Kara Delikler Hakkında Bildiğimiz 10 Şey

Kara Delikler Hakkında Bildiğimiz 10 Şey

Kara Delikler Hakkında Bildiğimiz 10 Şey

Kara delikler, kısmen yakındaki tüm ışığı hapsettikleri gerçeğinden dolayı Evrendeki en gizemli nesnelerden bazılarıdır - bu, onları geleneksel yöntemlerle asla tam olarak göremeyeceğimiz anlamına gelir. Ancak bu, bilim adamlarının bu devasa kozmik devler hakkında tamamen karanlıkta oldukları anlamına gelmez.

Kara delik kavramı ilk kez 1915'te Albert Einstein tarafından ortaya çıkarılan genel görelilik denklemlerinin çözümleriyle ortaya çıktığından beri, gökbilimciler ve astrofizikçiler kara delikleri teoriden ve salt matematiksel bir olasılıktan gerçeğe dönüştürdüler.

Bilim adamları kara deliklerin doğum süreçlerini formüle ettiler, onları tanımlayan özellikleri öğrendiler ve süper kütleli versiyonların çoğu galaksinin kalbinde yer aldığını fark ettiler. Bu kara deliklerin bazılarının açgözlülükle madde tükettiğini ve binlerce ışıkyılı boyunca uzayabilen patlamalara güç verdiğini bile biliyoruz .

2019'da, Event Horizon Telescope (EHT) kullanarak bilim adamları, bir kara deliğin ilk doğrudan görüntüsünü yakalayabildiler - Messier 87 (M87) galaksisinin kalbindeki süper kütleli kara delik. Ve sadece bu yıl, aynı işbirliği, kendi Samanyolu'muzun kalbindeki kara deliği görüntüleyerek bu başarının zirvesine çıktı. Saggitarius A* adlı kara deliğin bu görüntüsü, bir dönüm noktasını ve kara delik anlayışımızda ne kadar ilerlediğimizi temsil ediyor. Ama daha öğrenecek çok şey var.

Kara delik nedir?

kara-delik-nedir.jpg

Kara delikler ilk olarak Einstein'ın kütlenin uzay-zamanın dokusu üzerinde fiziksel bir etkiye sahip olduğunu belirten genel görelilik teorisi tarafından tahmin edildi - birleşik üç uzay ve bir zaman boyutu.

Genel görelilikten önce, bilim adamları uzayı basitçe Evrendeki olayların gerçekleştiği aşama olarak görüyorlardı. Einstein bunu rafine etti, uzay büyük bir kozmik üretimde oyuncu oldu. Bunu anlamanın en basit yolu fizikçi John Wheeler'ın bir sözüdür : "Uzay kütleye nasıl hareket edeceğini, kütle ise uzaya nasıl eğrileceğini söyler."

Bu etkileşim için iyi bir benzetme, üzerine artan kütleli topların yerleştirildiği gerilmiş bir kauçuk levhadır. Tıpkı bir yıldızın uzay-zamanda bir gezegenden daha büyük bir eğriye neden olması gibi, basketbol da tenis topundan daha büyük bir çukura neden olur.

Bir kara delik, bu kauçuk tabakanın üzerine bir bowling topu düşürmeye benzer. O kadar derin bir çukura neden olur ki, yanından geçen herhangi bir nesne yönlendirilir. Teknik olarak aynı düz yolu izler, ancak üzerinde hareket ettiği kumaş değişir. Bu, kara delikler ve muazzam kütleye sahip diğer nesneler tarafından ışığın bükülmesine benzer - "yerçekimi merceklenmesi" olarak adlandırılan bir fenomen. Bu uzay-zaman "dişine" çok yakın geçmek, kalbine tek yönlü bir yolculuk anlamına gelir.

