Giriş
Bir kara deliğin merkezinde kütleçekim alanının ve uzay bükülmelerinin yani meylin sonsuz hale geldikleri bir bölge yer alır. Çekimsel tekillik denilen bu noktaya konsantre olmuş bir kütle vardır. Bu kütle aslında kara deliği oluşturan kütledir.
Kara delik kavramı ilk olarak 18. Yüzyıl sonunda, Newton’un evrensel çekim kanunu kapsamında doğmuştur denebilir. Ancak kara delikler Einstein’ın genel görelilik teoriyindan sonra dikkat toplamış daha tenn incelenmiştir. Newton, evrensel çekim ile ilgili tüm çıkarsamaları doğruydu ancak eksiklikler vardı.
Kara deliklerin anlaşılması için gerekli bir kavram olan kaçış süratinı kısa ve pratik bir örnek ile açıklamamız gerekirse:
Bir tenis topunu 5 kilometre/s sürat ile dikey olarak fırlatırsak,
h = Vo t – ½ at2
a = g ise
h = Vo t – 1/2 gt2
Burada h yükseklik, g yerçekimi ivmesi, t çıkış veya iniş süresi, Vo ilk sürat değeri, V ise h yükseklikteki sürat değeridir.
Tepe noktasında sürat sıfırdır ve serbest düşme gidişatı geçerlidir. Bu vaziyette t değerini bulursak;
Vo = 5 kilometre/s x 1000m/1 kilometre x 1 s/3600sec = 1,4 m/sec
g = 9,8 m/sec2
V = Vo + gt
0 = 1,4 m/sec + 9,8m/sec2 x t
t = 0.14 sec
Bu t süresi iniş için geçerlidir. İniş süresi çıkış süresine denktir. Öyleyse h değerini bulursak;
h = Vo t – ½ gt2
h=1,4 m/sec0.14 sec’½ 9,8 m/sec20.14 sec2
h = 0.196 m ‘ 0.19 m
h = 0.006 m
Yani şayet 5 kilometre/s sürat ile yukarı bir tenis topu fırlatırsak sadece 0.06 m yani 6 cm kadar yükseğe çıkıp tekerrür elimize düşer. Bunun nedeni Dünya’nın çekim kuvvetidir. Şayet bu tenis topunu 40000 kilometre/s sürat ile düşey fırlatırsak top bir daha geri dönemez. Bu sürat ile fırlatılması Dünya’nın çekim alanından çıkabileceği bir enerjiye sahip olmasını sağlar tenis topunun. Bu enerji aynı zamanda astronotlarında uzaya çıkış enerjisidir. Bu sürat ile fırlatılan tenis topu Dünya’dan uzaklaşır ve bir daha geri dönemez. Bu sürate ‘kaçış sürati’ denir[1].
M V2 = G M m/R 1
Vkaçış = 2 GM/R1/2 2
Burada M gezegen kütlesi, V kaçış sürati, G gezegenin yerçekimi sabiti, m cismin kütlesi ve R ise gezegenin yarıçapıdır.
Newton çekim yasalarını bulduğunda bu noktayı sıçramıştı ve kaçış sürati kalıbı ilk kere 1915 yılında genel görelilik başlığı altında Albert Einstein tarafından bilim dünyasına sunuldu. Kara delikleri anlamak için 2 kavram bilinmelidir.
Işık süratinın geçilemeyeceği
Işık Sürati ve Kütle Çekimi
1905 yılında Albert Einstein’ın özel görelilik ile 1915 yılında yayımladığı genel görelilik kuramlarının esasları şu biçimde atılmıştı.
Maxwell tarafından ışığın aynı zamanda bir dalga olduğunu bir gözlem sonucu ortaya çıkarmıştı. Bir akımdan bir manyetik alan oluştuğunda bu manyetik alanda minik bir akım meydana getiriyordu. Bu akımda bir manyetik alan oluşturuyordu tekerrür. Bu döngü tek bir süratte sonsuza ulaşıyordu bir zincir gibi. Bu noktada ışık meydana geliyordu ve bu sürat ise ışık sürati olarak öğrenip c ile sembolize ettiğimiz 299.793 kilometre/saniye gibi muazzam bir sürattir. Albert Einstein ise benzeri düşünce deneyleri ile bir cismin sürati ile ışık süratinı mukayese ederek arada bir bağıntı kurma çabası içerisindeyken büyük bir buluşun adımlarını atarak ışık süratinın tek değişmeyen kavram olduğunu farketmiştir. Bir cisim ne kadar süratli giderse gitsin ışık sürati her zaman 299.793 kilometre/saniye görünüyor[2]. Yani bağıl sürat kavramı ışık sürati için geçerli olamıyor. Bir cismin yanından geçen bir ışık demeti her zaman için 299.793 kilometre/saniye sürat ile cismi geçmektedir. Dokunuşan ise zamanın akış süratidir. Kara delik başlığı kapsamında daha ayrıntıya girmeden devam edersek, ışık süratinın bu deneyler sonucu asla geçilemez bir sürat olduğu görülmüştür. Einstein bu sürate bir cismin ancak yaklaşabileceğini ancak asla geçemeyeceğini söylemiş ve bunu özel görelilik teoriyi ile bilim dünyasına sunmuştur. Bu sonuçlar ortaya kaçış sürati denilen kavramı çıkarmıştır. Bu kavramı yukarıda incelemiştik. Kara delikleri anlamak için gerekli ikinci kavramıda incelersek şayet yine Einstein’ın bir başka kuramsi olan 1915 yılında yayımladığı genel göreliliğe deyinmemiz doğru olur.
