Görülemeyen Yıldızlar: Kara Delikler
Evrenin en gizemli gök cisimleri…
Yakınlarındaki her şeyi yutuyorlar. Dev yıldızları bile…
Hiçbir şey onların çekiminden kaçamıyor…
Kapkaranlıklar…
Çünkü ışığı bile yutuyorlar…
Muazzam büyüklükte bir çekim kuvvetine sahip olan Karadeliklerden bahsediyoruz. Böylesine ilginç özelliği olan bir gökyüzü cisminden bahsedince insanın aklına ister istemez karadeliklerin nasıl oluştuğu sorusu geliyor.
Uzaydaki Karanlık Girdaplar Nasıl Oluşuyor?
Enerjisi biten büyük kütleli yıldızların yaşamlarının son döneminde yaşadıkları şiddetli patlamaya ‘süpernova patlaması’ denir. Süpernova olarak patlayan bir yıldız, kütlesinin %95’ini uzaya fırlatır, geride kalanlar ise büzülür. Yüzeyleri parlak beyaz bir renk alır ve sıcak hallerini korurlar. Böyle büzülmüş ve çökmüş bir yıldız uzaktan sönük görülür ve bunlara ‘beyaz cüce’ denir. Bir yıldız beyaz cüce haline büzülürken, eğer kütlesi ortalama Güneş kütlesi (1,989×1030 kg) kadar ise, ufak bir patlama ile dış bölgesindeki maddeyi gaz bulutları şeklinde uzaya fırlatır.
Beyaz cüce halindeki bir yıldız büzülme evresinde şiddetle patlayabilir. Böyle bir yıldızın atomlarındaki elektronlar üzerlerindeki basınca dayanamaz, elektronlar protonlarla birleşir ve nötronları oluşturur. Böylece yıldızda nötrondan başka bir şey kalmaz.
Yıldızdaki nötronlar birbirlerine dokununcaya kadar sıkışır. Bu aşamada yıldız bir asteroid (uzaydaki kaya parçaları) boyutunda olmasına karşın kütlesi 10 güneş kütlesi kadar olabilir. Astronomlar böyle içine çökerek oluşan yıldızları “nötron yıldızları” olarak isimlendirmektedirler.
Eğer yıldızın büzülen kütlesi çok büyükse mesela 30 Güneş kütlesi kadar ise, yıldızın içindeki nötronlar da çekim gücüne dayanamaz ve daha da sıkışır. Buradaki çekim gücü o kadar yüksektir ki, yıldız kendi içine kapanarak gittikçe hacmi küçülür.
Uzayda kendi ekseni etrafında dönen çekim gücü çok büyük kimi kozmik cisimler, yakın çevrelerindeki hem uzayı hem de zamanı bükerler. Bilim adamları bu olayı “Lense-Thirring etkisi” olarak isimlendirirler.
Kütlesi çok büyük olan yıldızlar yakın çevrelerindeki uzayı, bir çarşaf yüzeyine bırakılan ağır bir gülle gibi büküp büzüştürürler. Karadeliklerde bu olgu o kadar şiddetlidir ki, uzay çöke çöke adeta dipsiz bir kuyu haline gelir. Uzay yırtılır ve delinir. Evreni esnek bir kumaş gibi düşünürsek kumaş üzerine bırakılacak tonlarca ağırlıktaki bir demir bilye, kumaşı bir külah gibi çukurlaştıracak hatta delecektir. Karadelikler de, evreni tıpkı bu demir bilye gibi çukurlaştırır hatta deler.
Kara deliğin bu çukurlaştırma etkisi; yani büyüklüğü tamamen kara deliği oluşturan yıldızın kütlesi ile ilgilidir. Örneğin Güneş’imiz yarıçapı yaklaşık üç kilometre olan bir küre içine (yani ebatlarının dört milyonda biri kadar bir hacme) sıkıştırılmış olsaydı, bir kara delik haline gelirdi. Hatta Güneş’imizi 1cm³ hacmine sıkıştırabilseydik, bu kez 1cm³’lük bir karadelik yapmış olurduk. Fakat bu durumda sistemimizdeki gezegenlerin yörünge hareketlerinde bir değişiklik olmayacaktı; yani Güneş Sistemi’mizdeki gezegenler bu 1cm³’lük kara deliğin Güneş’inkine eş çekim kuvvetinde, yörüngelerinde dönmeye devam edeceklerdi. Buradan da anlaşılmaktadır ki bir karadeliğin uzay –zamanı bükme özelliği ya da çevresindeki gök cisimleri yutma kapasitesi büyüklüğü ile orantılıdır.
