“Bu yüzyılın ilk otuz yılında insanın fizik ve gerçekliğin kendisine ilişkin görüşünü köklü olarak değiştiren üç teori ortaya çıktı.” diyor Stephen Hawking, Kara Delikler ve Bebek Evrenler kitabında. Bahsettiği bu üç teoriden ilki 1905’te yayınlanan özel görelilik teorisi, ikincisi 1915’te yayınlanan genel görelilik teorisi ve üçüncüsü ise ilk olarak 1920’lerde ortaya çıkan kuantum mekaniği teorisidir. Bu teorilerin ilki zamanın kişiye özel olduğunu savunur, zaman evrensel bir nicelik değildir; iki kişi durağansa zamanları örtüşür fakat hareket ederlerse zamanları örtüşmez. Teorilerin ikincisi bize evrenin maddeyle bükülebildiğini anlatır, uzay zamandaki büyük kütleli cisimler uzay zaman dokusunu bir çarşafın üzerine atılan ağır bir topun çarşafı büktüğü gibi büker. Üçüncü ve son teori ise maddenin çok küçük boyutlardaki davranışlarıyla ilgilenir ki bunlar büyüklerin dünyasındaki mekanik kurallarından farklıdır.

Einstein tarafından ortaya atılan genel görelilik teorisinin çözümlenmeleriyle ortaya yıldızların öldükten sonra kütlelerinin çok küçük bir hacme sıkıştığı sonucu çıkartılır. Madde öyle küçük bir hacme sıkışmıştır ki bu yoğunlukta bir cisimden matematiksel olarak ışık bile kaçamaz. Bu denklemler kara deliklerin varlığının ilk ortaya çıkışı değil, daha önce, 1780’lerde kara delik fikri ‘dark star’ adıyla astronom John Michell tarafından ortaya atılır. Ancak, belirli bir kanıtın veya denklemlerin olmaması bu fikri Einstein denklemlerine kadar geciktirir.

Kara delik fikrinin gelişmesini sağlayan birçok bilim insanından biri olan Hawking ve çalışma arkadaşları Werner Israel ile David Robinson, Jacop Bekenstein tarafından ortaya atılan önermeyi kanıtlamayı başarır. Bu önermeyi Hawking, Kara Delikler ve Bebek evrenler kitabında şöyle anlatır:

“Bir kara delik kütlesel çekim çökmesiyle yaratıldığında hızla yalnızca kütle, açısal moment ve elektrik yükü özellikleriyle tanımlanan durağan bir duruma geçer.”

Bu teorem, kütlenin çökmesiyle oluşacak bir bilgi kaybının olması sonucunu verir ve bazı hesaplamalar sonucunda kara deliğin entropisinin sonlu olduğu sonucuna kuantum teorisi çözümlemeleriyle varılır. Entropi, termodinamiğin ikinci yasasıdır ve bize bir sistemin düzenden kaosa sürüklenmeye eğilimli olduğunu anlatır. Bu bir tür paradoks oluşturur ve paradoksun çözümü olarak Hawking, bu ölü yıldızların bir tür ışıma yapması gerektiğini önerir. Daha sonra bu, matematiksel denklemlerle kanıtlanır. Buna Hawking Işıması adı verilir.

Bugün, yüksek derecede x ışını kaynağı olan kara deliklerin mevcut olduğuna dair gözlemsel olarak birçok kanıt mevcut ve bu kanıtların en önemlisi 10 Nisan 2019’da yayınlanan Olay Ufku Teleskobu’nun çektiği kara delik fotoğrafıdır. Olay Ufku Teleskobu dünyanın sekiz farklı yerindeki teleskobun aynı anda aynı yere bakmasıyla elde edilmiş sanal bir teleskop ağıdır. Bu kadar büyük bir teleskoba ihtiyaç duyulmasının sebebi ise fotoğrafı çekilecek cismin çok uzakta bulunmasıdır.

