Evrenin En İlginç Yerleri: Kara Delikler

Şu an belki de evrenin en gizemli şeylerinden biri şüphesiz yıllardır kare deliklerdir. Peki kara delikler nasıl oluşur? Yok olurlar mı? Cevaplar yazımızda!

Yıldızların Ömürleri ve Kara deliklere Yolculukları

Her yıldızın ömrü biçilmiştir. Çünkü, tıpkı bizim Dünya’mızdaki gibi yıldızlarında belli bir yakıtı vardır. Mesela Güneş’imiz hidrojen füzyonu ile çalışır. Güneş’imiz için bu yakıt daha yıllarca yetecektir. Fakat elbette ki bu yakıt bir gün bitecektir. Genç yıldızlarda füzyonun gücü yıldızın kendi yer çekimi gücünden fazladır. Çünkü yakıtları fazladır. O fazladan enerji mutlaka dışarı atılmalıdır. Yıldız gençken kütle çekim buna karşı koyamaz. Fakat ne zaman ki yaşlandılar yani yakıtları azaldı, yıldızın kendi kütle çekim kuvveti; yıldızın füzyon gücünden daha güçlü olur.

Bu durumda yıldız, yavaş yavaş küçülmeye başlar. Buradan sonra, yıldızın boyutu; füzyonunun özelliği gibi şeyler fark yaratır. Mesela, Güneş’imiz gibi bir yıldızın işlemleri şöyle olur: Güneş yaşlanınca, kütle çekim; füzyona karşı galip gelmeye başlar ve yıldız küçülür. Ardından bu küçülmeden dolayı, yıldızdaki sıcaklık artar. Bu işlemle beraber, çekirdekte hidrojen kalmasa bile çekirdeğin dışındaki hidrojenler füzyona girmeye başlarlar. Bu süreçte de yıldız, yani Güneş, bayağı bir genişler.

Yıldız gençken, çekirdek dışındaki hidrojenler füzyon tepkimesine pek giremez. Çünkü gerekli sıcaklık sağlanamaz. Fakat Güneş’imiz küçüldüğünde yıldızın enerjisi daha küçük bir hacme sığacağı için, Güneş’in sıcaklığı artar. Ancak o zaman çekirdeğin dışındaki hidrojenler füzyona girer. Bu sefer de Güneş’imiz genişler. Bu süreçte de bazı gezegenleri yutar. İşte bu büyük haline “Kırmızı Dev” diyoruz.

Aynı şekilde, Güneş; bir kızıl devken aynı işlemler yine geçerlidir. Yıldız yine yaşladır ve ardından küçülür. Fakat bu sefer çekirdeğin etrafındaki hidrojen de bittiğinden dolayı, kütle çekime karşı koyacak neredeyse hiçbir güç kalmamıştır. Bu yüzden yıldız gittikçe küçülür. Bu aşamada bazı yıldızlar “kara delik” olur. Fakat bizim yıldızımız kızıl cüce olacak. Bu yıldız da açıkçası pek güçlü bir yıldız değil.

Samanyolu Galaksisinde bu işlemlerle kara delik adayı olan yıldızlar var. Dediğim gibi, bu konuda kesin olamıyoruz çünkü belirli yıldızlar hakkında her şeyi bilemiyoruz. Fakat gözlemlerimizden yola çıkarak bazı yıldızlar kara delik olmaya daha yatkın oluyorlar. Mesela, bazı yıldızlar; Nötron Yıldızlarına dönüşürken çekirdekleri demirleşmeye başlayınca devasa bir kütle çekimi oluyor. Bu yüzden yakıtı bitince kendini muazzam şekilde sıkıştırabiliyor. Fakat Güneş’imizin çekirdeğini demir kaplamayacak.

Kara Delikler Nedir?

Anlattığımız işlemin sonunda diyelim ki bir yıldız kara deliğe dönüştü. O zaman ne oluyor? İsterseniz bu sürecin tam sonlarına bakalım. Dediğimiz gibi, çekirdeğini demir kaplamış bir Nötron Yıldızını ele alalım. Bu yıldızın yakıtı bittikten sonra yıldız kendi üzerine çökmeye başlayacak. Çekirdeği ne demirden olduğu için kendini çok küçük bir yere gelene kadar küçültecek.

