uzayda saniyede 300 milyon metre hızla yol alan bir ışığı dahi yakalar. Kara deliğe çok yaklaşan bir yıldız, gezegen, uzay aracı ya da diğer her şey, spagettifikasyon olarak bilinen süreçle sıkışıp macun gibi esner.

Albert Einstein, genel görelilik teorisinde kara deliğin yapısına dair ayrıntılar verir. Kara deliğin merkezi tekillikten oluşurken bunun önünde "yüzey" yani olay ufku (geri dönüşü olmayan sınır) bulunuyor. Olay ufku aşıldığında buradaki kaçış hızı (kara deliğin çekiminden kaçmak için gereken hız) ışık hızından yüksektir. Bu nedenle kara deliğe giren ışık huzmeleri dahi tekrar uzaya kaçamaz ve kara deliğin daima ışıksız, karanlık kalmasına neden olur. Alman gökbilimci Karl Schwarzschild'in 1916'da radyasyon (ışık) yaymayan çökmüş yıldız cisimlerinin varlığına dair öngörüsünün onuruna, olay ufkunun yarıçapına Schwarzschild yarıçapı denildi. Schwarzschild yarıçapının boyutu çökmekte olan yıldızın kütlesi ile orantılıdır. Buradan hareketle, Güneş'ten 10 kat daha yüksek kütleye sahip bir kara deliğin yarıçapının sadece 30 km olacağı bulunur.

Kara deliğin tarihi

Bir kara delik fikri ilk kez 1783'te İngiliz köy papazı olan John Michell (1724-1793) tarafından ortaya atıldı ve açıklandı. Zamanının en parlak ve özgün bilim adamlarından biri olmasına rağmen, John Michell bugün neredeyse hiç tanınmıyor. Bunun arkasında kendi çığır açan fikirlerini geliştirmek ve tanıtmakta çok az çaba göstermiş olması var. Michell, Cambridge Üniversitesi'nde okudu ve İbranice, Yunanca, matematik ve jeoloji dersleri verdi.

Kara deliğin oluşumu

Ömrünün son aşamalarına gelmiş olan devasa bir yıldız, süpernova olarak bilinen devasa bir patlama yaşar. Böyle bir patlama, yıldızın tüm maddesini uzaya fırlatır ancak yıldızın çekirdeği geride kalır. Yıldız canlıyken nükleer füzyona sahiptir. Bu işlem, yıldızın kütlesinden doğan içe doğru çekim kuvvetini dengeleyen dışa doğru itiş kuvveti sağlıyor. Bununla birlikte, ölen yıldızın süpernova kalıntılarında artık bu yer çekimine karşı koyacak bir kuvvet olmaz. Bu nedenle, yıldızın çekirdeği kendi içine çökmeye başlar.

İLGİLİ:  900 milyon yıl önce nötron yıldızını yutan kara deliğin sinyali alındı

Yıldızın kütlesi, sonsuz derecede küçük bir nokta haline çökerse ortaya kara delik çıkar. Tüm o kütleyi (Güneş'ten kat ve kat yüksek) böylesine küçük bir noktada bir araya getirmek kara deliğe muazzam bir çekim gücü veriyor. Sadece Samanyolu galaksimizde bu yıldız kütleli kara deliklerden binlercesi var.

Yalnızca en kütleli yıldızlar yani Güneş'in üç katı olanlar yaşamlarının sonunda kara deliğe dönüşür. Daha az kütleye sahip yıldızlar beyaz cüce veya nötron yıldızı gibi daha az oranda sıkıştırılmış nesneler halini alıyor.

Einstein'ın genel görelilik teorisinin öngördüğü süper kütleli kara deliklerin milyarlarca Güneş'e eşit kütleye sahip olduğu düşünülür. Bu kozmik devlerin çoğunun galaksinin merkezinde olduğu tahmin ediliyor. Samanyolu'nun merkezinde Sagittarius A* ("A yıldız" denilebilir) olarak bilinen ve Güneş'ten dört milyon kat daha büyük olan süper kütleli bir kara delik var.

Bir kara deliği gözlemlemek

Cygnus X-1 kara deliği bir yıldızı yutarken. Yıldızdan çektiği materyaller birikme diski denilen alanda toplanır ve son derece yüksek ısıdaki gazlar ışık yayar. Cygnus-X1 keşfedilen ilk kara delikti.
Cygnus X-1 kara deliği bir yıldızı yutarken. Yıldızdan çektiği materyaller birikim diski denilen alanda toplanır ve son derece yüksek ısıdaki gazlar ışık yayar. Cygnus-X1 keşfedilen ilk kara delikti. (NASA/CXC/M.Weiss/Wikimedia Commons)

Kara delikler hem küçük boyutları hem de ışık yaymadıkları için doğrudan gözlemlenemiyor. Bununla birlikte, yakınlarındaki maddelere uyguladıkları muazzam çekim gücü, görünmezlik pelerinlerini kaldırır ve kendilerini ele verir. Örneğin, ikili yıldız sisteminin üyesi bir kara deliğe, diğer komşu yıldızdan akan madde yoğun şekilde ısınır ve kara deliğin olay ufkuna girerek sonsuza kadar kaybolmadan önce uzaya bol miktarda X-ışını yayar. Cygnus X-1, ikili X-ışını sisteminin bileşen yıldızlarından olan böyle bir kara delik. 1971'de Kuğu takımyıldızında keşfedilen bu ikili yıldız, mavi bir süperdev ile görünmez bir yoldaştan oluşuyor. İkincisi Güneş'in kütlesinin 14,8 katıdır ve birbirinin etrafındaki dönüşü 5,6 günde tamamlarlar.

