Hem de sadece 0.23 nanometrelik küçük bir yarıçap ile.
Bir sanatçının bir kara delikten güç alan bir kuasar tasviri.ESO/Wikimedia Commons
İnsanoğlu ilk çağlardan beri evrendeki en öngörülemeyen ve rahatsız edici olayları açıklamak istemiştir. Astronomi çalışmaları tüm uygarlıklarda olmasına rağmen, kuyruklu yıldızlar veya tutulmalar gibi daha “öngörülemeyen” astronomik olaylar “talihsizlik alametleri” ve/veya “tanrıların gazabı” olarak kabul edildi.
1066’da, Fatih William’ın Norman istilası sırasında Sakson kralı II. Harold’ın düşüşü, bir kuyruklu yıldızın (daha sonra “Halley” olarak yeniden adlandırılan) geçişinin kötü bir alâmet olmasına bağlandı. Ve 939’da II. Leon Ramiro’nun birlikleri ile Halife Ad al-Rahman arasındaki Simancas savaşı (Valladolid, İspanya) sırasında, bir tam güneş tutulması her iki taraftaki birlikler arasında paniğe neden olarak savaşı birkaç gün geciktirdi.
Öyleyse atalarımız, ışık da dahil olmak üzere içlerine düşen her şeyi yutabilen nesnelerin – sözde kara delikler – evrendeki varlığına nasıl tepki verirdi?
En büyük kara delikler zaten tespit edilmiş ve hatta fotoğraflanmış olsa da, son çalışmamda gösterdiğim gibi, potasyum atomu boyutunda (0.23 nanometre yarıçaplı, metrenin 0.23 milyarda birine eşdeğer) küçük kara deliklerin imkanına ilişkin kanıtlar var. Bu atomik büyüklükteki kara delikler, Big Bang’in ilk anlarında oluşmuşlardır ve hatta evrenin karanlık maddesinin bütününü içeriyor olabilirler.
Fotoğraf çekmek
2019 yılında, dünyanın farklı yerlerinde bulunan sekiz radyo teleskopunun işbirliğiyle devasa bir kara deliğin (Güneşimizden 6,5 milyar kat daha büyük kütleli) ilk fotoğrafı çekilebildi. Bizden yaklaşık 55 milyon ışıkyılı uzaklıktaki (bir ışıkyılı yaklaşık 9,5 trilyon kilometrelik bir mesafeye karşılık gelir) Messier 87 galaksisinin merkezinde yer almaktadır.
Fotoğraf kelimesinin italikleri tesadüf değildir: Işığı yakalayan ve dolayısıyla resim oluşturmak için ışığı kullanan kameralar tarafından görülemeyen bir nesnenin fotoğrafı nasıl çekilebilir? Cevap basit: Nesnenin kendisini değil, bu kara delikler tarafından yutulan yıldız kalıntılarını gözlemliyoruz.
Bu yıldız maddesi, kara deliğin etrafında muazzam hızlarda döner ve parlaklığı bir milyon santigrat derece sıcaklığa ulaştığında tespit edilebilir. Kara deliği çevreleyen madde diskine “toplanma diski” denir ve kara deliğin kenarı olarak kabul edilir – bir kez geçildiğinde hiçbir şey kendisinden kaçamaz, buna olay ufku diyoruz.
M87 galaksisinin merkezinde bulunan süper kütleli bir kara deliğin görüntüsü. Kaynak: EHT İşbirliği
Yukarıdaki görüntüde M87’de bulunan kara deliğin toplanma diskini ve olay ufkunu görebilirsiniz.
İlkel kara delikler
Evrendeki karadeliklerin önemli kısımları, son evrelerinde tüm yakıtlarını tüketen yıldızların kütleçekimsel çöküşüyle oluşmuştur: bunlara “yıldız karadelikleri” denir. Tüm yıldızlar yaşamlarının sonunda karadeliğe dönüşmezler; bir yıldızın çekirdeği iki veya üç güneş kütlesinden daha az olduğunda, bir yıldız kara deliği oluşamaz.
Yani, altında kalındığında bir yıldızın bir kara deliğe dönüşemeyeceği minimum bir yıldız kütlesi vardır. Örnek olarak, Güneşimiz ömrünün sonunda asla kara deliğe dönüşmeyecek, ancak kırmızı süperdev Betelgeuse gibi diğer büyük yıldızlar kaçınılmaz olarak karadelik olacak.
Ayrıca, adından da anlaşılacağı gibi, evrenin ilk başladığı Büyük Patlama’nın ilk anlarında yaratılan ve teorik olarak herhangi bir kütleye sahip olabilen “ilkel” veya “primordiyal” kara delikler olarak adlandırılan başka kara delikler de vardır. Boyutları atom altı bir parçacıktan birkaç yüz kilometreye kadar değişebilir.
Ve kara delikler söz konusu olduğunda, süper kütleli olanlar neredeyse hiç radyasyon yaymazken, en küçük olanlar en fazla radyasyonu yayar. neredeyse hiç radyasyon yaymayan ama her şeyi, hatta ışığı bile hapseden süper kütleli kara delikler nasıl mümkün olabilir?
Cevap, 1970’lerin ortalarında fizikçi Stephen Hawking tarafından sağlandı. Bir kara deliğin olay ufkunun yakınındaki kuantum etkilerinin, ondan kaçabilecek parçacıkların emisyonunu üretebileceğini öne sürdü. Yani başka hiçbir yolla kütle kazanmayan kara delikler giderek kütlelerini kaybedecek ve sonunda buharlaşacaktır.
Stephen Hawking, kara deliklerin kütlelerine bağlı olarak radyasyon yayabileceğini öngördü. Kaynak: ESA
Hawking radyasyonu düşük kütleli kara deliklerde daha belirgindir: milyon güneş kütleli süper kütleli bir kara deliğin buharlaşma süresi 36×10 üzeri 91 saniyedir (evrenin şu anki yaşından çok daha uzun).
Öte yandan, 1.000 tonluk bir gemiye eşdeğer kütleye sahip bir kara delik, yaklaşık 46 saniyede buharlaşacaktır.
Bir kara delik buharlaşmasının son aşamalarında patlayacak ve büyük miktarda gama ışını (X-ışınlarından bile daha yoğun bir radyasyon) yayacaklardır.
Atom boyutunda bir ilkel kara delik yakalamak
Peki, atomik boyuttaki delikler tamamen buharlaşmadan önce nasıl kanıtlanabilir?
Atom büyüklüğündeki kara deliklerle ilgili yapılan son çalışmada, bu küçük kara deliklerden birinin süper kütleli bir kara delik tarafından yutulduğu bir astrofizik senaryosu sunuldu. Atom büyüklüğündeki kara delik, süper kütleli olanın olay ufkuna yaklaştıkça, Dünya’dan tespit edilebilecek Hawking radyasyonunun oranı, bir ışık ışını boyutuna ulaşana kadar yavaş yavaş azalmaktaydı.
Aşağıdaki animasyon, yukarıdaki işlemi daha ayrıntılı olarak göstermektedir.
Süper kütleli bir kara delik tarafından atom boyutunda ilkel bir kara deliğin yakalanması.
Bu ışın, astronomik gözlemevlerinde halihazırda ölçülen termal gama ışını patlamaları (GRB’ler) ile uyumludur. bu GRB’ler henüz keşfedilmemiş ve büyüleyici bir evrenin karanlık maddesi için ciddi adaylar olan bu tür küçük kara delikler için deneysel bir kanıt oluşturur.
Bu makale, Creative Commons lisansı altında The Conversation’dan yeniden yayınlanmıştır.