Büyük kütlelerin birbirine bir çekim kuvvetini uyguladığını Newton 18. yy’da belirtmişti ancak Einstein bunun nedenlerini incelerken ortaya çıkardığı ‘uzay-zamanın eğilmesi’ düşüncesi kara deliklerin anlaşılmasında bir yapıtaşı olmuştur.
Uzay-zaman bir bez parçası olarak düşünülürse bunu anlamak çok daha pratik olabilir. 4 tarafından gerilmiş bir bez üzerine bir tenis topu vazgeçtiğimizde top bu bez parçasında düştüğü yer üzerinde bir çökme yaratır. Bu topun ardından bir pinpon topu vazgeçtiğimizde beze, pinpon topu tenis topuna doğru yönelir ve çarpışana kadar yaklaşır. Uzay-zaman bir düzlem olarak düşünülür ve bu örnekte bu düzlem bezdir. Büyük kütleler çekim kuvveti ile çevresinde bir yörünge üzerinde uydularını bulundurur. Bu çekim kuvveti ise varsayılan bu meyildir. Güneş sisteminde bu meyli en büyük kütle olan güneş yaratmıştır ki zaten bu nedenle bu sistem güneş sistemidir. Bu meyli belirleyen parametre kütledir.
Sonuç olarak Einstein kara deliklerin anlaşılması için ışık süratinın asla geçilemeyeceğini ve uzay-zamanın büyük kütleler tarafından eğilebileceğini ‘alan denklemleri’ ile kanıtlamıştır. Alan denklemleri çözüldüğünde ise kütleye bağlı başka bir parametrenin beklenmedik bir sonuç daha ortaya çıkardığı dikkat sürüklemiştir. Bu parametre yoğunluktur.
Büyük kütleler iki parametreye sahiptir. Kütle çekim gücünü belirleyen tek parametredir ancak hacim uzay-zaman meylini belirleyen diğer parametredir. Bir gezegen kütlesine nazaran ne kadar minik hacme sahip olursa uzay-zamanı o kadar şayet. Şayet bu fark çok ciddi derecede büyük olursa, yani yoğunluğu 1016 g/cm3 değerinden daha büyükse o zaman hacminin kütlesine olan oranındaki farktan dolayı uzay-zamanda oluşturacağı çarpık bir çökelti oluşturur bkz.biçim 1. Bu noktada kaçış sürati bir kritik nokta oluşturuyor. Özel görelilik ve kaçış sürati bilgilerimizi birleştirdiğimizde buun bir kara delik oluşturacağını söyleyebiliriz. Bir cisim kara deliğin çekim alanına girdiğinde bunun içinden çıkabilecek bir sürate asla sahip olamayacaktır çünkü karadeliğin merkezindeki çok büyük yoğunluktaki küçük kütlenin çekimi, onun kaçış süratinı ışık süratinın üstündeki bir değere soymaktadır. Bu ise özel göreliliğe göre mümkün değildir. Bu nedenle kara deliğin çekim alanına giren bir cisim bu kara delik tarafından yutulmaktan kurtulamaz. Bu çekim alanına olay ufku denir. Bu çekimi sağlayan kütle ise çekimsel tekillik denilen merkez noktasına konsantre olmuştur.
Kara Deliklerin Yaradılışı ve Çeşitleri
Bir kara delik prensip olarak bir yıldız vefatı ile doğar. Yıldız evrimlerinin son aşamasını belirleyen etmen, onların yaradılış aşamalarındaki ilk kütleleridir. Yıldızların, yıldızlararası gaz ve toz bulutlarının içinde oluştuklarına ilişkin güvenilir gözlemsel bilgiler vardır. İşte bu gaz ve toz bulutlarında yaşamlarına muhakkak bir ilk kütleyle başlayan yıldızlar, çekirdeklerinde hafif elementleri hidrojen, helyum, vb. nükleer tepkimelerle giderek daha ağır elementlere dönüştürürler. Kimyasal evrimin son durağı Fe56 dır. Bunun ötesinde çekirdek tepkimeleri gerçekleşemez. Yıldızı dengede yakalayan iki kuvvet vardır. Bunlardan birisi kütle çekim kuvveti, ötekiyi ise yıldızın çekirdeğinde oluşan tepkimelerde sarihe çıkan gama fotonlarının ışınım basıncıdır. Bu ışınım üretildikten sonra dışarı çıkma çabasında sonsuz kere maddeyle tesirleşerek saçılır ve enerjisini maddeye aktarır. Çekim kuvveti yıldızın tüm kütlesini çekirdek bölgesinde toplamak isterken, ışınım basıncı da kütleyi çekirdekten dışarıya doğru iter. Çekirdek tepkimeleri Fe56 da durunca ışınım basıncında eksilme olur, çekim kuvveti baskın gidişata gelir ve yıldız kendi üzerine çöker. Böylece evrenin ‘sıkışık yıldızları’ oluşur. Bu sıkışık yıldızların kütlesi 3,3 Güneş kütlesinden büyük ise son ürün sıkışık yıldız değil bir kara delik olur[4].
