Katalog

Bİ Lİ M U Z A Y I Karadelikler: Varlıkları mümkün, ama şart değil... Işığı bile salmayacak derecede yoğun cisimleri anlatan karadeliklerin varlıkları, genel görelilik kuramı içinde mümkün, ama şart degil. ODTÜFteik Bölümü tacak İlk kez 1917'de Karl Schvvarzschlld'ın genel görelilik çerçevesınde gösterdığı gıbı "yıldız" krıtık bır yarıçaptan da daha kuçükse kaçış ıçın gereken hız, ışık hızını aşacak Görelilik Kuramı madde ve enerjının en fazla ışık hızı ıle gıdebıleceğını söyluyor Öyleyse Schvvarzschıld yarıçapının altında boyutlara kadar çökmuş bır cısmın yuzeyınden ışık dahıl hıçbır şey kaçıp bıze ulaşamaz Işte karadelik isml, ışığı bite salmayacak derecede yoğun cislmleri anlatıyor. M kutlesındekı bır cısmın Schvvarzschıld yapıçapı R * 2GM/C2 ıfadesıyle belırlenıyor Tıpık bır yıldız olan guneşın kutlesı ıçın bu yarıçap 3 km Şımdı yarıçapı 700 000 km olan guneşın karadelık halıne gelmesı ıçın aynı kutleyı 3 km ıçıne sıkıştıracak kadar çökmesı gerek Işığın parçacık (madde) ozellıklerıne sahıp olduğu fıkrı aslında epey eskı, kaçış hızı kavramı da Nevvton'un kutleçekımı yasasını bulmasından berı var Böylece önce Ingılız astronom John Mlchell, sonra meşhur Fransız matematıkçısı Laplace daha 18 yüzyılda ışığı salmayan karadelık kavramını ortaya atmışlardı Ama tutarlı bır karadelık kuramı, ışık hızını en yuksek hız olarak alan görelilik çerçevesınde, genel görelilik kuramı ıle ortaya çıktı Genel görelilik kuramı ıçınde karadeliklerin varlığı mumkun ama şart değıl Kuram yalnızca eğer bır cısmın yarıçapı o cısmın kutlesı ıçın belırlenen Schwarzschıld yarıçapından kuçukse o cısmın karadelık olacağını belırlıyor Mesela evrımının sonunda çöken bır yıldız belkı Schvvarzschıld yarıçapından daha kuçuk boyutlara kadar çökup bır karadelık oluşturabılır, ama yıldız evrımı kuramı, sonucun böyle olması gerektığını kesınlıkle gostermıyor, çunku bır yıldızın evrımının son aşamalannı hesaplamak son derece zor Genel görelilik kuramı şımdıye dek sınanabıldığı butun gozlemlerde hep doğrulandı Eğer bır karadelık oluşursa bu kurama gore bellı, sınırlı gözlemsel özellıkler taşıyacak Bır karadelık bulunursa bu hem genel görelılığı çok temel bır bağlamda bır kez daha doğruhyacak hem de maddenın karadelık olma ımkânını kullandığını gösterecek, yanı gözledığımız evrende yıldız evrımı ve kozmolojı ıle ılgılı bılgı verecek bıze Prof. Dr. Ali Alpat strofızıkte karadelıklertn kendılerıne has ayrı bır yerlerı var Kuramsal olarak karadeliklerin varlığı mümkün, fakat şart değıl Çıft yıldızlardan galaksı çekırdeklerıne kadar pek çok cısmın karadelık ıçerdığı öne suruldu Ama karadeliklerin gözlenebılır özellıklerı çok sınırlı, bu yuzden de gözlenen bır gökcısmınde bır karadelık var mı yok mu bunu anlamak çok zor Şu sıralarda gözlemlere göre en kuvvetlı karadelık adayı A062000 adlı Xışını kaynağı Bu kaynağın özellıklerı ve bir karadelığın nasıl gözlendığı gelecek yazının konusu Bu yazıda önce karadelık kavramına bır göz atalım A Karadelik kavramı Kutlesı M, yarıçapı R olan bır yıldız duşunelım Bu yıldızın yuzeyınde bulunan herhangı bır cısım yıldızın çekım alanından kurtulmak ıçın yuksek bır hıza ulaşmak zorunda Nevvton'un kutleçekımı ve hareket yasalarına göre bu kaçış hızı, V diyelım, M/R'nın karekökune orantılı V » v' (2GM/R) Burada G evrensel kutleçekımı sabıtı Bu kaçış hızı sadece yıldızın kutle ve yarıçapına bağlı, kaçacak olan küçuk cısmın kutlesı ne olursa olsun, aynı kaçış hızına ulaşması gereklı Dunyadan bır uzay aracı fırlatmak ıçın de bu formule, dunyanın kutle ve yarıçap değerlerlnı koyarak bulunan 11 km/sanıye kadar bır kaçış hızına ulaşmak gerekıyor Bundan daha yuksek hızlara ulaşan her uzay aracı dunyadan kaçabılır Aynı şekılde yıldızımızın kutleçekımınden kurtulmak ıçın ne kadar hız gerektığını hesaplayabılırız Hızını bıldığımız bır cısmın yıldızımızdan kaçıp kaçamayacağına da karar verırız Kutleçekımını görelilik (rölativıte) çerçevesınde ele alan Eınsteın'ın