Burada “yakınımızdaki bir yıldızın kara deliğe dönüşüp dünyamızı yutabilir mi?” gibi bir soruş aklınıza gelebilir. Dünyamız Allah’ın dilemesiyle böyle bir tehlikeden uzak olarak yaratılmıştır. Bize Güneş dışında bize en yakın yıldızın bile bir hayli uzakta ve küçük olması nedeniyle olası bir yutma olayı mümkün görünmemektedir.
Uzaydaki karadelikler o kadar güçlü bir çekim alanına sahiptir ki yakın çevrelerinde ne varsa hortum gibi emip yutarlar. Bu çekim alanından ışık bile kurtulamaz. Kendinden yayılan ışığı bile kendi içine çekip soğurduğu için dışarıdan görünmezler. Onlara bakabilseydiniz göreceğiniz çevresindeki her şeyi içine çeken kapkara bir boşluk olurdu. Bu nedenle bugün bilim adamları bu kozmik girdapları ‘karadelik’ ismini vermektedirler.
Işık Bile Onlardan Kaçamıyorsa Kara Delikler Nasıl Tespit Ediliyorlar?
Gökada’mızda yıldızlar çoğunlukla çift halinde bulunurlar ve birbirlerinin çevresinde dönerler. Bu çift halindeki yıldızlardan biri karadelik ise, diğer yıldızdan karadeliğe madde akışı gerçekleşir. Karadeliğin çok yakınında kütle çekim kuvveti çok büyük olduğundan çevresinde dönen maddenin enerjisi çok fazla olur ve bu enerji, sürtünmeyle ısıya dönüşerek ışımaya başlar. Sıcaklık milyar dereceye çıktığında ışıma X-ışınları seli olarak ortaya çıkar. Buna ölmekte olan bir maddenin çığlığı da denebilir.
Aslında bir kara deliği tespit edip tanımlamak sanıldığı kadar karmaşık bir olay değildir. Çünkü kara delikler çok az sayıdaki parametrelerle tanımlanabilirler. Bu onların şaşırtıcı özelliklerinden bir tanesidir. Bir kara deliği yaşadığımız evrende tanımlayabilmek için yalnızca üç parametre yeterlidir. Bu parametreler: Kütle, elektriksel yük ve açısal momentumdur. 1967’den beri kara delikler yalnızca bu üç parametreyle tanımlanırlar.[1]
Kara deliklerin tüm diğer parametreleri (boyu, biçimi vs.) bunlarla belirlenir. Oysa uzayda bir gezegeni, tanımlayabilmek için ona ait kimyasal bileşim, elementlerin farklılaşması, taşınım, atmosfer gibi yüzlerce parametrenin bilinmesi gereklidir. Bu bizlere üzerinde yaşadığımız gezegenin ne kadar özel olduğuna işaret etmektedir. Çünkü yaşamın varlığının devam etmesi hep bu parametlerin belli birer değerde olması ile mümkün olmaktadır. Bir parametredeki sapma canlılığın yok olması anlamına gelmektedir.