Tahlilciler yıldızları kütlelerine göre 3 gruba ayırmışlardır.
Kütlesi 0.08-0.8 M; arasında olanlar: Bunlar, ana kolda 10 milyon yıldan daha uzun yaşarlar; şimdiye kadar oluşanların hepsi hâlâ ana koldadır. Toplam cücelerin, yani ana kol yıldızlarının % 90′ ını oluştururlar. Geleceğin kırmızı devleri, beyaz cüceleridirler.Kütlesi 0.8-8 M; arasında olanlar: Güneşin de içinde olduğu bu grup, toplam cücelerin % 10’unu oluşturur. Geleceğin kırmızı devleri, sefeidleri, Mira yıldızları, novaları ve beyaz cüceleridirler.
8 -120 M; arasında olanlar: Toplam sayının ancak % 1’i kadardırlar. Geleceğin üst devleri, sefeidleri, süpernovaları, nötron yıldızları, kara delikleri dirler. Yani geleceğin en görkemli olaylarını bu yıldızlar oluşturacaktır. Ayrıca belirtmek gerekir ki şimdiye kadar kütlesi 60 M0 den daha büyük hiç bir yıldız gözlenememiştir[5].
Tablo 1 Kara deli_e dönü_türmek için bilgilen kütlenin sıkı_tırılması gereken yarıçap Schwarzchild yarıçapı [6] Cisim Kütle kg Yarıçap kilometre Kara delik yarıçapı Dünya 6×1024 6 400 9 mm Güneş 2×1030 700 000 3 kilometre Nötron yıldızı 3’4×1030 10’15 4.5’6 kilometre Evrim sürecini bitirmiş bir yıldız için iki hal söz konusudur. Yıldızlarda evrim sürecinin tamamlanması maddenin sıkışması ile gerçekleşir. Yıldız kütle çekimine karşı denge halindedir ancak evrim sürecinin sonunda bu denge halini koruyamaz ve kütle çekimi nedeniyle içe çöker. Bu içe çökmenin sonucu olarak ak cüceye veya daha sonradan kara deliğe dönüşecekleri nötron yıldızlarına dönerler bkz. Tablo1. Ak cücelerde kütle çekimine karşı denge halini elektronların yozlaşma basıncı sağlar. Nötron yıldızlarında ise bu söz konusu değildir. Nötron yıldızlarında güçlü etkileşim içe çökmeyi engeller ve kütle çekimine karşı dengeyi sağlar. Ak cücelerin evrim sonucu tekerrür içe çökmeleri ile kara delikler oluşamaz ancak çıkan enerji yıldızı tamamen dağıtmaya yeter ve ak cüceler evrim sonucu yok olurlar.
Bir kara deliğin oluşması esasta bu prensibe dayanır. Kütle çekimi basınca yenik düşer ve içe çökme denilen patlama gerçekleşir. Bu patlama ile kütlede farklılık olmaz ancak kütle çekimi bir merkeze konsantre eder tüm kütleyi. Yukarıda bahsettiğimiz bir kaç cm3 hacim üzerinde böyle devasa bir kütle ise uzay-zamanda dikey denebilecek bir çarpık yaratarak olay ufku denilen alanda bir kara delik yaratır. Çekimsel tekillik üzerine yerleşmiş bu kütle olay ufku üzerinde kaçış sürati ışık süratindan yüksek bir değer olması nedeniyle hiç bir cismin uzaklaşmasına izin vermediği gibi bu alana giren her parçacığı her cismi yutar. Kara delikler bir kaç biçimde oluşabilir;
Bir nötron yıldızı emin bir kütleye erişena kadar başka bir yıldızın maddelerini alarak bir kara deliğe dönüşebilir,
Çok nadir olarak gerçekleşen, bir nötron yıldızının başka bir nötron yıldızı ile birleşerek kütlesinin artması ile kara delik oluşturabilir, Son gidişat ise büyük bir yıldızın direk içe çökme gerçekleştirerek kara deliğe
dönüşmesidir[7].
Kara delikler yıldızlar ve diğer gezegenlerden değişik olarak çok az sayıda parametre ile tanımlanırlar. Bir gezegeni veya yıldızı tanımlayan hacim, kütle, kimyasal bileşenleri, atmosfer, manyetik alanı, şekli ve benzeri parametreler varken, bir kara delik için sadece 3 bileşen söz konusudur: Kütle, elektriksel yük ve açısal momentum. Bir kara delik için diğer tüm parametreler bu üç bileşene göre belirlenir.