Her biri yıldızdan oluşmuyor

Bazı kara deliklerin yıldızdan oluşmadığı da fark edilmiştir. Gökbilimciler, bir araya toplanan büyük hacimde yıldızlararası gazın kuasarların ve galaksilerin merkezine gelip çökerek süper kütleli kara deliklere dönüşebildiğini keşfettiler. Kara deliğe hızla düşmekte olan böyle bir gaz kütlesinin, aynı miktarda kütle tarafından nükleer füzyon yoluyla salınan enerjiden 100 kat fazla enerji yaydığı tahmin ediliyor. Milyonlarca veya milyarlarca Güneş kütlesine denk yıldızlararası gazın, yerçekimi kuvveti altında büyük bir kara deliğe dönüşmesinin, kuasarlardaki ve bazı galaktik sistemlerdeki muazzam enerjinin kaynağını açıkladığına inanılır.

Bu tarzda bir süper kütleli kara delik olan Sagittarius (Yay) A*, Samanyolu Gökadası'nın merkezinde bulunuyor. Sagittarius A*'ın yörüngesinde dönen yıldızlara dair gözlemler, bu kara deliğin kütlesinin 4.000.000'dan fazla Güneş'e eşdeğer olduğunu gösterdi. Bu gözlemleri yapan Amerikalı gökbilimci Andrea Ghez ve Alman gökbilimci Reinhard Genzel 2020 Nobel Fizik Ödülü'nü aldılar. Diğer galaksilerde de süper kütleli kara delikler var. Event Horizon Teleskopu 2017'de M87 galaksisinin merkezindeki süper kütleli kara deliğin fotoğrafını çekti. Bu kara deliğin kütlesi altı buçuk milyar Güneş'e eşittir ancak sadece 38 milyar km genişliğindedir. Tarihte doğrudan görüntülenen ilk kara delikti. Samanyolu'na yakın galaksilerden NGC 3842 ve NGC 4889'un merkezinde bulunan ve aşırı yüksek hızlarda dönen gazın üzerindeki enerjik etkilerden, her biri 10 milyar Güneş'e denk kütleye sahip daha da büyük kara delikler olduğu anlaşıldı.

İLGİLİ:  Messier 59 Güneş'ten 270 milyon kat büyük bir kara deliğe sahip
Süper kütleli kara delik Sagittarius A*, Samanyolu galaksimizin merkezinde yer alıyor. NASA'nın Chandra X-Ray Gözlemevi uzay teleskobu ile çekilen bu görüntü, yakın tarihli bir X-ışını patlamasından gelen ışık ekolarını daire içine alınmış halde gösteriyor.
Süper kütleli kara delik Sagittarius A*, Samanyolu galaksimizin merkezinde yer alıyor. NASA'nın Chandra X-Ray Gözlemevi uzay teleskobu ile çekilen bu görüntü, yakın tarihli bir X-ışını patlamasından gelen ışık ekolarını daire içine alınmış halde gösteriyor. (NASA / Wikimedia Commons)

Yıldızdan oluşmayan bir başka tür kara deliğin varlığı İngiliz astrofizikçi Stephen Hawking tarafından önerildi. Hawking'in teorisine göre asteroide eşit veya daha küçük kütlede olan çok sayıda küçük antik kara delik var. Bunların büyük patlama sırasında yaratılmış oldukları düşünülüyor; yani 13,8 milyar yıl önce evrenin doğumunu başlattığına inanılan son derece yüksek sıcaklık ve yoğunluk döneminde. Bu mini kara delikler, tıpkı daha büyükleri gibi Hawking radyasyonu yoluyla zamanla kütlelerini kaybedip yok olur. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın amaçlarından biri de bu mini kara deliklerden üretmekti. Böyle bir başarı, evrene dair birçok teoride öngörülen dördüncü boyutun varlığını kanıtlayabilirdi.

Bazı yanılgılar

Popüler medyada sıklıkla tasvir edildiğinin aksine kara delikler uzayın elektrikli süpürgeleri değiller. Bir nesnenin kara deliğe düşmesi için ona oldukça yaklaşması gerek. Örneğin, Güneş'in yerine birdenbire benzer kütleli bir kara delik yerleşse Dünya bozulmadan yörüngesinde dönmeye devam ederdi. Kara delikler ayrıca ayakta beslenen oburlardır. Etraflarındaki yıldızları yudumlarken sık sık yer değiştirirler.

Kara deliğin kütleçekimsel ve manyetik gücü, içine giren gaz ve tozun aşırı derecede ısınmasına ve radyasyon (ışık) yaymasına neden oluyor. Bu parlayan maddelerin bir kısmı birikim diski adı verilen bir bölgede dönerek kara deliği sarar.