genel görelilik kuramına göre her 3ner)l blçlml o enerjıye eşdeğer bır kutle taşır (meşhur E = mc2) ve bu yuzden başka kutle ve enerjı dağılımlarının kutleçekımlerıyle bağlanabılır Oyleyse ışık da kutleçekımınden etkılenır Görelilik kuramına göre ışığın butun gözlemcılere göre aynı olan, artması veya azalması söz konusu olmayan bır hızı var C 300 000 km/sanıye Bu hız bellı kı ışığın yıldızlardan uzaklaşmasına yetıyor, çunku yıldızların ışığı bıze ulaşıyor Ama M kutlesındekı yıldızımızın yarıçapı çok kuçulurse, aynı kutlenın çekım alanı çok daha kuçuk bır bölgede yoğunlaşacak, oradan kaçış ıçın gereken hız da ar leceğını göstenyor Kutle, açısal momentum ve elektrlk yüku Açısal momentum dönme ıle ılgılı Pratıkte uzak bır karadelığın dönme halını algılayabıleceğımız gözlemler yok Yüke gelınce, tek bır temel tanecık, bır atım çekırdeğı veya tyon söz konusu değılse, madde net elektrık yükü taşımıyor, bu durumda karadeliklerin de yuksüz olacağı duşünuluyor Gerıye en temel özellık olan kutle kalıyor Astronomıde de tum karadelık adayları kutleçekımlerının başka cısımler uzerındekı etkılerme bakılarak dolaylı yoldan ızlenıyor Bır de karadelıklerı doğrudan ızleme yolu olabılır 1973 yılında Stephen Hawklng kuantum fızığını de hesaba katarak karadeliklerin bır de yuzey sıcaklıkları olacağını gösterdı Bu sıcaklık karadelığın kutlesıyle ters orantılı Buyuk kütlelı karadeliklerin sıcaklıkları gözlenebilır mıktarda radyasyon yaymalarına yetmeyecek En düşuk kutlelı karadelikler çok sıcak olmalı ve bu yuzden şıddetle ışımalılar Işıdıkça kutle azalacak, karadelık busbütün ısınıp daha da çok radyasyon yayacak Sonunda karadelığın bır patlama halınde gama ışınlarına dönuşeceğı sanılıyor Bu şekılde gözlenebılecek karadelikler belkı evrenın başlangıcından kalmış olabılırler Evrenın başlangıcında karadelikler var ıdıyse ıçlerınden en kuçuk kutlelılerı çoktan radyasyona donuşup tukenmış olmalılar Belkı 100 mılyon ton kadar kutle taşıyanları varsa bunlar şımdı gama ışını yayıyor olabılırler (Bunlara mını karadelık denıyor çünkü dunya bıle 6x 102' ton kutle taşıyor) Ama şımdıye dek yapılan gozlemlerde hıç mını karadelık görulmedı Bu, negatıf göziem sonucu mını karadelikler var sa bıle bunların evrende bızım gözlemlerımızın algılayamadığı kadar seyrek dağıldığını gösterıyor Eğer mını karadelikler varsa bunların tümü evrende gözlenen maddenın en fazla mılyonda bırı kadar kutle ıçerıyor olabılır Başka bır deyışle bır ışık yılının kubu kadar hacımde (bır ışık yılı« 10 trılyon kılometre) en fazla 300 mını karadelık olabılır Daha fazla olsaydı toplam gama ışımasını gözlerdık ) En iyi aday: Büyük karadelikler Sıcak ve ışıyan mını karadelikler gozlenmedığıne göre gözlem adayı olarak gerıye kutleçekımı ıle kendını bellı edecek buyük karadelikler kalıyor Ortadakı tum karadelık adayları, kendılerını kutleçekımı etkılerı ıle bellı eden gök cısımlerı Bunlar arasında kuazar ve galaksı çekırdeklerınde bulunduğu öne surulen mılyonlarca guneş kutlesınde dev karadelikler ve tek bır yıldızkutlesı mertebesınde kütle emarelerı gösteren fakat kendılerı gözukmeyen çıftyıldız sıstemı uyelerı var En iyi kanıtlar bu ıkıncı turden Bu tur kaynaklarda optık teleskopla gözlenen, ışık veren bır yıldızın bır X ışını kaynağı etrafında dönduğu görüluyor, o Xışınlarının kendısı doğrudan gözlenmeyen bır karadelığın çevresınden kaynaklandığı sanılıyor Böyle bır karadelığın yıldız evrımının son aşaması olarak oluşacağını sanıyoruz Gökyuzunde çıftyıldız çok, çıplak gözle görduğumuz yıldızların yarısından çoğu ve bılınen 100 kadar X ışını kaynağı çıftyıldız sıstemlerı Bunlar arasında sadece bırkaç tanesı karadelık belırtılerı gösterıyor Gelecek yazıda en kuvvetlı aday A062000'* ve bu karadelık kanıtlannın neler.olduğunu ele alacağız AMİ/ZÛA BIR. U£r/$IH EJCSlKLHZt Karadelik, gözlemlenebilir mi? Bır karadelığı nasıl gözlenz? Klasık genel görelilik, karadeliklerin uzaktan gözlenebılecek yalnızca üç özeHlklerl olabı