Dünya büyüklüğündeki bu teleskobun çalışma prensibi ise çok basit, fotoğrafı bir yapboz olarak düşünürsek, her teleskop yapbozun bir parçasını çekiyor ve dünya döndükçe farklı parçalar da fotoğrafa ekleniyor. Böylece, geriye sadece bu parçaları birleştirmek kalıyor.

Bunun içinse Katie Bouman’ın liderliğinde ortaya koyulan bir algoritma kullanıldı. Bilgisayara Einstein’ın teorileri öğretildi, çünkü fotoğraflar arasında en net ve kara deliğe en çok benzeyen fotoğrafların seçilmesi gerekiyordu. 2016’daki Ted konuşmasında Bouman şöyle diyor: “Kara deliğin ilk fotoğrafının alınmasında benim rolüm mümkün olan en makul fotoğrafı bulacak ve aynı zamanda teleskop ölçülerine uyduracak algoritmayı dizayn etmektir.”

Özetle, bu fotoğrafın ortaya çıkma sürecinde uluslararası düzeyde çalışan 200 bilim insanı, dünya büyüklüğünde bir teleskop ve verileri birleştirecek bir algoritma kullanıldı. Teorik olarak keşfedilmesinin üzerinden yıllar geçen kara deliklere ait nihayet doğrudan bir kanıt mevcut. Tarih boyunca bu konunun üzerinde çalışan yüzlerce bilim insanı, kara deliklerin varlığı konusunda haklıydı.

Peki bu fotoğrafa baktığımızda ne görüyoruz? M87’nin merkezindeki süper kütleli bir kara deliği. Bu kara deliğin ismi bilim insanlarınca Hawaii dilinde derin, süslü ve karanlık varlık anlamına gelen ‘powehi’ olarak tercih edildi. Siyah bir boşluk çevresinde dönen bir ışıma görüyoruz; Powehi, etrafındaki maddeyi yutarken bir tür ışıma gerçekleştirirken merkezi ise karanlık, çünkü oradan ışık bile kaçamıyor. Olay ufku denen bu karanlığa yeterince yaklaşan herhangi bir şeyin, deliğin çekiminden kaçabilmesi mümkün durmuyor.

Eğer kara deliğin etrafında böyle bir ışıma olmasaydı, bir kara deliğin fotoğrafını çekmek imkansız olacaktı. Işımadaki parlaklık değişimleri ise doppler olayıyla ilgili, yani bizden uzaklaşan ışıklar daha sönük, bize yaklaşanlar daha parlak görünüyor. Yönü neredeyse bize doğru olan diğer bir mavi ışıma ise manyetik bir ışıma. Bu, kara deliklerin parçacıkları kusması sonucunda oluşuyor ve buna jet ışımalar deniyor.

Görüntünün bu kadar bulanık olmasının sebebi kara deliğin çok uzakta olması. Bizden tam elli üç buçuk milyon ışık yılı uzaklıkta bulunuyor. Yani ona baktığımız zaman elli üç buçuk milyon yıl öncesini görüyoruz. Görüntünün bulanık olmasının diğer nedenleri ise, daha büyük teleskoplarımızın olmaması ve dünyadan daha büyük bir teleskop yapamayacak olmamız. Tabii kesin konuşmak mümkün değil; gezegenlere konumlandırılmış teleskoplarla güneş sisteminin bulunduğu alan büyüklüğünde bir teleskop ağı yapmak neden mümkün olmasın?

 

Güncelleme: Jet ışımaların, Hawking ışımalarına dair bir kanıt oluşturduğu hatası 19 Nisan 2019 tarihinde düzeltildi. Powehi, Hawking ışımasına dair soruları cevapsız bırakıyor.

Kaynaklar: RelastroTed TalkVeritasium

Share:

administrator

Şu an fizik öğrenimi gören ve kalan zamanlarında yazan, çizen, dans eden ve geleceğini inşa eden ortalama bir birey

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir