Olay Ufku Teleskobu projesiyle bir karadeliğin ilk kez görüntülenmesi tüm dünyada büyük heyecan yarattı. NASA’dan Umut Yıldız, karadelikleri ve son gelişmenin bilim tarihindeki önemini Atlas okurları için yazdı.
10 Nisan 2019. Astronomi dünyasında unutulmayacak bir tarih. Karadeliğin doğrudan görüntülendiği gün olarak bilim tarihinde yerini aldı. Her ne kadar dünya çapında medyayı bu satırlar süslemiş olsa da görüntülenen elbette tam olarak karadeliğin içi değildi. Sonuçta karadeliğin içini yine de görüntüleyemeyiz, ama çevresinde olan biteni görüntüleyebiliriz. Bilim dünyasında sadece büyük keşifler için basın konferansları düzenlenir ve bir keşfin basın konferansı genelde sadece birkaç gün öncesinden duyurulur. Bu haber 10 gün öncesinden duyuruldu ve insanlara büyük bir keşfin geleceği söylendi. Tabii spekülasyonlar, abartılar ve komplo hikâyeleri de aldı başını gitti.
Beklentilerin aksine M87 galaksisinin merkezindeki süper kütleli karadeliğin bulanık fotoğrafı farklı bölgelerde yerel basın konferanslarıyla kamuoyuna sunuldu. Aslında ben de dahil birçok kişi Samanyolu galaksimizin merkezindeki karadeliğin fotoğrafını bekliyordu. Fotoğraf basına sunulunca, daha önceden benzer fotoğrafları gördüğümüzden, hatta Yıldızlararası (Interstellar) filminde de çok benzer bir görüntü tasarlandığından, bizi çok şaşırtmadı. Ama bugüne kadar gördüğümüz bütün karadelik resimlerinin tamamen bilgisayarlarda simülasyonlarla üretilen grafikler olduğunu unutmamalıyız. Yani simülasyonlar gerçeğinden daha güzel ve detaylı gibi görünse de yıllar sonra ilk defa gerçek bir gözlem yapıldı ve gerçek bir karadelik fotoğrafı elde edildi. İşin en güzel tarafı da gerçek fotoğrafın bugüne kadar üzerinde çalışılan teorilerle de uyuşmasıydı. Aynı gün ApJL (Astrophysical Journal Letters) dergisinde iş birliğindeki bütün araştırmacıların ismiyle birlikte bu araştırmanın detaylarını veren altı karadelik makalesi aynı anda yayınlandı. Makalelerden aldığım özetlere geçmeden önce karadeliklerin tanımından başlayalım.
NEDİR BU KARADELİKLER?
Karadelikler, Albert Einstein’ın genel görelilik teorisinin çözümlerinden birine göre, çok büyük bir kütlenin aşırı küçük bir hacme sıkıştırılması sonrasında bizi biz yapan uzay-zaman kavramlarının çökmesi olarak tanımlanıyor. Einstein’a göre kütle, uzayı gerer. Bunu çok basit klasik bir örnekle anlatabiliriz. Elinize bir çarşaf alırsınız. Dört yakasından dört kişi tutar ve gererler. Sonra tam ortasına bir futbol topu atarsınız. Görürsünüz ki kütle, yani burada futbol topu, gerçekte ise yıldızlar, galaksiler çarşafı, yani uzayı geriyorlar. İşte genel görelilik çözümlerine göre yaklaşık dört güneş kütlesinden daha büyük olan bir yıldız ölürken hacmi o kadar çok sıkışır ki, gerdiği uzay bir deliğe dönüşür. Nasıl? Yani çarşaf üzerine futbol topu yerine demir bir top attığınızı düşünün, çarşaf daha da gerilecektir. Demirden çok daha ağır kütle atarsanız, çarşaf çok daha gerilecektir. İşte bu çarşafa Dünya’yı küçük bir bilyeye sıkıştırıp attığınızı düşünürseniz çarşaf ucunu bucağını göremediğimiz bu deliğe dönüşür, işte buna karadelik diyoruz. Dünya da bir karadelik olsaydı (ki olamaz) bir küçük bilye içine sıkıştırmanız gerekirdi.
Her ne kadar ismine “delik” dense de buraların boş olduğu anlamına gelmiyor. Sadece burada o kadar büyük bir kütle sıkışmış durumda ki, kütle çekim aşırı güçlü oluyor ve içine giren ışık bile kaçamıyor. Işık olmayan bir yeri de biz doğal olarak göremiyoruz. Bu arada burada ışık derken sadece bildiğimiz renkler ve optik ışıktan değil; gama, X, morötesi gibi yüksek enerjili ışıktan, kırmızı-öte, mikrodalga, radyo gibi düşük enerjili ışığa kadar her türlü elektromanyetik dalgalardan/ışıktan bahsediyoruz. Yani optikte karanlık göründüğü gibi diğer bütün dalga boylarında da yine karanlık görünüyor. O nedenle bizim bildiğimiz hiçbir teleskop/gözlem yöntemi buranın içinde ne olduğunu görmeye elverişli olmuyor.