Bir kara deliğin yukarıda da açıkladığımız gibi bir kütlesi vardır merkez noktasına konsantre olmuş. Bu kütle ile hacmi kara deliğer bir çekim gücü verir. Bu çekim gücü genel göreliliktede belirtildiği gibi uzay-zamanda meyil yaratır. Bu meyil diğer bir parametre olan kara deliğin açısal momentumunu ortaya çıkartır bkz. Şekil2.Kütleye oranla bir kütle çekimi olduğu gibi, aynı biçimde elektrik yüküne oranla ise bir elektrik alanı vardır kara deliklerin.
Kara delikler bu 3 parametreye göre sınıflandırılır. Bu elektrik yüklerine ve açısal momentumlarına göre 4 çeşit kara delik cinsi söz konusudur bkz. Tablo2[7]. Bunları şu biçimde belirtebiliriz:
‘ Schwarzschild kara deliği’ninde her kara deliğin olduğu gibi bir kütlesi vardır ancak diğer kara deliklerden değişik olarak açısal momentuma ve elektriksel yüke sahip değildir.
‘ Kerr kara deliği açısal momentuma sahip değildir ancak bir elektriksel yük ile tanımlanır.
‘ Reissner-Nordström kara deliği kerr kara değiliğine karşın, bir açısal momentum gösterir ancak elektriksel yük ile tanımlanamaz.
‘ Kerr-Newman kara deliği hem elektriksel yüke hemde bir açısal momentuma sahiptir[9].
M > 0
J = 0
J ‘ 0
Q = 0
Schwarzschild kara deliği
Kerr kara deliği
Q ‘ 0
Reissner-Nordström kara deliği
Kerr-Newman kara deliği
Tablo 3: Yüklerine ve yük yoğunlukarına göre kara deliklerin sınıflandırılması[7]
Kara deliklerin bir başka sınıflandırılmasıda kütlelerine göredir. Kütlelerine görede 4 çeşit kara delik tanımlanmıştır.
‘ekil 2: Bir kara deliğin çekim gücünden doğan açısal momentum[8]
Kara Deliklerin Bulunma Yöntemleri
Kara deliklerin üç belirgin özellikleri vardır. Bunlar Kütle, Elektrik yükleri ve Açısal Momentum dönme’dur. İşte bu özelliklerle çevrelerinde bulunan gökcisimlerine bir tesirde bulunmaları, onların keşfedilmesine yardımcı olur[10].
Kara delikler olay ufku içerisinde bulunan her cisme karşı konuşamaz bir çekim uygulayarak yutma denilen kavramı gerçekleştirir ve çekimsel merkezine hapsederek kütlesini çoğaldırır. Bu çekim kuvveti nedeni ile bir kütleye sahip her cisim olay ufku içerisinde kara deliğin çekimsel tekilliğine çöker ve başka bir deyiş ile yok olur. Kara deliklerin bulunmasında kullanılan görsel yöntemlerden sadece biri işe yaramaktadır. Bir yıldızı yisme bir gezegeni bulmaya benzememektedir kara deliği bulmak çünkü ışıkta bir kütleye sahiptir ve kara deliğin olay ufkunda ışıkta yok olmaktadır.
Bir cismi bizim görmemizin kuramda ışığın yansımasıdır. Bir cisim üzerine ışık düşüyorsa, yüzeyden çevreye ışık yansır ve bu yansımanın eriştiği yerlerden bu cisim görülebilir. Ay tutulması, güneş tutulması bu esasa dayanmaktadır. Bir kara deliği bizim görebilmemiz için kara delik içerisinden bir ışık demetinin yansıması gerekmektedir. Bu noktada yansıma olarak deyim ettiğimiz gidişat, kara deliğin olay ufku içerisinde bulunan bir ışık demetinin olay ufku dışına çıkailmesi ile mümkündür. Bu ise yukarıda belirttiğimiz üzere kaçış sürati nedeni ile olasılık sahibi bir gidişat değildir. Bu nedene kara delikleri bütün anlamıyla bir yıldızı yisme bir gök cismini görebildiğimiz gibi teleskopla bakarak görebilmek mümkün değildir.
Kara deliklerin evrende tespit edilmesi için bazı değerlerin evrenden okunabiliyor olması gerekli. Telescope Imaging Spectrograph STIS isimli uzay teleskopu kara delik avcısı olarak görev yapmaktadır. Görünür dalgalar, ultraviyole ve kızılötesi dalgaları yakalayarak kaydeder hafızasına. Bu biçimde altta bilgilen yöntemlerin uygulanabilmesi için taşıt görevi görmektedir. Bu teleskopun kara deliklerin bulunmasında etkin ve öncü bir görevi vardır bu nedenle. Bu teleskop uzayda bu yöntemle hareket eden gökcisimlerinin period süratlerinı elde edebilir. Yüksek süratlerde dar bir yörünge üzerinde dönen cisimlerden ve kara delikler çevresinde oluşan gaz-toz dumanlarından kara deliklerin bulunmasını sağlar. STIS teleskopunun elde ettiği değerlerden çıkan sonuçlara göre M84 galaksisinin merkezindeki bir süperkütle kara deliğinin çevresindeki uyduların dönüş sürati 400 kilometre/s ve Dünyamızın Güneş çevresinde dönüş sürati 30 kilometre/s olduğu görülmüştür. Bu kara deliğin etkisinde olsaydık, yani Güneş’in çevresinde Dünyamız 400 kilometre/s sürat ile dönüyor olsaydı bir yıl sadece 27 gün uzunluğunda olacaktı[11]. Bu sansasyonel bilgilerin ve kara delikler ile ilgili bilinmesi gereken parametrelerin eldesi için STIS teleskopu yeri doldurulamaz bir değer taşımaktadır.
