Bilim Adamları Gerçekten Kara Delikler Buldular mı?

KULAĞA bilimkurgu gibi geliyor—bir zamanlar parlak olan yıldızlar kendi kütleçekimlerinin etkisiyle çöküp görünmez olurlar ve hiçbir şey, ışık bile pençelerinden kurtulamaz. Birçok astronomun görüşüne göre, böyle kara delikler evrende yaygın olabilir. Onlar hakkında daha çok şey öğrenmek ister misiniz? Öykümüz “Kuğu” anlamına gelen Cygnus adlı güzel kuzey takımyıldızıyla başlıyor.

Cygnus X-1—Bir Kara Delik mi?

Astronomlar 1960’lardan beri Cygnus adlı takımyıldızın belirli bir bölgesiyle ilgilenmişlerdir. Yerküre atmosferinin üzerindeki yörüngede bulunan gözlemevleri Cygnus X-1 olarak adlandırılan bu bölgeden gelen güçlü bir X-ışını kaynağı buldular.

Bilim adamlarının uzun zamandır bildikleri gibi, daha sıcak bir nesne daha fazla enerjiyi daha kısa ve daha güçlü elektromanyetik dalgaboylarında yayar. Bir demir parçasını çok sıcak bir fırında ısıtırsanız, demir ısındıkça önce kırmızı, sonra sarı, sonra da beyaz renkte parlar. Bu açıdan yıldızlar demir çubuklar gibidir. Sıcaklığı 3.000 K olan nispeten soğuk yıldızlar kırmızımsıdır, Güneş gibi sarı yıldızların yüzey sıcaklığıysa yaklaşık 6.000 K’dir.a Oysa, Cygnus X-1’den gelen ışınımı elde etmek için yıldız gazının sıcaklığını milyonlarca kelvine çıkarmanız gerekir. Hiçbir yıldızın yüzey sıcaklığı bu kadar yüksek değildir.

Astronomlar Cygnus X-1 bölgesinde yüzey sıcaklığı 30.000 K olduğu tahmin edilen bir yıldız buldular—gerçekten çok sıcak; yine de x-ışınlarının salınmasına neden olabilecek sıcaklığın çok altında Katalog numarası HDE 226868 olan bu yıldızın kütlesinin Güneşin 30 katı ve Yerden uzaklığının 6.000 ışık yılı olduğu tahmin edilmektedir. Bu süper devin bir de yoldaşı var ve bu iki yıldız valsi andıran bir yörüngesel hareketle her 5,6 günde bir birbirinin çevresini dolanıyor. Bilim adamları yoldaşının HDE 226868’den sadece birkaç milyon kilometre uzaklıkta olduğunu hesapladılar. Bazı kaynaklara göre, yoldaş yıldızın kütlesi Güneşin on katıdır. Fakat tuhaf bir özelliği var—görünmüyor. O büyüklükteki ve uzaklıktaki normal bir yıldızın Yerden görülmesi gerekir. Bilim adamları, bu kadar büyük olup, görünen ışık yerine x-ışınları yayan bir cismin tam anlamıyla bir kara delik adayı olduğunu söylüyorlar.

Bir Kara Deliğe Seyahat

Cygnus X-1’e seyahat ettiğinizi zihninizde canlandırın. Gerçekten bir kara delik olduğunu varsayarsak, karşılaşacağınız manzara sayfa 17’deki resmin benzeri olacaktı. Büyük yıldız, HDE 226868’dir. Bu yıldızın çapı milyonlarca kilometreyken, kara deliğin çapı sadece 60 kilometre kadar olabilir. Parlayan gaz girdabının merkezindeki ufacık siyah nokta, kara deliğin olay ufku veya yüzeyidir. Bununla birlikte, katı bir yüzeyden çok bir gölgeye benziyor. Bu, kara deliğin etrafındaki kütleçekiminin, ışığı bile uzaya kaçırmayacak kadar güçlü olduğu alanın kenarıdır. Birçok bilim adamı olay ufkunun içinde, kara deliğin merkezinde, kara delikteki tüm maddenin kaybolduğu, tekillik olarak bilinen bir sıfır hacim ve sonsuz yoğunluk noktası olduğunu düşünüyorlar.

Kara delik yoldaş yıldızın dış gaz tabakalarını soğurur. Yıldızdan gelen gaz, kara deliğin etrafında giderek artan bir hızla sarmal biçimde dönüp sürtünmeyle ısındıkça parlak bir disk oluşturur. Yoğun kütleçekimi gaza muazzam bir hız kazandırdıkça, süper sıcak gazdan oluşan bu disk kara deliğin hemen dışında x-ışınları meydana getirir. Tabii ki, gaz kara deliğin içine düştükten sonra, ne x-ışınları, ne de başka bir şey kaçabilir.