Bu benzetmenin bize söylediği, kara deliklerin - yıldızlar veya gezegenler ve hatta onların yakın kuzenleri, nötron yıldızları gibi - gerçekten "nesneler" olmadığıdır. Bunlara "uzay-zaman olayları" demek daha doğrudur. Kara deliklerin yalnızca üç ölçülebilir özelliği vardır: kütle, açısal momentum (veya dönüş) ve elektrik yükü.

kara delikler nasıl oluşur?

kara-delikler-nasil-olusur.jpg

Bir kara deliğin yaratılması , özünde çok büyük yıldızların yaşam döngüsüne bağlıdır. Bir yıldızın ana dizi ömrü olarak bilinen süre boyunca, nükleer füzyon adı verilen bir süreç için yakıt olarak hidrojen kullanıyor. Nükleer füzyon sadece hidrojen atomlarının füzyonu helyum oluşturarak daha ağır elementler yaratmakla kalmaz, aynı zamanda yıldızın kendi kütlesinin neden olduğu yerçekiminin içe doğru basıncına karşı koyan bir dışa doğru basınç yaratır.

Bu hidrojen ancak çok uzun süre dayanabilir ve nükleer füzyon sona erdiğinde, yerçekimi çökmesine neden olan dışa doğru basınç da öyle.

Yıldızın çekirdeği çökerken dış katmanlarını dökerek kırmızı dev halini alır. Bu dış katmanlar, beyaz cüce adı verilen için için yanan bir çekirdek bırakarak dağılır ve soğur ve bu, düşük kütleli yıldızlar için son durumdur.

Bununla birlikte, daha büyük yıldızlar için, bu çöküş, çekirdeğindeki helyumu karbon gibi daha ağır elementlerle kaynaşmaya zorlamaya ve çöküşü durdurmak için yeterli dışa doğru basınç yaratmaya yetecek kadar basınç yaratır.

Yine, helyum bittiğinde çöküş tekrar meydana gelir ve daha ağır olan elementleri kaynaştırmak için yeterli basınç yaratır. Bu süreç, yıldızın merkezinde demir oluşana kadar devam eder. Yıldızlar bundan daha ağır elementleri birleştiremezler ve büyük bir süpernova meydana gelir, yıldızın kalan dış katmanlarını havaya uçurur ve geride bir yıldız kalıntısı çekirdeği bırakır.

Bazı yıldızlar için, elektronlar ve protonlar, tek bir çay kaşığının 4 milyar ton ağırlığında olacağı yoğun bir nötronca zengin madde çorbası oluşturmak için çekirdekte bir araya gelmeye zorlandıklarında çöküş durur . Bu, nötron yıldızı adı verilen bir nesne yaratır.

En büyük kütleli yıldızlar için bu bile toplam kütleçekimsel çöküşü engelleyemez. Bu yıldızlar yıldız kütleli kara delikler oluşturur.

Güneş asla bir kara delik olmayacak

gunes-asla-bir-kara-delik-olmayacak.jpg

Kısacası, güneşin "novaya" gidip bir kara delik yaratıp yaratmayacağı sorusunun cevabı "hayır"dır. Yaklaşık 4,5 milyar yıl içinde yıldızımızın hidrojeni bitecek ve helyuma dönüşecek ve şişerek kırmızı bir deve dönüşecek. Dış katmanları, Mars'ın yörüngesi etrafında bir mesafeye yayılacak ve Dünya da dahil olmak üzere iç gezegenleri tüketecek.

Bu dış katmanlar, gezegenimsi bir bulutsu ile çevrili bir soğuyan beyaz cüce bırakarak soğuyacak ve yayılacaktır. Ve güneş ve kütlesinin diğer yıldızları hayatlarını böyle sonlandırıyor.

Yıldızların nihai kaderini belirleyen sınır çizgisi, Chandrasekhar sınırıdır . Subrahmanyan Chandrasekhar tarafından 1931'de hesaplanan bu limit, güneşin kütlesinin 1,4 katı olarak kabul ediliyor. Bunun altında elektron dejenerasyon basıncı denen bir fenomen daha fazla çökmeyi önlemek için yeterlidir.

Bazı beyaz cücelerin Chandrasekhar sınırını geçmenin bir yolu var. Başka bir yıldızla yakın bir ikili sistemdeki beyaz cüce, malzemeyi eşinden uzağa sürükleyebilir - bariz nedenlerle donör yıldız olarak bilinir. Bu, beyaz cücenin Chandrasekhar sınırını aşacak kadar kütle kazanmasına ve onu daha egzotik bir yıldız kalıntısı olma yolunda ilerlemesine yardımcı olabilir.