Kara deliğin içine düşmeye başlayan maddeler her zaman dönüşü olmayan bir yola girmiş olmuyor. Kara delik bazen güçlü bir radyasyon akışı başlatır ve içine düşen yıldız tozlarını saatte 32 milyon kilometre hızla aniden dışarı fırlatır. Bu esnada orada olan diğer nesneler de sonsuza kadar yok olmanın pençesinden kurtulmuş olur.

Kara deliğe dair sıkça sorulan sorular

  1. Kara delik nereye açılır?

    Kara delikler başka evrenlere açılan kapılar olabilir mi Bazı fizikçiler kuantum mekaniğini Genel Görelilik Teorisi ile birleştirmeye çalışır ve kara deliklerin aslında yoğunluğun sonsuz hale geldiği 'tekillik' içermeyebileceği sonucuna varırlar. Bu da kara deliklerin diğer evrenlere açılan kapı olma olasılığını ortaya çıkarır. 'Solucan delikleri' bu konuda asıl aday ancak Einstein'ın teorilerinde yer almasına rağmen, henüz hiçbir solucan deliği keşfedilmedi.

  2. Her galaksinin merkezinde kara delik var mı?

    Sarmal galaksiler (ve muhtemelen diğer tüm galaksi türleri) bir kara deliğe sahip. Ve evet, her sarmal galaksinin merkezinde devasa bir kara delik bulunuyor. Bu aşırı sıcak nesnelerin (aslında merkezleri soğuktur) yaydıkları x-ray ışınları teleskoplar tarafından tespit edilebiliyor. Ancak bu yerçekimi canavarlarının bulunduğu tek yer elbette burası değil. Bazıları diğer yıldızların arasındalar ve yıldız ışığına yaptıkları müdahale sonucu tespit ediliyorlar.

  3. Kara deliği ilk kim keşfetti?

    İsim ilk olarak 1967'de konulmuş olsa da ilk keşfi 1783'te John Michell adlı bir İngiliz din adamı ve amatör bilim adamı yapmıştır. Newton'ın yerçekimi yasasının bu tür nesnelerin var olabileceğini önerdiğini göstermiştir. Ancak Michell daha da ileri giderek, görünmez olmalarına rağmen, yörüngelerinde bir yıldız bulunursa kendilerini ortaya çıkaracaklarını da öne sürmüştür.

  4. Kara deliğin uzay ve zamana etkisi nedir?

    Bir kara deliğe yakınlaşırsanız mevcut yerçekimi kuvvetinin gücü sizin için zamanı giderek yavaşlatır ve uzayı büker. Ardından olay ufkuna ya da "dönüşü olmayan noktaya" doğru spirallenen uzay malzemesinin (yıldız, gaz, toz, gezegen) olduğu birikim diskine katılarak deliğe çekilmeye başlarsınız. Bu sınırı geçtiğinizde yerçekimi artık karşı konulamaz düzeydedir ve merkezdeki tekilliğe doğru indikçe süper oranda gerilerek "spagettleşir"siniz. Sonuç olarak, bilinen fizik kanunlarına meydan okuyan gizemli bir noktada sonsuza dek ortadan kaybolursunuz.

  5. Kara delik çeşitleri nedir?

    Yıldız, orta, süper kütleli ve minyatür şeklinde dört tür kara delik var. Orta büyüklükteki yıldız kütleli kara delikler en yaygın olanı. Ölmekte olan büyük bir yıldız yani süpernova, patladığında ve kalan çekirdek kendi yerçekiminin ağırlığıyla çöktüğünde oluşuyorlar. Merkezleri nihayetinde küçücük, sonsuz yoğun bir tekilliğe kadar sıkışır. Yani, evet, kara delik gerçek delik değil, aşırı yüksek yerçekimine sahip sıkıştırılmış maddelerdir.

  6. Evrende kaç adet kara delik var?

    Sadece Samanyolu galaksisinde yaklaşık 100 milyon yıldız kütleli kara deliğin olduğu düşünülüyor. Galaksinin merkezinde süper kütleli Sgr A* kara deliği bulunur. Evrendeki kara delikleri saymaya çalışmak ise çöldeki kum tanelerini saymak gibidir. Tek fark, bu çöllerden 100 milyar kadar olması ve aranan şeyin göze görünmemesidir.

  7. Keşfedilen en uzak kara delik hangisi?

    Keşfedilen en uzak kuasar ULAS J1342+0928 adını taşır ve içinde keşfedilen en uzak kara delik vardır. Dünya'dan 13,1 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunuyorlar ve Big Bang'den yaklaşık 750 milyon yıl sonra oluştular.

İLGİLİ:  Solucan deliğine dair merak edilenler

Yazar Berkay Alpkunt

Coğrafya ve astronomi üzerine geniş kapsamlı içerikler hazırlıyor. Diğer ilgi alanları canlı hayatı, bilim tarihi ve ülkeler olarak sıralanır. Aynı zamanda bağımsız video oyunlarına ilgilidir.