Kara delik içeren bir cismin ilk gözlemi, 1971’de Uhuru uydusu tarafından yapıldı. Uydu Kuğu takımyıldızının en parlak yıldızı olan Cygnus X-1 çift yıldızında bir X ışınları kaynağı olduğunu saptamıştı.[3]
En büyük karadeliklerin galaksilerin merkezlerinde bulunduğu tespit edilmiştir. Buralardaki kara delikler birkaç milyarlık “güneş kütlesi”ne kadar çıkabilen devasa bir kütleye sahip olabilirler ve bu durumda “dev kara delik” (veya galaktik kara delik) adını alırlar.[4]
Galaksilerin merkezlerinde dev kara delikler bulunsa da bu galaksi ne kadar büyük olursa merkezdeki kara deliğin de o kadar büyük olacağı anlamına gelmemektedir. Gökbilimcilerin bugüne dek görülen en büyük ikinci kara delik bunun açık bir delilidir:
NGC 1277 galaksisi, bizim içinde bulunduğumuz Samanyolu’nun dörtte biri boyutlarında. Ancak Samanyolu’nun merkezindeki deliğin tam 4 bin katı boyutunda bir kara deliği var. Bu deliğin kütlesi, Güneş’inkinin yaklaşık 17 milyar katı.[5]
Normalde karadeliklerin bulundukları galaksilerin yoğunluğunun binde birini kapsadıkları bilinirken, yeni keşfedilen dev kara delik NGC 1277’nin yoğunluğunun yüzde 14’ünü oluşturuyor.[6]
Dev karadeliğin genişliği, Neptün’ün Güneş’in etrafındaki yörünge hareketinde dolandığı alanın neredeyse 11 katı. Bu oldukça şaşırtıcı bir büyüklük o kadar ki keşfi yapan araştırma ekibi kara deliğin yoğunluğunu yanlış tespit ettiklerini düşünüp araştırmanın sonuçlarının doğruluğunu teyit etmek için bir yıl süren değerlendirmeler yaptı.[7]
Kara deliklerin Olay Ufku ve Amansız Çekim Kuvveti
Karadeliklerin huni ağzını andıran çevresinde ‘olay ufku’ (event horizon) denilen güçlü bir çekim alanı vardır. Olay ufku bölgesine düşen her şey içeri alınır. Yani olay ufku sınırlarına giren bir cisim için artık geriye dönüş yoktur.[8]
Olay ufkunun etki alanı karadeliğin kütlesi ile orantılı olarak artar. Karadeliğin kütlesi ne kadar büyükse olay ufkunun yüzey alanı da o kadar geniş olur. Sözgelimi Kütlesi Güneş‘in kütlesine eşit olan bir kara deliğin yarıçapı yalnızca yaklaşık 3 km’dir. Kütlesi 10 güneş kütlesi olan bir yıldız ise içe çöküp kara delik haline geldiğinde çapı 60 km. olan bir olay ufkuna sahip olur. Bir kara delik madde yuttukça olay ufkunu genişletir, olay ufku genişledikçe de daha güçlü çekim alanına sahip olur.
Olay ufkunun tam merkezinde, karadeliğin bütün maddesinin toplandığı, sonsuz yoğunlukta olan noktaya ‘tekillik’ (singularity) adı verilir.
Tekillik noktası karadeliğin en etkili bölgesidir. Tekillik noktasında çekim sonsuza yaklaşır. Bilim adamlarının hesaplamalarına göre, yoğunluk değeri 1094 gr/cm3 olarak biliniyor. Suyun yoğunluğunun 1, demirin ise 7 olduğu düşünülürse, bu değer matematiksel olarak sonsuz kabul edilir. Bu durumda karadelik, uzay-zaman (evren) ortamında sonsuz derinlikteki bir kuyu veya huni şeklindedir.
Bugün bir kara deliğin merkezinde (tekillikte) tam olarak ne olup bittiği, burada hangi fizik kurallarının nasıl işlediğini bilinmemektedir. Buna karşılık, uygulanan çeşitli dolaylı yöntemler sayesinde, yakın çevresinde hüküm süren fiziksel koşullar ve çevresi üzerindeki etkisi mükemmel biçimde tanımlanabilmektedir.
Bilim adamaları karadeliğin tekilliğinde madde gibi zaman da son bulmaktadır. Yani zaman durmaktadır. Zamanın durduğu bu yerde ise fizik yasaları da geçerliliğini yitirmektedir.
Bir karadeliğin etrafına bıraktığı çekim dalgaları çevresindeki her şeyi yakalayıp içine alır ve gittikçe büyür. Büyüdükçe çekim alanı artar ve çevresindeki diğer karadelikleri, yıldızları, gezegenleri hatta galaksileri bile yutar. Bu şu anlama gelmektedir: Evrenin, en sonunda tek başına kalmış dev bir karadelik tarafından yutularak yok olması teknik olarak mümkündür.
