Kara Delikler Hakkında Bilmediklerimiz

• Einstein’in Genel Görelilik Teorisine göre kara delik, bir olay ufku (event horizon) ile sarmalanmış ve uzay zamanın içeri doğru sonsuza kadar kıvrıldığı tekilliktir.
• Daha basit tanımlarsak, yüzeyinden ışığın bile kaçamadığı yüksek yerçekimine sahip nesneler.
• Özelliklerinin bir kısmını anlamak için genel göreliliğe gerek yok:
– Newton dinamiği (kaçış hızı)
– Özel görelilik (evrende hiç bir şey ışık hızından hızlıhareket edemez)
– Işık da normal madde gibi yerçekiminden etkilenir.
Kaçış Hızı

• ½ mv2 = GMm/R, vkaçış = √2 GM/R
m = fırlatılan kütle, M = yüzeyinden atılan kütle, G = Kütleçekim sabiti
Kaçış hızıKaçış hızı kütlenin karekökü ile artar, yarıçapın karekökü ile azalır.
Atılan yöne veya fırlatılan cismin kütlesine bağlı değildir!
Kaçış hızları tablosu:
Ay : 2.4 km/s
Dünya: 11.2 km/s
Güneş: 617.5 km/s
Kaçış hızı = ışık hızı ?

• Güneş’imizi ele alalım. Kütlesini hiç değiştirmeden yarıçapını 4 kat indirirsek yüzeyinden kaçmak için gereken hız iki katına çıkar.
• Ya kütleyi sabit tutup yarıçapını 3 km ye kadar indirirsek? O zaman kaçış hızı ışık hızı olur, yani yarıçapı bu limitten de aşağı çekersek ışık bile yüzeyden kaçamaz. Al sana kara delik!
• Limit yarıçapa Schwarzschild yarıçapı denir. Rs = 2 GM/c2 .
• Bu yarıçap kara deliğin olay ufkunu belirler.
Kütle / yarıçap

• Herşey kara delik olabilir, yeter ki Schwarzschild
yarıçapı kadar sıkıştırılsın!!
Cisim Kütle Yarıçap Schwarzschild yarıçapı
Emrah 100 kg 1 m 1.25 x 10 üssü -23 cm
Dünya 6 x 10 üssü 30 kg 6400 km 9 mm
Güneş 2 x 10 üssü 30 kg 700,000 km 3 km
Nötron yıldızı 3 x 10 üssü 30 kg 15 km 4.5 km
Samanyolu merkezi 3 milyon güneş kütlesi 9 milyon km (60 AU)
M 87 Gökadası merkezi 3 milyar güneş kütlesi 9 milyar km (60 AU)
Kara Delikler ve Çevresi

• Kara delikten yeterince uzakta (>100 Rs), kara deliğin çevresindeki maddenin hareketine özel bir etkisi yoktur, Newton dinamiği yeterlidir.
• Kara deliğe yaklaşınca işler değişir, ancak genel görelilik teorisi kullanılarak kara deliklerin çevresinde olan bitenleri anlayabiliriz.
• Kara delikler genel anlamda basit cisimlerdir, kütle, dönme (spin) ve yük bir kara deliği tamamen tanımlamaya yeter (Kara deliklerin saçı yoktur). Bunun bir anlamı da kara delik oluştuğu anda öncesi hakkındaki tüm bilgiler de yok olur!
Evrende kara delik var mı?

• Teorik olarak mümkün gözükse de pratikte kara delik yaratmak öyle kolay bir iş değil. Mesela Dünya’nın kara delik olması için yarıçapının 9 mm, dolayısıyla yoğunluğunun da 8×1038 kg/m3 olması gerekir!
• Önce elektromenyetik kuvvetler, sonra kuvantum kuvvetler maddenin sıkışmasına engel olurlar.
• Laboratuvarlarda bu kuvvetleri elde edemeyiz

* Ama evrende bunun yolu var: Kütleçekime bağlı çökme.
*Yeni nesil hızlandırıcılarda bazı teorilere göre çok küçük kütleli mikro-karadeliklerin oluşabilmesi mümkündür.
Yıldız Evrimi

• Yıldızlar enerjilerini hafif elementleri nükleer füzyon yolu ile ağır elementlere çevirerek sağlarlar, ve bu şekilde muazzam kütle çekimine karşı koyarlar.
• Demir bu şekilde üretilebilen en ağır elementtir. Enerji üretemeyen yıldız söner, kendi ağırlığı altında çöker.