Ve neredeyse tekilliğe yaklaştığı zaman ise Kara delik olacak. Çünkü, tekilliğe vardığı anda yıldızın (kalan şeye yıldız derseniz) yoğunluğu çok artacak. Einstein’ın Görelelik Kanunlarına göre de bu tekillik, uzayı çok güçlü bir şekilde bükecek. Bu da, çok güçlü bir kütle çekim alanı yaratacak. Bu alan o kadar güçlü olacak ki bu alandan ışık bile kaçamayacak. İşte kara delik budur. Olay Ufku ise aslında bir limittir. Kara deliğin,olay ufkuna girdiğiniz anda kendinizden umudu kesin çünkü bu sınır tek yönlü bir yoldur.

Kara deliklerde Fizik

Tıpkı evrenin başlangıcı Büyük Patlama gibi kara deliklerde fizik kanunlarının işlevi pek kalmıyor. Sahiden de kara deliklerde ne olduğunu bilmiyoruz. Bazı şeyleri bilsek bile bunlar çok garip olabiliyor. Mesela, kütleli cisimler sadece uzayı değil, zamanı da bükerler. Mesela, Dünya’nın üstünden uçakla geçtiğinizi düşünün. Dünya’dan çıkan ışığın size gelene kadar frekansı düşer bunun nedeni Dünya’nın kütle çekimsel alanı. Her neyse, Dünya’dan gelen ışık size daha düşük frekanslarda geliyor. Bu da size göre Dünya’da olayların gerçekleşirken daha yavaş olduğu görüntüsünü veriyor. Ayrıca bu bir ilizyon değil, aksine kanıtlanmış bir olgu. Yani zaman sizin açınızdan, aşağıya göre hızlanıyor.

Yani, kütle çekimsel bir alanda güçlü bir tarafa giderseniz zaman aslında daha yavaş geçer. Tersi de doğrudur. Bu yüzden kara delik de çok büyük ve güçlü bir kütle çekimsel alan yarattığı için zaman, size göre daha yavaş akar. Dışarıdan sizi, daha olay ufkuna girmeden izleyen bir kişiye göre sizin zamanınız daha yavaştır. Ayrıca, kara deliğin merkezine giderken zaman, sizin için daha da yavaşlar. En sonunda tekilliğe geldiğinizde zamanın acayip yavaşlaması hatta durması gerekiyor.

İşte burada takılıyoruz, oradaki öğelerin zamanı yaşamaması gerekli. Bu da çok tuhaf bir şey, aksine ortalıkta cisim olmazsa zaman olmaz. Fakat, tekilliğin yakınlarında ve tekillikte cisimler “olabilir” ama zaman çok yavaş veya yok. Aynı Büyük Patlama gibi, zira ona da zamanın başlangıcı deriz. Kara deliğin tekilliğe zamanın emekliliği olabilir.

Kara Delik Bilgi Paradoksu

Paradokslar, yasalarla çelişen veya çelişen gibi gözüken şeylerdir. En ünlü paradokslardan biri ise kara delik bilgi paradoksudur. Mesela bir elmanız var; elmanın bilgileri de, kırmızı, lezzetli, sapı olan bir şey gibi şeylerdir. Siz elmayı yerseniz ve vücudunuzun içinde de sindirirseniz elmanın bilgileri sadece şekil değiştirir, asla yok olmaz.

Fakat fizikçilerin demek istediği böyle bir bilgi değil. Onlar, kuantum bilgiden bahsediyorlar. Mesela, bir parçacığın hızı, konumu ve spin dediğimiz bir kavram; bir bilgidir. Bu bilgiler asla yok olmaz sadece değişir. Tüm temel parçacıklar , bu üç değerden meydana gelir. Bunları değiştirirseniz farklı temel parçalar elde edersiniz. Fakat bu bilgiler asla yok olmaz; sadece değişir.

Fakat kara deliklerde iş farklı. Mesela kara deliğe giren maddeleri konuşalım. Sonuçta onlar da bilgilerden oluşuyorlar. Peki tekilliğe ulaşan bilgilere ne oluyor? Alışılagelmiş fizik kanunlarında bilgi asla yok olamaz. Peki kara delik tekilliğinde bilgilere ne oluyor? Sonuçta tekillikten bahsediyoruz ve depo gibi bir şey yok. İşte sıkıntı da bu: bilgilerin depolanacağı bir yer olmadığından bilgiler nereye gidiyor?

Bu paradoksu çözmek adına bazı hipotezler ürettik. Mesela, bazı bilim insanları kara deliğin içine giren bilgilerin olay ufkunun çeperinde saklandığını düşünüyor. Aynı şekilde de kara delik genişledikçe yeni bilgiler için yer kalıyor. Makul bir hipotez olsa da daha böyle bir şey gözlemleyemedik. Ayrıca bazıları da durumu sadece yanlış anladığımızı düşünüyor. Bir sonraki konumuz ise bu soruna çözüm bulmak için geliştirilmiş en iyi teori.