Var olduklarını sadece teoriden dolayı bilmiyorduk, daha önceden de bu tür bir karadelik çevresindeki gazın, birikim diski şeklinde bir disk üzerinde ışık hızına yakın hızlarda dönerken dışarıya verdiği yüksek enerjili ışınımı fark edebiliyorduk. Bir nevi madde, karadeliğe girerken çığlık atıyordu ve biz bu çığlığı teleskoplarımızla duyabiliyorduk, yani aslında yüksek enerji teleskoplarımızla görebiliyorduk.
NASIL OLUŞUYORLAR?
Burada sorumuz bu karadelikler nasıl oluşuyor ve biz bunların uzayda var olabileceğini nasıl tahmin edebiliyoruz? Yanlış anlaşılan bir konudan başlayalım. Genel bir inanışa göre, sanki karadelikler uzayda dolaşıyor ve Pacman oyunu karakteri gibi yakınına gelen cisimleri yutuyor ve böylece büyüyor, sonra daha da büyük cisimleri yutuyor. Tabii olay bu şekilde gerçekleşmiyor. Klasik bir örnek verecek olursak, Güneş bir karadelik olsa, Dünya’yı hemen yutar mı diye merak edilir. Hayır yutmaz. Dünya, diğer gezegenler ve asteroitler gibi cisimler, kütle çekim sayesinde Güneş çevresinde kütle merkezi etrafında dönerler. Güneş bir karadeliğe dönüşse de sonuçta bu karadeliği meydana getiren bir kütle karşılığı vardır, o da Güneş’in halen var olan kütlesi. Dolayısıyla kütlesi değişmediği için değişen bir şey olmaz, yani öyle doğrudan yutma senaryosu düşünemeyiz. Elbette başımıza başka şeyler gelir. Öncelikle biz bu olayın olduğunu 8,3 dakika sonra anlarız. Sonuçta yaşamımız Güneş’ten gelen enerjiye bağlı olduğundan bitkiler Güneş enerjisi olmadan fotosentez yapamaz ve yaşamlarını devam ettiremezler, dolayısıyla bizi hiç de parlak günler beklemez.
Dünya bir karadelik olsa küçük bir bilyeye dönüşür demiştik, Güneş ise altı kilometre çapında bir karadeliğe sıkışır. Burada bütün olay, çok büyük bir kütleyi çok küçük bir hacme sıkıştırmakta bitiyor. Yani biz karşılıklı konuşurken beni (yani kütlemi) trilyonlarca kez küçük bir hacme sıkıştırsanız ve beni bir karadeliğe çevirmiş olsanız, neler oluyor diye merak edip üstüme gelmediğiniz müddetçe sizi yine de çekip yutmam, çünkü kütlem ve çekim gücüm aynı kalmıştır. Sadece kendiniz konuşmaya devam edersiniz, ama ben sizi artık duyamam.
Karadelikler, yıldızların ölüm senaryolarından birisi olarak tanımlanır. Yukarıda kütlenin öneminden bahsetmiştik, bu demek oluyor ki bir yıldızın kütlesini bilirsek, bu yıldızın ne şekilde bir sonla veda edeceğini kolayca hesaplayabiliriz. Örneğin Güneş’ten dört kat daha büyük bir yıldız ömrünün son anlarında dış çeperlerini bir süpernova patlamasıyla dışarıya attıktan sonra içeride kalan kütle kendi içine çökerek karadeliği oluşturur. Ama Güneş’imiz bu sonu gerçekleştirecek kadar büyük bir kütleye sahip olmadığından, sadece bir beyaz cüceye dönüşecek. Öte yandan karıştırılan diğer bir nokta da bütün karadelikler eşit değildir, bunların da farklı çeşitleri vardır. Karadelik denince genelde ilk akla gelenler yukarıda bahsettiğimiz yıldızsal karadelikler (stellar black holes) oluyor. Ancak artık biliyoruz ki, sadece birkaç güneş kütlesi değil, milyonlarca Güneş kütlesine sahip karadelikler var. Özellikle Samanyolu galaksisinin merkezindeki karadelik olan Sagittarius A* (ya da Sgr A*), bu merkezin çevresindeki yıldızların bir “şey” etrafında dolanmalarından dolayı, daha önceden fark edilmişti. Bu bölgedeki yıldızların gözlemleri periyodik olarak farklı yıllarda yapılıp bu yıldızların yörüngeleri hesaplandı. Sonunda görüldü ki, orada gerçekten görünmeyen bir “kütle” var, dolayısıyla süper kütleli karadeliklere (SMBH – super massive black hole) dair kanıtlar da bu şekilde oluşmaya başladı. Tabii buradaki süper kütleli karadelik yaklaşık dört milyon Güneş kütlesine sahip. Şu anda neredeyse bütün büyük galaksilerin merkezinde süper kütleli karadelikler olduğunu tahmin ediyoruz, küçük galaksilerde de büyük ihtimalle vardır deniliyor.