Yıldızların sonu
• Bu çökme iki şekilde durabilir:
– Hafif yıldızlar için (mesela Güneş) elektronlar birbirine çok yaklaşınca kuvantum kuvvetleri ile (beyaz cüce)
– Orta ağırlıkta yıldızlar için, önce elektronlar ve protonlar birleşerek nötronları oluşturur, nötronlar birbirine yaklaşınca kuvantum kuvvetleri yıldızı bir arada tutar (nötron yıldızları)
Kara delikler!

• Daha ağır yıldızları hiçbir şey tutamaz ve süpernova sonrası kara delik haline gelirler.Kara delik nedir? Kara delik Nasıl oluşur?
Nasıl bulacağız?

• Yüzeyinde ışığın gelmediği tek kara delikleri bulmak imkansıza yakın olurdu. Neyse ki gökadamızdaki yıldızların çoğu çiftler halinde bulunuyor.
• Yıldızlardan birisi kara delik haline geldiğinde diğerinden madde akışı olabilir.

x-ışını çift yıldız sistemleri - Kara delik nasıl bulunur?Kara deliğin çok yakınında kütle çekim kuvveti çok büyük olduğundan maddenin enerjisi artar, sürtünmeyle ısıya dönüşür ve ışımaya başlar. Sıcaklık milyar dereceye çıktığından ışıma X ışınlarında olur. Kara delik çiftleri Gökada’mızı X-ışınlarında tarayarak ortaya çıkarılır. Kaynakların çoğu geçicidir, yenilerini bulmak için uzay her an taranır.
X-ışını çift yıldız sistemleri

• Tüm X-ışını yayan çift yıldız sistemleri kara delik değildir. Bir kısmında nötron yıldızı da bulunabilir. Ama nötron yıldızları 3 Güneş kütlesinden daha ağır olmazlar!
– M > 3 M Kara delik!
– Kütlesi ölçülemiyorsa:
• Yüzey ışınımı yok +
• Periyodik ışınım yok +
• Nötron yıldızlarına özgü patlamalar yok +
• Gama/radyo ışınımı var → kara delik adayı!
Dev kara delikler

• Güneş kütleli kara delikler dışında bir de milyonlarca, hatta milyarlarca güneş kütleli kara delikler de, gene kütle çekimine bağlı çökme ile gökada merkezlerinde oluşuyorlar.
• Şu anki teoriler tüm gökada merkezlerinde dev kara delikler olduğunu destekliyor. Samanyolu’nda da var!
Etkin dev kara delikler

Etkin kara delikler dev kara delikler• Dev kara deliklere de madde akışı olabilir! O zaman bunlar X- ve kızılötesi bandında çok kuvvetli ışıma yaparlar ve etkin gökada merkezleri olarak adlandırılırlar.
• Optik teleskoplarla baktığımızda normal bir gökada görüntüsü seyrederken, radyo, X-ışını ve kızılötesi teleskoplarla bakıldığında çok değişik bir tablo sergilerler!
JETLER!Kara delikler JET

• Karadeliklerin bir başka ilginç yanı maddeyi çektiği gibi fırlatabilmesi.
• Manyetik alan çizgilerinin diskin ya da kara deliğin dönüşüyle bir yay gibi gerilerek maddeyi fırlattığı düşünülüyor.
Kara delikler bizi yer mi?

• Dev kara deliklerin ışıması için maddenin oraya akması gerekiyor.
– Ne kadar madde gerekiyor?
• Az! 1 milyar güneş kütleli tipik bir gökada merkezinin görünür parlaklığı için 10 senede 1 güneş kütlesi maddeyi yutması yeterli. Bu da kara deliklerim çok yavaş büyüdüğünü gösteriyor.

– Nasıl beslenirler?
• Gökada çarpışmalarıyla
Kara deliğe yaklaşabilseydik ne olurdu?

Bir gemi kara deliğin olay ufkuna doğru yaklaşsın. Bir gözlemci de uzaktan gemiyi seyretsin ve gemiden gelen sinyali analiz etsin. Ne görürlerdi?