Tanımlanan kara deliklerin yaratılmasıyla, anatomilerini ve özellikle onları tanımlayan genel göreliliğin öngördüğü iki tekilliği dikkate almanın zamanı geldi.

Süper kütleli kara delikler çoğu galaksinin kalbinde yer alır

super-kutleli-kara-delikler-cogu-galaksinin-kalbinde-yer-alir.jpg

Tüm kara delikler eşit ölçüde yaratılmamıştır veya mevcut değildir. Güneşin kütlesinin 3 ila 10 katı arasında değişen yıldız kütleli kara deliklere ek olarak , süper kütleli kara delikler, yıldızımızın kütlesinin milyonlarca, hatta milyarlarca katı kütleye sahiptir. Orta büyüklükte veya orta kütleli kara delikler de mevcuttur, ancak bunların tespit edilmesi çok zor olmuştur.

Süper kütleli kara deliklerin varlığı, çökecek ve inanılmaz derecede büyük bir uzay-zaman olayı yaratacak kadar büyük olabilecek bir yıldız olmadığı için astrofizikçiler için bir sorun yaratıyor.

Süper kütleli kara deliklerin oluşumu için sahip olduğumuz en makul mekanizmalardan biri hiyerarşik birleşme fikridir. Bu, benzer büyüklükteki kara deliklerin birleştiğini ve süreç içinde büyüdüğünü ve bazen daha küçük kara delikleri yuttuğunu gösteriyor.

Bu teori, süper kütleli karadeliklerin, Evrenin izin verdiği kozmik zaman ölçeklerinde bile nasıl bu kadar muazzam boyutlara ulaştığını açıklamakta zorlanıyor.

Süper kütleli kara delikler hakkında kesin olarak bildiğimiz bir şey, çoğu büyük galaksinin merkezinde yer almalarıdır.

Bu, 2019'da EHT , M87 galaksisinin kalbindeki süper kütleli kara deliğin bir görüntüsünü yakaladığında şaşırtıcı bir şekilde doğrulandı . Dünya'dan 55 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan bu devasa kara delik, 6,5 milyar güneşe eşdeğer bir kütleye sahip. Bu kara delik, etrafındaki alan her yöne güçlü radyasyon yayarken, maddeyi açgözlülükle tüketiyor.

Samanyolu'nun kalbinde kara delik var

samanyolunun-kalbinde-kara-delik-var-001.jpg

Karadeliğe dışarıdan yaklaşıldığında karşılaşılan ilk tekillik olay ufku olarak bilinir. Fizikçiler artık bunun akıllıca bir koordinat seçimiyle ortadan kaldırılabileceğini bildiklerinden, bu gerçek bir tekillik olarak kabul edilmez.

Ancak bu, kara delikleri anlamak açısından olay ufkunun önemsiz veya önemsiz olduğu anlamına gelmez. Olay ufku, bir kara deliğin çekim etkisinin o kadar güçlü hale geldiği ve ışığın bile onun pençelerinden kaçamadığı noktayı temsil eder.

Kara delikleri bizim için görünmez yapan ve onların herhangi bir ışık yaymalarını engelleyen bu ışık tutan yüzey olay ufku .

Kaçış hızı kavramı, olay ufkunu anlamanın anahtarıdır. Bu değer, iki kez yerçekimi sabiti (G) çarpı söz konusu nesnenin kütlesinin yarıçapına bölünmesinin kare köküdür. Bu, Dünya için saniyede 11.550 metrelik bir kaçış hızı ile sonuçlanır. Bu, yarıçapı büyük ölçüde azaltılmış gerçekten büyük bir nesne için radikal bir şekilde büyür. Yarıçapı 2GM/c²'den küçük olan bir cismin kaçış hızı o kadar büyük olurdu ki, ışığın boşluktaki hızı bile (saniyede yaklaşık 300.000.000 metre) kaçmak için yeterli olmazdı.

Kara delikler böyle bir durum sunuyor. Schwarzschild yarıçapı (yerçekimi yarıçapı olarak da bilinir), olay ufkunun iç sınırını işaretler. Bu sınırı aşan madde ve enerji için, kalbinde yatan bir kara deliğin gerçek tekilliğine tek yönlü bir yolculuktur.