Cygnus X-1 görkemli bir manzaradır, fakat fazla yaklaşmayın! Sadece x-ışınları değil, kütleçekimi de öldürücüdür. Yeryüzünde ayakta dururken kütleçekiminin başınıza ve ayaklarınıza uyguladığı kuvvet arasında küçük bir fark vardır. Bu fark hissedilemeyen bir çekim meydana getirir. Oysa, Cygnus X-1’de olsaydınız bu küçük fark 150 milyar kat artarak, sanki görünmez bir elle ayaklarınız bir tarafa, başınız da başka bir tarafa çekiliyormuşçasına, vücudunuzu geren bir kuvvet yaratacaktı!

Cygnus A—Süper Kütleli Bir Kara Delik mi?

Cygnus takımyıldızında başka gizemli bir bölge var. Bu bölge görsel olarak sadece uzak bir gökadanın son derece silik bir beneğini içermekle birlikte, gökteki en güçlü radyo dalgası kaynaklarından biridir. Cygnus A olarak adlandırılan bu bölge 50’yi aşkın yıl önce keşfedildiğinden bu yana bilim adamlarının kafalarını karıştırmaktadır.

Cygnus A’nın boyutunu düşünmek insanın aklını durdurur. Cygnus X-1 bizim gökadamızda bulunup ancak birkaç bin ışık yılı uzaklıktayken, Cygnus A’nın yüz milyonlarca ışık yılı uzaklıkta bulunduğu sanılmaktadır. Cygnus X-1 ve görünür yoldaşı arasındaki mesafe sadece yaklaşık bir ışık dakikasıyken, Cygnus A’daki iki radyo dalgası fışkırmasıyla yükselen sütunlar arasında yüz binlerce ışık yılı var.b Anlaşıldığı kadarıyla Cygnus A’nın merkezinde bir şey yüz binlerce, hatta milyonlarca yıldan beri, bir çeşit kozmik ışın silahı gibi bu yoğun enerji fışkırmalarını zıt yönlere ateşliyor. Cygnus A’nın merkezinin ayrıntılı radyo dalgası haritaları, ışın silahının fışkırmalara göre çok küçük boyutta, bir ışık ayından kısa olduğunu gösteriyor. Işın silahı tüm bu zaman boyunca sallansaydı, demetler eğri olurdu. Fakat gizemli fışkırmalar, sanki onları ateşleyen ışın silahı dev bir jiroskop tarafından sabitleştirilmiş gibi tamamen düzdürler.

Orada neler oluyor? Profesör Kip Thorne şöyle yazıyor: “Merkezdeki enerji kaynağını açıklamak için 1980’li yılların başına kadar öne sürülen onlarca fikirden sadece biri, boyutu bir ışık ayından kısa, uzun ömürlü ve güçlü fışkırmalar üretecek kapasitede muazzam bir jiroskopla ilgiliydi. Bu fikir, dev boyutlu, dönen bir kara delikti.”

Başka Kara Delik Adayları

1994’te yeni onarılmış Hubble Uzay Teleskopu, “yakınlarda,” yani tahminen 50 milyon ışık yılı ötedeki M87 gökadasına yakından baktı. Hubble geliştirilmiş optik olanaklarıyla M87’nin merkezinde bir cismin etrafında saatte iki milyon kilometre gibi şaşırtıcı bir hızla dönen bir gaz girdabı buldu. Gazın bu kadar hızlı hareket etmesinin nedeni ne olabilir? Hesaplamalar girdabın içindeki cismin kütlesinin en az iki milyar Güneşe eşit olması gerektiğini gösterdi. Fakat o cisim bizim güneş sistemimiz kadar “ufak” bir alana sıkışmış durumdadır. Bilim adamlarınca, bu tarife uyabilecek tek şey, süper kütleli bir kara deliktir.

Olası kara delikler şimdi, bizden sadece iki milyon ışık yılı uzaklıkta bulunan “kapı komşumuz” Andromeda gökadası da dahil olmak üzere, birkaç yakın gökadada bulundu. Fakat bize Andromeda’dan daha yakın bir yerde de dev bir kara delik olabilir! Yakın zamanda yapılan gözlemler kendi gökadamız olan Samanyolu’nun merkezinde de devasa bir kara delik olabileceğine işaret ediyor. Küçük bir bölgede bulunan, tahminlere göre 2,4 milyon Güneşe eşit kütlesi olan bir şey gökadamızın merkezine yakın yıldızların yörüngelerinde muazzam hızla dönmelerine neden olmaktadır. Fizikçi Thorne şöyle diyor: “1980’lerde yavaş yavaş biriken kanıtlar böyle deliklerin sadece kuasarların ve radyogökadaların çoğunun merkezinde değil, Samanyolu ve Andromeda gibi birçok büyük normal (radyo olmayan) gökadanın merkezinde de bulunduğuna işaret ediyor.”

Bilim adamları gerçekten kara delikler buldular mı? Belki. Cygnus takımyıldızında ve başka yerlerde şimdilik en kolay yoldan kara delik olarak açıklanabilecek çok tuhaf cisimler buldukları kesindir. Fakat yeni veriler geniş çapta kabul gören kuramları sarsabilir.