• Geminin içindeki gözlemciye göre:
• Dışarıdaki nesneler geminin hızına ve yönüne bağlı olarak kırmızıya ya da maviye kayabilirler.
• Gemidekiler olay ufkundan geçerken özel bir şey hissetmezler (inanılmaz çekim kuvveti dışında!) ve dışarıyı seyredebilirler.
• Gemiyi seyreden gözlemciye göre:
• gemide zaman yavaşlar
• gemi olay ufkuna yaklaştıkça yavaşlar ve sönükleşir. Gemiden gelen sinyaller kırmızıya kayar. Gemi hiçbir zaman olay ufkuna ulaşamaz ve sönükleşerek gözden kaybolur.
Sonuç

• Kara delikler sadece genel görelilik teorisinin matematiksel uzantıları değildir, evrende vardır ve bizler tarafından incelenmektedir!
• Bilim adamlarına laboratuvarlarda oluşturulamayacak koşullar (kütleçekim, sıcaklık) sunarak ortaya atılan teorileri test etmemize yardımcı olurlar.



22 Temmuz 2004 — Dünyanın en önemli bilim adamlarından Cambridge Üniversitesi astrofizik profesörü, Dublin’de düzenlenen bir konferasta sunduğu makalesinde, ölü yıldızlardan oluşan kara deliklerin sanıldığının aksine “yuttukları nesneleri geri püskürtmelerinin mümkün” olduğunu savundu. Hawking’in tersine çevirdiği eski teorisi, kara delikleri birer ‘dipsiz kuyu’ gibi ele alıyor ve çekim alanına giren tüm nesneleri barındırdığını öne sürüyordu. Yeni teoriye göre ise, kara delik tarafından ‘yutulan’ nesnelerin dışarı çıkması mümkün.



NTVMSNBC Reklam




PARÇACIK TEORİSİ, KARA DELİĞİ YUTTU
Stephen Hawking’in ortaya attığı yeni teori aslında eskisinden çok daha radikal bir yapıya dayanıyor. ‘Yeni Hawking teorisi’, astronominin son 30 yıldaki en önemli paradoksu “nesnelerin kara deliğin içinde kaybolması” sorusuna yanıt buluyor.

Atom parçacık teorisi maddenin hiçbir zaman ‘yok’ olamayacağını, ancak ‘dönüş’ebileceğini söylüyor. Hawking ise kara deliklerin içinde maddelerin yok olduğunu iddia ediyordu. Hawking, kara deliklerin tüm moleküler içeriği yok edeceği ve geriye sadece radyasyon kalacağını öne sürüyordu. Bu iki doğa teorisi birbirlerine zıttı. Kara delikler parçacık teorisine, parçacık ise kara deliklerin yapısına ters düşüyordu.
‘Yeni Hawking teorisi’ kara deliklerin içinde giren maddelerin geri elde edilebileceğini savunuyor, kısaca paradoks şimdilik parçacık teorisi lehine çözülmüş oluyor.

ALTERNATİF EVREN YOK
İrlanda Cumhuriyeti’nin başkenti Dublin’de toplanan International Conference on General Relativity and Gravitation (Uluslararası Görecelik ve Çekimgücü Konferansı)’da konuşan Hawking dinleyicilere kara delikler hakkında bir çok yeni hesaplama sundu. Hawking’e göre, kara deliğin içine giriş ve çıkış için sadece bir yol var. Hawking ayrıca, 1980’lerden beri kabul gören kara deliklerin içinden enerji ve maddenin birbirine girdiği ‘alternatif evren’lere geçiş olduğu teorisinin de yanlış olduğu savundu.

GİDENLER GERİ GELEBİLİR
‘Yeni Hawking teorisi’, parçacık fizik kuramlarına yakın duruyor. Parçacık fizikçiler, kara delikler tarafından yutulan maddelerin sanıldığı gibi ‘yok’ olmayacağı, eninde sonunda mutlaka başka bir yeni maddeyi açığa çıkaracaklarını savunuyorlardı. Bilim adamları, bu önermeye istinaden kara deliklerin çıkardıkları ışınlara bakarak gelecekte deliğin o ana dek neleri ‘yuttuğunu’ çıkarabilecekler. En azından teoride.