Kara deliklerin bulunması ile ilgili bir çok kuram ortaya atılmıştır ancak günümüzde sadece bir kaçı kullanılmaktadır yaygın olarak. Makalenin asıl emeli bu yöntemleri anlatmaktı ve artık bu yöntemleri açıklayabilecek ön bilgiye sahibiz.
1- X-ı’ınları yöntemi
Kara deliklerin bulunması için en tesirli, dolayısıyle en tesirli yöntem X-ışınları yöntemidir. Evrende ilk kara delik bu yöntem ile bulunuştur 1970’li yıllarda Cygnus X-‘deki kara delik X-ışınları spektrumlarının yoğun geldiği alanın araştırılması ile bulunmuştur[12].
Kara delikler olay ufku içerisinde bir kütleye sahip tüm cisimleri çekimsel tekilliğe çekerken, yutulan cisimler disk olay ufku içerisinde merkeze çekilen cisimlerin açısal bir momentum kazanarak emin bir yarıçap içerisinde dönerek çekildiği sırada oluşturduğu alan bkz.biçim 3 içerisinde yüksek bir ısı enerjisi sarihe çıkarırlar. Bu ısı milyar derecelere yükseldiğinde ise ışımalar x ışımaları şeklinde olur[13]. Sadece kara delikler x ışını yaymamaktadır. Nötron yıldızları aynı biçimde X-ışınları yaymaktadır. Bu nedenle yoğun X-ışınlarına rastlanılması gidişatında, bu X-ışınları sadece iki cisimden geliyo olabilir. Bunardan biri kara delik, ötekiyi ise nötron yıldızlarıdır. Bu noktadan sonra yoğun X-ışınları görüldüğünde nötron yıldızları ile kara delik ayrımı yapmak gerekir. Bu ayrım kütle farkıdır. Nötron yıldızları 3,3 güneş kütlesi üzerine çıkamaz. 3,3 güneş kütlesi nötron yıldızları için bir sınır kütledir[14]. Bu nedenle kütle incelenir. Şayet X-ışınlarının kaynağının kütlesi 3,3 güneş kütlesinin üstünde ise bu bir kara deliktir. X-ışınlarının kara deliklerin çevresinde sürekli ve yoğun yayılımı kara delik bulgularınde anahtar yöntemlerden biridir.
Bir yıldızın kütlesi hesaplanırken bilinmesi gereken 2 parametre vardır. Bunlardan birincisi orbital periodu Porb, ötekiyi ise doppler süratidir Kc= v sini. Burada i orbital yüzeyinin meyil açısıdır ve optik bazı analizler sonucu bulunur. Bu iki parametre bilindikten sonra alttaki yöntem uygulanılarak yıldız kütlesi bulunur:
fM = Kc3Porb / 2’G = Msin3i / 1+Mc/M2
Burada Mc yıldızın kütlesini, M sıkıştırılmış nesnenin kütlesini ve G yerçekimi sabitini sembolize etmektedir[15].
Çift yıldız dörtlükleri gökadamızdaki kara deliklerin keşfedilmesine büyük olanak sağlamaktadır. X-ışınları yönteminin uygulanabilmesini sağlayan uydular 1990’lı yılların ortalarına gelindiğinde X-ışınların kaydedilmesi ile kara deliklerin incelenmesinde önemli katkılar sağlamaya başladılar[16]. Örneğin, bir kara delik bileşeni olan yıldızlardan gaz yakalandığında bu maddelerin yazgısı kara deliğin varlığını sarihe vurur. 1970’in başlarında UHURU uydusu fırlatıldıktan sonra Cygnus X-1’deki ışın kaynağı astronomların ilgisini çekti. Bu kaynak çok yeğin ve düzensiz olarak dokunuşan X-ışını yaymaktadır. Bu X-ışını her 10 milisaniyeden kısa bir zamanda titreyerek yayılmaktadır. Hiçbir cisim ışık süratindan daha süratli hareket edemeyeceği için bir cismin parlaklığını, ışığın bir cismi boydan boya kat etmesi için gerekli zamandan kısa bir zaman aralığında değiştiremez. Işık 10 milisaniyede 3000 kilometre yol kat ettiğinden Cygnus X-1 yer’den daha minik olmalıdır[17].
2- Çift yıldız yöntemi
Bu yöntem doğrudan gözlem emelli bir yöntemdir. Bu nedenle kara delik bulguyu için pek önemsenen bir yöntem değildir.