Fizik, bir kara deliğin kalbinde çöküyor

fizik-bir-kara-deligin-kalbinde-cokuyor.jpg

Bir kara deliğin ikinci tekilliğini ortadan kaldırmak için akıllıca bir koordinat seçimi yeterli olsa da. Şimdiye kadar, aynı şeyi merkezi tekillik için yapmakta bir başarı olmadı . Bu bir problem çünkü fizikçiler, genellikle bir teoride bir şeylerin eksik olduğunu gösterdiğinden, sonsuz olma eğiliminde olan hesaplamalardan hoşlanmazlar. Bu, tekilliği fiziksel bir konum olarak düşünmenin yanlış olduğu anlamına gelir, bunun yerine kütlenin yeterli hale geldiği ve yarıçapın sonsuz yoğunluğa ve dolayısıyla uzay-zamanı sonsuzca eğrilmesine neden olacak kadar küçük hale geldiği noktadır.

Bu, aynı zamanda bilinen fizik yasalarımızın da bozulduğu nokta olduğu anlamına gelir.

Tekilliği ele almadaki sorunun bir kısmı, genel göreliliğin - yerçekimi ve Evren'in büyük ölçeklerdeki en iyi tanımı - ve kuantum mekaniğinin - atom altı dünya hakkında sahip olduğumuz en iyi tanım - uyumlu olmaması gerçeğinden kaynaklanıyor olabilir.

Bir "kuantum yerçekimi teorisi"ne sahip olana kadar, sonsuz küçük ölçeklerde yerçekimine ne olduğunu bilemeyiz.

Merkezi tekillik hakkında fazla bir şey bilmesek ve olay ufku sayesinde onu asla "göremeyeceğiz" olsa da, Schwarzschild yarıçapının kaçınılmaz olarak ona doğru gideceğini geçen herhangi bir şey biliyoruz.

Kara delikler emmez

kara-delikler-emmez.jpg

Kara delikler elektromanyetik radyasyonda görünmüyorsa, onların var olduklarını nasıl bildiğimizi sormak adil bir soru olur mu? Neyse ki, bu devasa uzay-zaman olaylarının yakın çevreleri üzerinde şiddetli etkileri var - ve makbuzlarımız var.

Bu, özellikle kara delikler gaz ve tozla çevrili olduğunda geçerlidir. Açısal momentum nedeniyle, bu malzeme, toplama diski adı verilen kara deliğin etrafında dönen ince bir tekerlek şeklinde şekillendirilir .

Toplanma diskinden gelen malzeme yavaş yavaş kara deliğin yüzeyine beslenir ve bu gaz ve toz yok edildiğinden, X-ışınları da dahil olmak üzere yüksek enerjili ışık oluşturur. Bu içe doğru spiralleşme, malzemenin açısal momentumunu kaybetmesinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, etrafındaki her şeyi emen bir kara deliğin yaygın kavramı gerçekten doğru değil. Bu daha çok kara deliğin yüzeyine düşen bir madde durumu.

Diskteki uygun maddeler de güçlü elektromanyetik emisyonlardan sorumludur. Bu, merkezi kara deliğin muazzam yerçekimi etkisinin, diskin inanılmaz hızlı hızlarda dönmesine, gazı ve tozu ısıtmasına ve aşırı şiddetli koşullara yol açmasına neden olmasının bir sonucudur.

Bazı kara deliklerin etrafındaki yığılma diskleri de daha güçlü ve çarpıcı bir fenomene yol açar. Besleme süper kütleli kara delikler, Aktif Galaktik Çekirdekler (AGN) olarak bilinenlere güç sağlar ve bunlar genellikle merkezlerinden çıkan devasa astrofiziksel jetlerle ayırt edilir.

Bir kara delik tarafından tüketilmeyen madde, manyetik alan çizgileri ile elektromanyetik alana sahip dönen bir kara deliğin kutuplarına yönlendirilebilir. Buradan bir şey - muhtemelen kara deliğin dönüşü - bu maddenin astrofiziksel jetler şeklinde yakın ışık hızlarında patlamasına neden olur.

kara deliğe düşsen ne olur

kara-delige-dussen-ne-olur.jpg

Bir kara deliğin olay ufkunu geçen bir astronotun gövdesi , merkezi tekillikte gizlenen her şeye doğru ilerlerken büyük olasılıkla tamamen yok olacaktır.