Hawking Işıması: Kara Delikler Buharlaşıyor Mu?

Heisenberg Belirsizlik ilkesi gereği boşluk dediğimiz uzayda bile bir şeyler olmalıdır. Yaptığımız deneyler de gösteriyor ki, bu boşluklarda her zaman, madde- karşıt madde ikilisi ortaya çıkıp birbirlerini yok ediyorlar. Bunlara sanal parçacık diyoruz. Şimdi, bunun normal bir boşlukta değil de kara deliğin sınırında olduğunu düşünün. Olay ufkunda var olan parçacık kara deliğe düşerken, gerçek bir parçacık haline gelen diğer parçacık kara delikten uzaklaşır.

Bunu yaparken de kara delikten enerji çıkışı olur. Çünkü kara deliğin dışındaki parçacık sanaldan gerçek parçacığa geçer. Bu yüzden de kara delik ona enerji vermelidir. Böylece kara delikler parçacık parçacık enerji kaybederler. Bu işlem çok yavaştır. Bildiğimiz en büyük kara deliklerin bu yöntemle yok olması birin yanında onlarca sıfırla ifade ediliyor. Fakat Hawking Radyasyonu dediğimiz bu olay, kara delik bilgi paradoksunu çözebilir. Çünkü, Hawking Işıması ile kara delikler dışarı enerji atar.

Fakat yine de bir sorun vardır: Hawking Işıması çok yavaş olduğuna göre binlerce yıl, bilgiler nerede saklanıyor? Bu hala bir soru işareti, ayrıca daha Hawking Işıması kanıtlanamadı. Bu yüzden de Hawking, en çok istediği şey olan Nobel ödülünü alamadı. Kitabında da “Eğer teorim bir gün kanıtlanırsa Nobel alabilir” diye geçmiştir. Aslında teoride çok güzel oturan bir fikir. Fakat deneyler es geçilemez.

Solucan Delikleri

Solucan delikleri kara deliklerin yanında da en ilginç kavramlardan birisidir. Hani demiştik, kara deliklerde bir depo yok o zaman bilgiye ne oluyor? Belki de, kara deliğin bir çıkışı vardır bilgi oradan çıkıyordur. Buna beyaz delik denilebilir. Fakat ne yazık ki buna dair hiçbir kanıtımız yok.

Fakat düşünmesi bile ilginç geliyor. Sonuçta evrende ışık hızına ne kadar gidersek gidelim belli bir yeri geçemeyeceğiz. Fakat solucan delikleri bunu sağlayabilir. Fakat dediğim gibi bunun hiç bir kanıtı yok.

Kara Delikler Neden Önemli?

Günümüzün fizikçileri kara deliklerle neden bu kadar ilgileniyor? Tabi ki de sadece kara delik hakkında bir şeyler öğrenmek için değil. Günümüz fizikçileri genel görelelik ve kuantum fiziğini birleştirmeye çalışıyor. Buna inanılmaz zorlu bir şey. Çünkü genel görelelik çok büyük şeyler hakkında bir şeyler söylerken, kuantum teorisi çok küçük şeyler hakkında bir şeyler söylüyor. Fakat dikkat ettiğinizde kara deliklerde genel görelelik ve kuantum kuramı kesişiyor.

Bu yüzden fizikçiler kara delikleri çözmek istiyor. Bu, kuantum teorisi ile Genel Görelelik Kuramını birleştirmenin bir yolu olabilir. Bu da fizikçiler için çok önemli bir şey ve buna yoğunlaşıyorlar.

Son Söz

Ben şahsen küçükken kara delikleri ilginç, hayali ve bilim insanlarının üzerinde çalışmadığı bir şey olarak düşünürdüm. Fakat bu konuda bir hayli yanılmışım. Aksine bilim insanları buna bayağı bir kafa patlatıyor. Fakat bu konuda hep dediğim gibi çok genciz. Kara delikler hakkında bazı şeyleri çözebilmek istiyorsak insanlık olarak çok çalışmalıyız. Her neyse, lütfen bir hatamız varsa bize bildirmeyi unutmayın ki daha iyi bir yazar olalım.

Kaynakça:

Ted-ED, PBS Space Time, All About Space, How It Works

MAIN PHOTO ABOVE THE TEXT AS BLACK HOLE LICENCE: CC BY 4.0