Kara delikler neden var? Bu makale Hawking radyasyonunu, Einstein’ın genel görelilik teorisini ve malzemenin bir kara deliğe birikmesini tartışacaktır. Ayrıca bir kara deliğin kendi etrafındaki alanı nasıl değiştirdiğini de öğreneceksiniz. Bu sorular modern kozmolojinin temelidir. Sonunda, sadece onlara cevap verebilirsiniz. Ama onlara cevap vermeden önce, bildiklerimizi gözden geçirelim.
Hawking Radyasyonu
Kara deliklerin var olmasının nedeni Hawking radyasyonuysa, evren yok olma sürecindedir. Kara deliklerin enerjisini çalan ve böylece kütlelerini aşındıran bir fenomendir. Bu etki, evrendeki madde ve enerjinin yerçekimi tarafından yavaş yavaş yok edildiği kara delik ‘karartma’ olgusuna benzer. Ortaya çıkan kütle kaybı, kara deliğin kendisini evrenden “çıkarmasına” neden olur.
Bu modelde Hawking radyasyonu bilgiyi karıştırır, bu nedenle bir astronot bir kara deliğe atıldığında, gelen parçacıkların içindekiler hakkında hiçbir bilgisi yoktur. Aslında, bilgi o kadar karmaşık bir durumda olurdu ki, kurşunun mu yoksa astronotun mu geldiğini ayırt etmek imkansız olurdu. Ve kara delik kurtarılamaz olduğundan, süreç geri döndürülemez.
Kara deliğin kütlesi azaldıkça, sıcaklığını düşüren termal radyasyon yayar. Bir kara delik tarafından salınan enerji, kütlesiyle ters orantılıdır, bu nedenle daha yüksek bir kütle, daha küçük bir enerji salınımına neden olur. Teoride, bir kara deliğin termal enerjisi, sonunda en hafif kütleli parçacıkların durgun enerjisine yükselecektir. Ancak, bu teori daha sonra değiştirildi, bu nedenle Hawking’in hesaplamaları düzeltildi.
Geçmişte bazı bilim adamları kara deliklerin var olmadığını düşündüler. Ancak Hawking’in teorisi, kara deliklerin var olduğunu ve radyasyon yaydıklarını kanıtladı. Hawking radyasyonu, Hawking’in araştırmasının sonucuydu ve kara deliklerin var olduğuna dair tek kanıt bu değil. Hawking radyasyonu, kara deliklerin var olmasının ana nedenidir. Bu fikri bu kadar büyüleyici yapan birkaç neden var. Kara deliklerin varlığını inkar etmek zor ama birçok bilim insanı kendi sonuçlarına varıyor.
Hawking’in kara deliğin ortaya çıkışı teorisi, geleneksel yerçekimi teorisine meydan okuyor. “Görünür ufuk” kavramı, madde ve enerjinin kara deliklerden kaçmasına izin verir. Ancak bu bilginin kara delikten nasıl kaçtığını açıklamıyor. Hawking’in teorisi, madde ve enerjinin radyasyon olarak yeniden ortaya çıktığını açıklıyor ve bu yeni model, güvenlik duvarlarına ve ‘çitlere’ olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor.
Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı
Kara deliklerin var olup olmadığı net değildir. Einstein, yerçekiminin kendisine yakın nesneler üzerinde bir kuvvet uyguladığını belirten genel görelilik teorisinde bu kavramı tanıttı. Yakın zamana kadar bir teleskop ağı kara deliklerin varlığını ortaya çıkarmadı ve uzay-zamanı büken ve içlerine ışığı hapseden kütleyi ortaya çıkardı. Event Horizon Teleskobu, bir kara deliğin ilk görüntüsünü yayınladı.
Albert Einstein tarafından geliştirilen bir teori, genel göreliliğin evrenin her yerinde doğru olduğunu öngörür. Ancak teoriyi küçük ölçeklerde test etmek biraz zor. Yıllarca yerçekimi dalgalarını gözlemleme fikri kavrayışımızın ötesindeydi. Yerçekimi dalgalarını tespit etmenin ilk adımı, süper kütleli bir kara deliğin etrafındaki tam bir yörüngeyi gözlemlemekti – o kadar büyük bir olay ki, yıldızın etrafında dönmesi 16 yıl alacaktı.
Olay ufku, bir kara deliğe düşen bir yolcunun geri dönüşü olmayan noktasını gösteren uzay-zamandaki bir sınırdır. Uzaydaki diğer olayların aksine, ufuk, içinden geçen yolcular tarafından görülmez. Bunun nedeni, olay ufkunu çevreleyen uzay-zamanın oldukça kavisli olmasıdır, bu nedenle onun her iki tarafındaki uzay-zamandan farklı değildir.
Yerçekimi dalgalarının tespiti, genel görelilik teorisinin durgun olduğu anlamına gelmez ve yeni gözlem, yanıtladığı kadar çok soruya neden olur. Yerçekimi dalgalarının gözlemleri bize BH’leri daha iyi anlamamızı sağlayabilir. Dahası, bize GR’nin tahminlerini güçlü alan rejiminde test etme fırsatı bile sağlayabilir.
Einstein’ın genel görelilik teorisi ilk olarak 1915’te Berlin’de sunuldu. 1919’da bir güneş tutulması teoriyi aydınlattı. Olayın fotoğrafları, Einstein’ın büyük nesnelerin ışığı bükeceğini ve uzaktaki yıldızların amaçlanmadıkları yerlerde görünmesine neden olacağını tahmin ettiğini kanıtladı. Ayrıca yerçekimi dalgaları ilk kez 2015 yılında tespit edildi.