Bununla birlikte, bu cesur - biraz beceriksiz olsa da - uzay maceracısının olay ufkuna yaklaşmadan önce çok ölü olması muhtemeldir. Bunun nedeni, sözde "gelgit bozulma olayları"nda yıldızları parçalamaktan sorumlu olan güçlü gelgit kuvvetidir.

Bir astronot bir kara deliğe doğru düştüğünde, en yakın kısım yerçekimi tarafından o kadar aşırı etkilenmeye başlayacak ki, vücut aynı anda yatay olarak sıkıştırılırken dikey olarak gerilecektir. Bu, spagettileştirme adı verilen bir süreç ve göründüğü kadar eğlenceli olmayacaktı.

Güneşin kütlesinin 40 katı olan yıldız kütleli bir kara delik için, olay ufkundan yaklaşık 1000 km, yani merkezi kütleçekimsel tekillikten 120 km uzakta spagettileşme meydana gelecektir.

Bununla birlikte, bir astronotun artan kütlesi ölümcül gelgit kuvvetlerinin merkeze daha yakın olarak ortaya çıkmasına neden olabileceğinden, süper kütleli bir kara deliğe canlı olarak düşmek mümkün olabilir. Her halükarda, olay ufkunu geçen astronot, çevrelerinin anında ve geri dönülmez bir şekilde karanlık hale gelmesi dışında pek bir şey fark etmeyecektir.

Astronotun uzak bir uzay aracından gözlem yapan meslektaşları için, takım arkadaşlarının olay ufkunu geçtiğini asla göremeyecekler. Kara delikten gelen ışık gerildiğinde veya kırmızıya kaydırıldığında, astronotun düşüşünün yavaşladığı görülüyor. Bu etki, olay ufkunda o kadar aşırı hale gelir ki, gemi mürettebatı astronotun kenarında donmuş, yavaş yavaş karardığını görürdü.

Kara delikler hakkında bilmediğimiz şeyler

kara-delikler-hakkinda-bilmedigimiz-seyler.jpg

Geriye kalan en büyük kara delik gizemlerinden biri , bu tatmin edici olmayan tekillik yerine kalplerinde neyin gizlendiği sorusudur. Hala sorduğumuz bir başka soru da nasıl, neden ve bir kara delik ölebilir mi?

2018'deki ölümünden önce, fizikçi Stephen Hawking, kara deliklerin aslında evrene bir şey "sızmasına" izin verdiğini ve bunun sonucunda buharlaşabileceklerini öne sürdü. 1974'te Nature dergisine yazdığı "Kara delik patlamaları?" başlıklı mektupta. Hawking, daha büyük kara delikler için -belki de Evrenin kendisinin var olacağından veya var olabileceğinden daha uzun süre- çok uzun süre geçtikten sonra, sözde "Hawking Radyasyonu" emisyonunun, bir kara deliğin yaşamını titanik bir patlamayla sonlandırmasıyla sonuçlandığını ileri sürdü.

Bu , kuantum fiziğinin bilginin yok edilememesini talep etmesi, dolayısıyla tükettiği madde tarafından bir kara deliğe taşınan bilgiye bir şey olması gerektiği gerçeğinden kaynaklanan "Hawking Paradoksu" olarak adlandırılan bir sorun bırakıyor . Bunu açıklamak için birçok öneride bulunuldu, ancak hiçbiri araştırmacıları tam olarak tatmin etmedi.

İnsanlık tarihinin en büyük beyinlerinden birinin bize bıraktığı son derslerden birinin, muhtemelen hiçbir şeyin sonsuza kadar sürmeyeceği en büyük ironi olabilir. Kara delikler bile değil.

HABERE YORUM KAT
UYARI: Küfür, hakaret, rencide edici cümleler veya imalar, inançlara saldırı içeren, imla kuralları ile yazılmamış,
Türkçe karakter kullanılmayan ve büyük harflerle yazılmış yorumlar onaylanmamaktadır.