3.500 yılı aşkın bir süre önce Tanrı Eyub’a şöyle sormuştu: “Göklerin kanunlarını bilir misin?” (Eyub 38:33) Etkileyici bilimsel ilerlemelere rağmen, bu soru hâlâ güncelliğini koruyor. Ne de olsa, insanın evreni kavradığını sanmaya başladığı bir anda, yeni, beklenmedik gözlemler ortaya çıkıp dikkatlice tasarlanmış kuramları altüst ediyor. Bu arada biz takımyıldızlara hayranlıkla bakıp güzelliklerinden zevk alabiliriz!

[Dipnotlar]

[Sayfa 16, 17’deki çerçeve]

Bir Kara Deliğin Oluşumu

ŞU ANKİ bilimsel anlayış yıldızların, kütleçekimi ve nükleer kuvvetler arasında süregiden bir mücadele yüzünden parladıkları yönündedir. Gazı yıldızın derinliklerine sıkıştıracak kütleçekimi olmadan nükleer füzyon gerçekleşemez. Öte yandan, kütleçekimine direnecek nükleer füzyon olmadan, yıldızlara çok tuhaf şeyler olabilir.

Bilim adamlarının görüşüne göre, yaklaşık güneş büyüklüğündeki yıldızlar hidrojen ve helyumdan oluşan nükleer yakıtlarını bitirdiklerinde, kütleçekimi onları sıkıştırıp beyaz cüce olarak adlandırılan, yaklaşık Yerküre büyüklüğündeki sıcak korlara dönüştürür. Bir beyaz cücenin kütlesi güneşinki kadar olabilir, fakat bir milyon kat daha küçük bir hacme sıkışmaktadır.

Normalde maddenin büyük kısmı boşluk olup her atomun hemen hemen tüm kütlesi çok daha büyük bir elektron bulutunun çevrelediği küçücük bir çekirdekte bulunmaktadır. Fakat beyaz cücelerin içindeki kütleçekimi elektron bulutunu önceki hacminin ufacık bir bölümüne sıkıştırarak yıldızı gezegen boyutuna küçültür. Yaklaşık güneş büyüklüğündeki yıldızlar için, bu noktada kütleçekimi ve elektronlarda bulunan kuvvetler arasında daha çok sıkışmayı önleyen bir dengelenme olur.

Ya güneşten daha ağır, kütleçekimi daha güçlü yıldızlara ne olur? Kütlesi güneşten 1,4 kat daha büyük yıldızlarda kütleçekimi elektron bulutunu sıkıştırıp yok edecek kadar büyüktür. Sonra protonlar ve elektronlar birleşip nötronları oluşturur. Kütleçekimi fazla güçlü değilse, nötronlar daha çok sıkışmaya karşı dayanır. Gezegen büyüklüğünde bir beyaz cüce yerine, küçük bir asteroit büyüklüğünde nötron yıldızı meydana gelir. Nötron yıldızları evrende bilinen en yoğun maddeden oluşur.

Peki, kütleçekimi daha da artarsa ne olur? Bilim adamları, kütlesi güneşten yaklaşık üç kat daha büyük yıldızlardaki kütleçekiminin nötronların dayanabileceklerinden çok daha güçlü olduğuna inanıyorlar. Fizikçilerin bildikleri hiçbir madde tüm bu kütleçekiminin birleşik kuvvetine dayanamaz. Asteroit büyüklüğündeki nötron toplarının sadece daha küçük toplara değil, hiçliğe, yani tekillik olarak adlandırılan bir noktaya veya henüz tarif edilmeyen başka bir kuramsal birime sıkıştıkları anlaşılıyor. Yıldız görünürde kaybolup sadece kendi kütleçekimini ve bulunduğu yerde bir kara delik bırakır. Kara delik eski yıldızın yerinde kütleçekimsel bir gölge oluşturur. Kütleçekiminin hiçbir şeyin—ışığın bile—kaçamayacağı güce ulaştığı bir bölge olur.

[Sayfa 16’daki resimler]

Kuzey Amerika Bulutsusu (1), Peçe Bulutsusu (2) ve başka bulutsular içeriyor. Cygnus X-1 (3) Kuğunun boynunda yer alıyor

Cygnus (Kuğu) takımyıldızı

[Tanıtım notu]

Tony ve Daphne Hallas/Astro Photo

Tony ve Daphne Hallas/Astro Photo

[Sayfa 17’deki resimler]

Kuramsal Olarak Cygnus X-1

Kara delikler başka cisimler üzerindeki etkileri yoluyla saptanıyor. Bu çizim bir yıldızın gazlarının bir kara deliğe çekilişini gösteriyor

Bir ressamın yorumuyla kara delik (kırmızı dikdörtgenin içinde) ve büyütülmüş hali (aşağıda)

[Sayfa 14’teki resim tanıtım notu]

Einstein: ABD National Archives Photo