Biçim 3: Gaz ve bu gazların yaydığı varsayılan X-ışınlarına sahip kara delik diski[18]
Kara delikler oluşmadan önce birer yıldız olduklarını yukarıda görmüştük. Evrende yıldızların çiftler halinde bulunmaları bize kara deliklerin keşfedilmesinde diğer bir yöntemi sunmaktadır. Çiftler halinde gezen yıldızlardan biri iç ve dış kuvvet dengesini koruyamayarak içe çökme gerçekleştirip bir kara deliğe dönüştüğünde, yıldız diğer çiftinden madde emmeye başlar. Çift yıldızlardan biri kara deliğe dönüşünce diğer yıldızdan kara deliğe doğru madde akışı olur ve bu maddeler kara delik diskinde toplanır bkz biçim 3. Bu diskte madde birikimi olur ve bu nedenle bu disk katılım diski olarak adlandırılır. Gözlemler ile çift yıldızlar incelenir. Yıldız çiftlerinin kütlelerinin incelenmesi ile kütle farkı bir kara delik yaradılışınu işaret eder. Bu gözlemin devamı olarak, yukarıda belirttiğimiz X-ışını gözlemi yöntemi kullanılarak kara delik bulunur.
Bu kara yöntemde X-ışınları bir teyit yöntemi olarak kullanılır. Yıldız çiftleri incelenir gözlemsel olarak. Yıldızların yörüngeleri incelenirken, evrende çiftler haline gezen birbirinin uydusu olan ikiz yıldızlar yıldızlardan ötekiyinin gözlemsel olarak bulunamaması halinde bu yıldızın kara deliğe dönüşmüş olabileceği olasılığı gözönüne alınır ve X-ışınları yöntemi bu evreden sonra uygulanır[19].
3- Yörünge yöntemi
Bu yöntem kaynaklarda bilgisine çok nadir rastlanabilen ve çift yıldız yöntemine benzer bir diğer yöntemdir. Bu yöntem doğrudan gözleme dayandığı gibi aynı biçimde bazı teorik hesaplamalarda gerektirir.
Bu yöntemde çift yıldız yöntemi gibi çift yıldızları kapsar. Çift yıldızlardan gözlemlenenin kütlesi, sürati ve yöngesi incelenir. Bu incelemeler sonucu bazı hesaplamalar yapılarak yıldızın diğer çiftinin olması gerktiği yörünge incelenir. Yörünge içerisinde bulunamaması diğer çiftinin bir kara delik olduğunu gösterir. Ancak bu yöntemde incelenen 3 parametre, daha çok, yıldızın diğer çiftinin bir karadeliğe dönüşmüş olup olmadığına yönelik değil, bu çift yıldızın periodik zaman aralıklarında gözlemlenmeleri ile ilgilidir. İncelenen bir yıldızın diğer çiftinin bir kara delik olma olasılığı çok düşüktür ancak diğer çifti ile yörüngede gezmeleri incelendiğinde gözlem noktası ile bu yörünge içerisinde bir kara delik olma olasılığı daha yüksektir. Yörüngede gezme süratleri hesaplanır ve gözlem yapılır. Şayet gözlemler sırasında yörüngede gezen çift yıldızlardan birisi emin aralıklarda görünürlüğünü kaybederse, bu doğrultuda yıldızdan gelen varsayımsal ışık demetinin yutulduğu farkedilir. Bu yutulma sadece yön üzerindeki bir kara delik nedeni ile olmuş olabilir[20].
Bu gözlemsel deneyin doğrulanması için X-ışınları yöntemi kullanılır. Bu yöntemde kara deliklerin bulunmasında bir diğer yöntem olarak bilinir.
4- Işığın eğilmesi
Kara deliklerin bulunmasında bir çok kaynak X-ışınları dışında bir yöntem belirtmemektedir ancak bazı resmi kaynakların belirttiği bazı ek yöntemleri yukarıda belirttik. Bu noktada ise son yöntem olan ışığın eğilmesi ile kara deliklerin varlığını farketme yöntemini anlatacağız. Bu yöntem bir kara deliğin varlığının tamamen görsel bir sonucudur.
Varsayımsal ışık demeti bir gezegeninden gözlemciye gelirken lineer bir yol izleyerek gözlemciye erişir. Işığında bir kütleye sahip olduğunu ve kara delikler tarafından bükülebildiğini incelemiştik yukarıda. Öyleyse lineer doğru üzerinde olası bir kara delik, gezegenin doğrudan görünmesini engeller. Gezegenden yayılan ışık demetleri tek bir doğru üzerinde değil, saçılım şeklinde 3 boyutlu bir dağılım göstermesi nedeni ile varsayımsal ışık demetinin bir kısmı kara delik tarafından Gözlemciye erişen ışık demeti için 3 kritik değişken söz konusudur. Bu üç değişken lineer bir doğru olarak düşündüğümüzde gezegen ile kara delik arası uzaklık, kara delik ile gözlemci arası mesafe ve gezegenin büyüklüğüdür. Bu değişkenlere bağlı olarak kara deliğinde çekim gücü ile gözlemci biçimde de görülebileceği gibi ışığın bükülmesi nedeni ile gezegeni iki ayrı yerde görür. Gezegenin varsayımsal ışık demeti kara deliğin iki ayrı bölgesinden bükülerek gelir ve bir noktada kesişir. Bu noktadan incelemesini yapan gözlemci gezegeni ikiz gezegen olarak yani aynı kütlede aynı yörüngede aynı hacimde iki ayrı noktada görür. Işığın bükülmesini doğrudan farkedemeyen gözlemci teorik hesaplamalar sonucu ikiz gezegeni keşfeder. Ancak bu görünenin ikiz gezegen olması mümkün değildir çünkü bu eş gezegenlerin nedeni ikiz gezegenlerin bütün arasında olduğu varsayılan bir nokta ile gözlemci arasından geçen lineer bir doğru üzerindeki bir kara deliktir.