Galaksimizin Merkezindeki Kara Delik ve Güneş’in Ölçülü Yörüngesi
Güneş de dâhil olmak üzere galaksimizdeki tüm yıldızlar, çapı 44 milyon km. olarak saptanan[9] ve Sagitarrius A* ‘olarak isimlendirilen galaksi merkezi etrafında dönmektedir. Güneş ve elbette onunla beraber biz de, bu merkez etrafında sürekli olarak dönmekteyiz (Güneş’in bu merkez etrafındaki tek bir turu tamamlamasının yaklaşık olarak 230 milyon yıl sürdüğü hesaplanıyor).
Peki, acaba çevresinde 200 milyar yıldızın döndüğü galaksi merkezinde ne var? Galaksimizin merkezinde kütlesi Güneş’in kütlesinin 2 milyon katı olan dev bir karadelik bulunmaktadır.[10]
Bu karadelik muhteşem çekim kuvvetiyle etrafındaki tüm yıldızları yutarak onları yemektedir. Bilim adamları bu büyüklükte bir karadeliğin Dünyamızı yutmasının sadece bir saniye süreceğini belirtmektedirler. Galaksimizde 1 milyondan fazla kara delik olması[11] ve bugüne kadar bunların hiçbiri ile yolumuzun kesişmemiş olması Kudreti sonsuz Rabbimiz bizi her an böylesine büyük tehlikelerden koruduğunu göstermektedir. Çünkü bir kara delik dünyamızı yutması bile ona yaklaşmak bile Güneş Sistemi’nin dengesini bozacak ve gezegenlerin Güneş yörüngesinden çıkıp soğuk ve karanlık uzayda kaybolmasına yol açacaktır. Bu durumda Dünya uzayda buz tutarak ölecektir. Bir Kuran ayetinde Yüce Rabbimiz şöyle buyurmaktadır:
“Şüphesiz Allah, gökleri ve yeri zeval bulurlar diye (her an kudreti altında) tutuyor. Andolsun, eğer zeval bulacak olurlarsa, Kendisi’nden sonra artık kimse onları tutamaz. Doğrusu O, Halim’dir, bağışlayandır.” (Fatır Suresi, 41)
Güneş’i ve onun peşi sıra giden gezegenler için tek tehlike kuşkusuz bu kara delik tarafından yutulmakla sınırlı değildir.
Kara delik kendisine yaklaşan yıldızları yutup kendi kütlesine katarken, uzayın derinliklerine yüksek ısı ile birlikte X ışınları ve gama ışınları da içeren sıcak gaz jetleri püskürtür (Aşağıdaki resimde kara delikteki püskürme ve püskürmenin etkilediği alan görülüyor).
Gaz jeti salınımında enerji, kara deliğin dönme ekseni boyunca jetler olarak serbest bırakılır. Kara delikten kaynaklanan bu gama ışınları çok tehlikelidir. O kadar ki; sadece 10 saniye sürecek bir gama ışını yağmuru bile, ozon tabakasının yüzde 25’ini yakıp yok ederdi. Bu bile dünyadaki besin zincirinin bozulup dünyadaki canlıların kitlesel olarak ölümüne yol açardı.[12]
Kara deliği çevreleyen ve çoğu defa ışıklı bir halka olarak birikim diski de başlı başına bir tehdit kaynağıdır. Birikim diski milyonlarca derece sıcaklıktadır ve bir termonükleer bomba gibi X-ışınları da saçar. X-ışınları, gama ışınları kadar yüksek enerji taşımasa da dünyadaki canlıları öldürecek kadar zararlıdır. Radyasyon tehlikesi bir yana, kara deliğin çevresinde dönen bir gezegenin hayatın devam etmesi için yeterli ısı ve ışık alması imkânsızdır.
Güneş’in galaksi etrafındaki yörüngesi diğer milyarlarca yıldızlardan farklıdır. Güneş galaksinin merkezinde dairesel bir yörünge izler. Yani merkeze ne yakınlaşır, ne de uzaklaşır. Eğer öyle olsaydı Güneşi takip eden dünyamız çok büyük tehlikelere maruz kalırdı.