‘HAYAL KIRIKLIĞI İÇİN PARDON’

Salonda toplanan 800’den fazla astronom ve fizikçiye hitaben “Karadeliğin içinden geçişli alternatif evrenler yok” diye söze başlayan Hawking “Bilinmesi gerekenlerin tümü burada bizim de içinde bulunduğumuz evrende saklı” dedi. Karadeliklerin alternatif evrenlere geçiş vermediğini ise Hawking, “Bilim-kurgu severleri hayal kırıklığına uğrattığım için özür dilerim, yeni hikayeler bulmamız gerekecek” şeklinde bir espri ile açıkladı. Hawking’e göre kara deliğe giren, ki bu insan da olabilir, bir maddenin enerjisi uzaya ‘geri dönüşüyor’. Ancak, önceki forma ait özellikleri de taşıyan bu söz konusu enerji ‘geri dönüşümü’, insanlar tarafından algılanamayan farklı bir biçim taşıyor.

’30 YIL BOŞUNA MI İNANDIK?’
Hawking’in ve bilim dünyasının 30 yıldır var saydığı, nesneleri yutan kara delik teorilerinin tam tersine, yeni teoriye göre, kara delikler yuttuklarını geri püskürtüyorlar ve bilim adamları bunları inceleyerek kara deliğin neleri yuttuğunun hesabını yapabilir. Salonu dolduran bilim adamları da Hawking’in konuşmasını bu nedenle şaşkın bakışlarla dinlediler. Kimileri Hawking’in çok az detay verdiğini, kimileri ise teorinin son derece radikal olduğunu dile getirdi. University of Chicago öğretim üyesi Robert Wald, “Hawking yıllardır inandığımız teorileri bir çırpıda tersine çevirdi, inanamıyorum” diye şaşkınlığı ifade etti.

BİLİM DÜNYASININ EN ÜNLÜ İDDİASI
Hawking’in önceki teorileri alt üst eden yeni kuramı ayrıca bilim dünyasındaki en spekülatif iddialarından birini de çözmüş oldu. 1997 yılında Hawking ve Caltech profesörü Kip Thorne ile yine Caltech fizikçisi John Preskill arasında açılan iddia sonuçlandı. Hawking ve Thorne kara delikler tarafından yutulan bir maddenin bir daha ele geçirilemeyeceği ve sonsuza dek bu evrenden yok olacağını iddia etmişlerdi. Parçacık fizikçi Preskill ise içeri giren maddenin yok olamayacağı ve doğru bir kuantum fiziği ile geri elde edilebileceğini savunmuştu.
Hawking, konuşmasının sonunda Preskill’in iddiayı kazandığını kabul ederek, ödül olan beyzbol kitabını kendisine hediye etti. Hediyesine sevindiği söyleyen Preskill’in yanıtı ise, “Pekiyi, bundan sonra sevgili dostumla neyi tartışacağız?” oldu.
Hawking’in yeni teorisini matematiksel detayıyla açıkladığı makalesi gelecek ay yayınlanacak.

TEKERLEKLİ SANDALYEDE ÖZGÜR BEYİN
Cambridge Üniversitesi astrofizik profesörü Stephen Hawking, 1988 yılında yazdığı ‘A Brief History of Time’ (Zamanın Kısa Tarihi) kitabıyla astronominin kitlelere yayılmasını sağlamıştı.

1970’lerde kara deliklerin bir süre sonra yuttukları ile beraber yok olduğunu ve ardlarında radyasyon bıraktıklarını öne süren Hawking tüm zamanların en önemli bilim adamlarından biri olarak kabul ediliyor. 20’li yaşlarda geçirdiği Lou Gehrig hastalığı sonucu vücudu felç olan ve kaslarını kullanamayan Hawking, tekerlekli sandalyeye mahkum yaşıyor. Hawking, tekerlekli sandalyesindeki bilgisayar aracılıyla konuşabiliyor.

GALİLEO VE NEWTON’UN İZİNDEN
Galileo’nun ölümünden tam 300 yıl sonra 1942’de doğan Stephen Hawking, babasının isteği üzerine gittiği Oxford Üniversitesi’nde matematik dalı olmadığı için mecburen fizik okumuştu. Daha sonra kozmoloji alanında doktora yapmak üzere Cambridge’e geçen Hawking burada Denis Sciama ile çalıştı. 1973 yılında Matematik ve Teorik Fizik bölümüne geçen Hawking halen, bu bölümün başkanlığını yürütüyor. 17. yüzyılda da aynı görevi Isaac Newton yürütmüştü.