Malzemenin Bir Kara Deliğe Yığılması
Malzemenin süper kütleli bir kara deliğe yığılması, maddenin süper kütleli bir kara deliğin merkezine düşmesi işlemidir. Madde merkezi nesneye düştüğünde, yerçekimi onu çekmek için hareket eder ve malzemenin içe doğru dönmesine ve bir yığılma diski oluşturmasına neden olur. Bu disk katı değil, kara deliğin etrafında sürekli dönen kümeler ve düğümlerden oluşuyor.
Malzeme diski de çok güçlü yerçekimi alanlarına tabidir. Yoğun yerçekimi, maddeyi ışık hızına çok yakın yörüngelere çeker ve sürtünme, milyonlarca dereceye kadar ısınmasına neden olur. Bu aşırı ısı, diskte parlak bir X-ışını parıltısı üretir. Bununla birlikte, birikme sürecini tespit etmek son derece zordur ve bunu gözlemlemenin en yaygın yolu görüntülemedir.
Biriktirme sürecini görselleştirmenin bir yolu, malzemenin BH’den nasıl çıkarılacağına bakmaktır. İlk olarak, karadelikteki malzemenin etkin potansiyelini (etkin potansiyeli), büyüklüğünü r’ye göre çizerek hesaplıyoruz. Etkin potansiyel, malzemenin mesafeye bağlı özgül açısal momentumu olarak ifade edilebilir. Buna GR eğrisi denir ve (r)’deki r ile değişimi temsil eder. Küçük r için, eğri ve değerleri iyi bir uyum içindedir. Ancak r arttıkça, GR eğrisinden sapma büyür.
Maddenin bir kara deliğe girme sürecini görselleştirmenin başka bir yolu, nesneyi çevreleyen bir disk hayal etmektir. Tipik olarak malzeme, eşlik eden bir yıldızdan veya yıldızlararası ortamdan bir toplama diskine düşer. Diskin fiziksel durumu ve kimyasal bileşimi, toplayıcının fiziksel koşulları tarafından belirlenir. Bir diskteki maddenin yoğunluğu, maddenin bileşimine bağlıdır.
Uzaydan yapılan gözlemler, bir süper kütleli kara deliği çevreleyen bir birikim malzemesi diskinin olduğunu ortaya çıkardı. Kara deliği çevreleyen maddenin yoğunluğu, parçacıklar arasında çarpışmalara neden olur ve bu da ısının açığa çıkmasına neden olur. Bu ısı parçacıkların X-ışınları üretmesine neden olur. Diskten yayılan X-ışınları kara deliğin yerini saptamak için kullanışlıdır.
Bir Kara Deliğin Etrafındaki Uzayın Bükülmesi
Genel görelilik, kara delikler gibi büyük nesnelerin uzay-zamanı çarpıttığını tahmin ediyor. Yerçekimi alanları, büyük nesnelerin etrafındaki uzay-zamanı büker ve kendi ağırlıkları altında çökmelerine neden olur. Uzay-zaman bir kara deliğin etrafında kıvrıldığından, ışık içinden geçerken bükülüyormuş gibi görünür. Ancak, yerçekimi ışığı doğrudan bükmez. Bunun yerine, ışığın hareketinde aşırı bir bozulma yaratır. Etkiye “tekillik” denir.
Yerçekiminin ışığı nasıl çarpıttığını anlamak için, bir kara deliğin yeni bir görselleştirmesi, kütlesinin çevreleyen gazın yaydığı renkleri nasıl etkilediğini gösteriyor. Disk, parlak düğümler ve aydınlık ve karanlık madde şeritleri üreten, düşen madde birikimini simüle eder. Gaz, kara deliğin etrafında ışık hızına yakın bir hızla döner ve yığılma diskinin muazzam yerçekimi tarafından çarpıtılır.
Bir karadelikte ışığın hızı normal bir gaz bulutundan daha yüksektir. Bir nesne bir kara deliğe düşerse, kenarda zamanda donmuş gibi görünür. Aynı şey deliğe giren ışık için de geçerlidir. Bir kara delik, yerçekiminin aşırı bir şeklidir. Bir kara deliğin yerçekimi alanı o kadar yoğundur ki tüm galaksilerin çökmesine neden olabilir.
MAXI J1820+070’in patlaması sırasında gözlemlenen büyük optik modülasyonlar, toplama diskinin zaman içinde nasıl geliştiğini gösterir. Gelecekte, bu yeni bilgi, gökbilimcilerin kara deliğin çevresinin 3 boyutlu bir modelini oluşturmasına ve korona oluşumunun nasıl çalıştığı hakkında daha fazla bilgi edinmesine yardımcı olabilir. Bu, yeni bir çalışma alanı açacak ve kara delikler hakkında gelecekteki keşifleri bilgilendirecek.
Bir kara deliğin muazzam kütlesine rağmen, ışık onun etrafında kavisli bir yol izlemelidir. Ancak, fenomeni keşfeden gökbilimciler, bir kara deliğin arkasındaki ışığın bükülmesini incelemediler. Bunun yerine, kara deliğin yerçekimi tarafından ısıtılan bir elektron bölgesi olan kara deliğin “koronasını” inceliyorlardı. Bu fenomenin gerçek olduğuna ve uzay ve zamanın geleceği için önemli etkileri olduğuna inanıyorlar.