Güneş’in uzaydaki yörüngesi Allah’ın özen içinde var ettiği özel bir yoldur. Astronomi profesörü Guillermo Gonzalez bu muhteşem yaratılışın taşıdığı özellikleri şöyle açıklar[13]:
“Güneş, galaksimizin Sagittarius ve Perseus spiral kollarının arasında yol alır. Yerimiz spiral kolun üzerinde olsaydı, bizim için ölümcül olabilecek aktif yıldız patlamalarına maruz kalırdık.
Eğer yolumuz galaksinin merkezine daha yakın geçseydi sonuç yine ölümcül olurdu. Galaksi merkezindeki karadelikten kaynaklanan yüksek radyasyon yaşam formları için çok tehlikelidir.
Eğer yörünge galaksinin daha dış kısımlarında olsaydı, buralar gezegen oluşumuna izin vermeyen koşularda olduğundan, Dünyamız asla var olamazdı.”
Eğer Gonzalez’in bahsettiği gibi galaksi merkezine daha yakın olsaydık, yüksek radyasyondan dolayı yeryüzünde yaşam mümkün olmazdı. Galaksinin merkezinden yayılan zararlı gamma ışınları, X-ışınları ve kozmik ışınlar tek bir canlı hücre dahi bırakmazdı. Ancak Güneş Sistemimiz galaksinin merkezine yaklaşık 28.000 ışık yılı (266. 000.000.000.000.000 km) uzaktadır ve tüm bu zararlı etkilerden uzakta ve güvendedir.
Şu anda Samanyolu Galaksi’nin yerleşime en uygun bölgesinde bulunuyoruz. Güneş Sistemi’nin galaksi haritasındaki yerini araştıran bilim adamları tüm hayatı yok edecek kadar yıkıcı kozmik fırtınalardan ve karadeliklerden uzak ve güvende olduğumuzu ifade ediyor.
Güneş’in galaksinin tehlikeli koridorlarına sokulmadan ve özel ayarlanmış bir yörüngede akıp gitmesi Allah’ın tespit ettiği bir müstakardır:
“Güneş de, kendisini için (tesbit edilmiş) olan bir müstakarra doğru akıp gitmektedir. Bu, üstün ve güçlü olan, bilen (Allah)ın takdiridir.” (Yasin Suresi, 38)
Yazar / Aylin Yılmaz / İstanbul Üniversitesi Fizik Bölümü
REFERANSLAR:
1- Misner, Charles W.; Thorne, Kip S.; Wheeler, John Archibald (1973). Gravitation. San Francisco: W. H. Freeman. pp. 875–876. ISBN 0716703343. Retrieved 24 January 2013.
2- https://tr.wikipedia.org/wiki/Kara_delik
3- Uhuru gözlemlerinden hareketle, Cygnus X-1’in bir kara delik olduğuna dair ilk belirtilerin yayımlandığı makale: D. M. Eardley & William H. Press, Astrophysical processes near black holes, Annual Review of Astronomy and Astrophysics , 13, 381-422 (1975)
4-Antonucci, R. (1993). “Unified Models for Active Galactic Nuclei and Quasars”. Annual Reviews in Astronomy and Astrophysics 31 (1): 473–521.
5- http://www.bbc.com/turkce/haberler/2012/11/121129_giant_blackhole.shtml
6- http://www.ntv.com.tr/turkiye/uzayin-en-buyuk-karadeligi-bulundu,BhY8ABC6ZEyCCqVuQEepoQ
7- http://www.space.com/18668-biggest-black-hole-discovery.html
8- Chaisson, Eric (1990). Relatively Speaking: Relativity, Black Holes, and the Fate of the Universe. W. W. Norton & Company. p. 213. ISBN 978-0393306750.
9- Bu tespit; 2008 yılında Hawaii, Arizona ve Kaliforniya’daki radyo teleskoplarla yapılan çalışmalar sonucunda yapılmıştır.
10- http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7774287.stm
11- http://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/black-holes/
12- Melott, A. L., et al. (2004). “Did a gamma-ray burst initiate the late Ordovician mass extinction?”. International Journal of Astrobiology 3: 55–61. DOI:10.1017/S1473550404001910.
13- Strobel, Lee (2004). The Case for a Creator: A Journalist Investigates Scientific Evidence That Points Toward God. Grand Rapids, MI: Zondervan Publishing House