Bu yöntem resmi kaynaklarda bulunmayan bir yöntemdir. Uygulanmış bir örneği diğer 2 yöntem gibi yoktur. Tüm bu yöntemler bizlere kara deliklerin varlığını gösterir ve onları bulmamızı sağlayan yollar sunar.
Çıkarsamalar ve tartışmalar
Yukarıda açıklamaya çalıştığım yöntemler günümüzde kara deliklerin evrende yerlerinin tespiti için uygulanılan uygulamalardır. Bu uygulamalar içerisinde dördüncü yani ışığın eğilmesi ile kara deliğin varlığının teyit edilmesi yöntemi kaynaklarda yer almayan bir uygulamadır. Bir çok fizik kitabından veya fizik bilgimizden doğruluğunu kolaylıkla kabul edebileceğimiz bu uygulamanın kara deliklerin varlığında ve kara deliklerle ilgili araştırmalarda herhangi bir başkalaşıma veya yeni bir adıma önayak olmayacağı kesindir. Ancak bu gidişat bahsettiğimiz bu uygulamanın bazı görsel sonuçları olduğunu değiştiremez.
Gezegenden gözlemciye yansıyan ışığı, gezegenden gözlemciye değil, gözlemciden gezegene doğru giden bir varsayımsal ışık demeti olarak düşünürsek, gezegenin ancak çok özel bir vaziyette ikiz gözükebileceğini daha iyi anlarız. Bu özel gidişat, kara deliğin bütün olarak gözlemci ile gezegenin merkezinde olması gidişatıdır. Denk uzaklık ve denk yükseklikte x ve y koordinat sistemi olarak düşündüğümüzde bütün olarak merkez noktada olması gidişatında gözlemci iki ayrı yönde de biçim 4’de gözüktüğü gibi denk büyüklükte görebilir. Diğer vaziyetlerde, yani gözlemcinin bulunduğu nokta ile gezegenin merkezini bir lineer doğru olarak düşündüğümüzde bu lineer doğru şayet kara deliğin merkezinden geçmiyorsa bu vaziyette gezegen yine 2 tane gözükmesine rağmen değişik boyutlarda gözükecektir. Bunun nedeni kara deliklerin olay uykundan çekimsel tekilliğe doğru gidildikçe çekim kuvvetinin lineer olarak değil eksponansiyel olarak artmasıdır. Bu vaziyette kuramsal olarak, kara deliğin merkezinden 2 kilometre uzaklıkta bir cisim bulunduğunu düşünelim. Bu cismin kara deliğin merkezine doğru 10 metre yaklaşması gidişatında x N kadar bir çekim kuvveti çoğalışı olduğunu varsayalım. Diğer bir gidişat için başka bir cismin kara deliğin merkezinden 4 kilometre uzaklıkta bir noktada bulunduğunu varsayalım. Bu cismin kara deliğin merkezine doğru yine 10 metre gittiğini varsayarsak, bu cisme uygulanan çekim kuvvetindeki çoğalış x N’dan daha düşük olacaktır.
iyi anlayabiliriz. Burada soldaki büyük çember gezegeni ortadaki minik çember kara deliği ve sağdaki koyu renkli alan ise gözlemciyi temsil etmektedir. Sarı çizgi gezegenin merkezi ile gözlemci arasındaki varsayıma bağlı lineer doğrudur ve mavi ile kırmızı yuvarlaklar ise gözlemcinin gezegeni nerelerde ve ne boyutlarda gördüğünü göstermektedir.
Yukarıda belirttiğim gidişatı gözönüne alarak bu cismi bir ışık demeti olarak düşünelim. Şayet gezegenin merkezi ile gözlemci arasındaki varsayımsal lineer doğru kara deliğin bütün olarak üzerinden geçmiyorsa, bu vaziyette gözlemci kara deliği iki ayrı taraftada görebilmek için yukarı veya alt yöndeki bakış açısını değiştirmesi gerekecektir. Gözlemcinin denk açılarla yukarı ve alt bakmaması gidişatında gözlemciye gelen ışık demetleri kara deliğin merkezinden değişik uzaklıklardan geçecektir. Gözlemci yukarı yönlü baktığında biçim 5’deki gibi ışık demetleri eğilerek gelen ışık demetlerini görecektir ve burda gezegenin küçük görüntüsü oluşacaktır. Bunun nedeni kara deliğin yuarısından geçen ışık demetleri altından geçen ışık demetlerine göre daha yakındır kara deliğe. Yukarıdaki ışık demetleri arasındaki mesafe çekim etkisiyle daha düşük olacaktır ancak alttaki ışık demetleri arasındaki mesafe yukarıdakine göre daha büyük olacaktır çünkü birim uzaklıkta dokunuşan çekim kuvveti yukarıdaki bölgeye göre daha düşüktür kara deliğe yukarıya nazaran daha uzaktır alttaki ışık demetleri. Bu nedenle biçim 5’de görüldüğü gibi gözlemcinin altta gördüğü gezegen yukarıda gördüğü gezegene göre daha kbüyük ve daha yakında olacaktır. bu meyiller tamamen varsayımdır ve görsellik emelli yapılmıştır. Bu nedenle ışığın meylinin bu kadar olabileceği veya olamayacağı gözardı edilmiş, tamamen kuramsal düşünülmüştür.
Sonuç olarak şayet bir gözlemcinin bakış açısı üzerinde kara delik varsa, kara deiğin çevresinde ikinci bi eşi bulunan gezegenler, yıldızlar veya gökcisimleri görmesi olasıdır. Bunarın boyutlarının aynı olmayışı nedeni ile ayırt edilmesi güç olsisme bu çift gök cisimleri kara deliklerin bir sonucu olabilir buna benzer vaziyetlerde.
Sonuç
Makalede anlatıldığı üzere kara delikler sadece Genel Görelilik teoriyinın bir sonucu değildir. Kara delikler gerçekte de vardır ve tahlilciler tarından gözlemlenebilir kozmolojik yapılardır. Kara deliklerin mantığını, yapılarını, özelliklerini ve etkilerini inceledikten sonra evrenin bizlere incelenecek öğrenilecek bilgilerde sınır tanımadığını görebiliriz.
Sonuç olarak, şayet büyük kütleli bir kara delik etrafında dolanan büyük ölçüde bir madde varsa gaz, toz ve hatta yıldızlar, bu maddenin kara deliğe yakın bölgedeki süratli hareketleri, saldıkları ışınımın tayfındaki çizgilerin kayması yoluyla gözlemlenebilir. Bu çizgilerin bulguları gün geçtikçe çoğalmaktadır. Buradan da kara deliklerin evrende çok da az rastlanır gök cisimleri olmadıkları sonucuna erişilebilir. Ancak, bu kanıtlar dolaylı yollarla elde edilir ve bu yüzden de güvenilir sonuçlar elde edilemez. Kara deliklerin gerçekten var olduklarını doğrulamak için yaradılış ve diğer maddelerle etkileşim aşamalarında ürettikleri çekimsel dalgaları gözlemleyebilmemiz gerekmektedir.Şayet bilim adamları yeterli duyarlılıkta bir çekimsel dalga dedektörü yapabilirlerse, çöken bir yıldızdan oluşan kara delikler tarafından üretilen uzay-zamandaki titreşimleri ölçebilirler[21].
Prof. Dr. Gülçin Özürlan Ağaçgözgü’ye, Uzay Jeofiziği dersinin proje prosedürünün dışında olmasına rağmen bu makaleyi kabul ettiği için teşekkür ederim.
Referanslar
[1] http://www.qrg.northwestern.edu/projects/ vss/docs/space-environment/2-whats-escape-velocity.html
[2] Gott J.R., 2006, Time Travel in Einstein’s Universe: The Physical Possibilities of Travel Through Time, 39-43
[3] http://scienceblogs.com/startswithabang/ upload/2009/11/falling_into_a_black_hole_suck/dec07_1_10.gif
[4] http://anasayfa.astrobiyoloji.com/astrofizik/ kara-delikler-ve-g%C3%B6zlem-y%C3% B6ntemleri
[5] http://derman.science.ankara.edu.tr/kitap/53. html
[6] http://people.sabanciuniv.edu/ekalemci/ publications/KARADELIKLER_kalemci.pdf
[7] http://tr.wikipedia.org/wiki/Kara_delik# endnote_34
[8] http://physics.technion.ac.il/~school/ blackhole_diagram.jpg
[9] Beiglböck W. Ve diğ., 2009, Physics of Black Antreyes, 472-485
[10] http://www.uzayveastronomi.com/2008 /01/06/butun-kara-delikler-nereye-gitmis/
[11] http://amazing-space.stsci.edu/resources/ explorations/blackholes/teacher/sciencebackground.html
[12] Bolton, C.T., 1972, Identification of Cygnus X-1 with HDE 226868, Nature, 235, 271-273
[13] Dermer C.D., 2009, High Energy Radiation from Black Antreyes, 160-162 [14] R[20].
[15] Talazan, P., 2009, Some Physical Effects of Black Antreyes: Theory and Observations, 5
[16] Melia F., 2007, The Galactic Supermassive Black Antreye, 59
[17] http://gokbilim.com/astronomi/karadelik
[18] http://www.uzayveastronomi.com/wp-content/uploads/2009/01/resim1.jpg
[19] http://people.sabanciuniv.edu/ekalemci/ publications/KARADELIKLER_kalemci.pdf
[20] http://www.uzayveastronomi.com/2008/ 01/06/butun-kara-delikler-nereye-gitmis/
[21] http://archive.ncsa.illinois.edu/Cyberia/ NumRel/BlackHoleHowSee.html