VE İLK FOTOĞRAF
Temeli çok daha önceye dayanan Olay Ufku Teleskobu projesi, Dünya’nın farklı noktalarındaki sekiz adet teleskobun interferometri yöntemi ile birleştirilmesi ve ilk etapta iki karadeliğin gözlemlenmesini amaçlıyor. Olay Ufku Teleskobu (EHT-Event Horizon Telescope) aslında bu amaçla inşa edilmiş tek bir teleskop ya da bu projeye adanmış bir teleskop projesi değil, onun yerine daha önceden uzun yıllardır farklı amaçlarla kullanılan teleskopların bu amaçla kısa bir süre kullanılması olarak nitelendirebiliriz.
Bu teleskoplardan 2017 yılında proje için gözlem zamanı alınmasından sonra proje gözlemsel olarak başlıyor. Projede ilk etapta iki süper kütleli karadeliğin görüntülenmesi amaçlanmış. Birisi kendi Samanyolu galaksimizin merkezindeki Sgr A* süper kütleli karadeliği, diğeri de M87 galaksisinin merkezindeki süper kütleli karadelik. Aslında gözlem için birçok farklı aday olmasına rağmen bize 53 milyon ışık yılı uzaklıktaki M87 galaksisi seçilmiş. Bunun sebebi 2,4 trilyon Güneş kütlesine sahip M87 galaksisinin merkezinde 6.5 milyar Güneş kütlesine sahip, teleskoplarla da görüntülenebilecek derecede dev bir süper kütleli karadelik var. Samanyolu’nun merkezindeki süper kütleli karadelik ise M87’ninkinden 1600 kat daha küçük.
Görüntülenen fotoğrafın bulanık olması ilk etapta küçük bir hayal kırıklığı yaratmış olsa da bugüne kadar ilk defa bir karadelik fotoğrafı elde etmiş olduğumuz gerçeğini göz önüne getirince hoş görmemiz gerekir. Bulanıklığın sebebi fotoğrafın interferometri yöntemi kullanılarak çekilmesiydi. Bu yöntemde Güney Kutbu’ndaki teleskoptan Grönland’daki teleskopa kadar Dünya’nın farklı bölgelerindeki teleskoplar aynı anda, aynı yöne, yani M87’nin merkezine doğru baktılar. Bu yöntemle Dünya çapı büyüklüğünde bir teleskop ile bakılıyormuş gibi gözlem yapıldı. Buralardan elde edilen 5 petabyte (5 milyon gigabyte) büyüklüğündeki veriler fiber kablo ile transfer yerine sabit disklere kaydedildi ve birleştirilmek üzere MIT’deki Haystack Gözlemevi’ne gönderildi. Burada “correlator” denilen bilgisayarlar ile bütün veriler uzunca bir süreçte birleştirildi. Sonunda meşhur simit şeklindeki fotoğraf elde edildi. Resmin bulanık görünmesinin sebebi, aslında tek parça Dünya çapında bir teleskop kullanmanın imkânsızlığından. Bulanıklık küçük teleskopları aralarında kıtalararası büyük boşluklar ile birleştirmemiz sebebiyle hassasiyetin düşmesinden kaynaklandı. Bu şekilde büyük teleskop ile galaksinin merkezindeki çok küçük bölgeyi görüntülemeye imkân veren çözünürlüğü artırsak da hassasiyet düştüğünden dolayı biz bu konfigürasyonla ne kadar gözlem yaparsak yapalım yine benzer görüntüye ulaşacağız. Görüntüyü netleştirmenin yolu, Dünya üzerinde farklı bölgelere daha çok teleskop kurmaktan geçiyor.
Ortası siyah çevresi parlak görüntü aslında birikim diski ile bir süre sonra karadeliğin içine girecek olan gazdan kaynaklanıyor. Yani bir nevi karadeliğin sınırları tespit edilebildi. Bu görüntü ilk defa elde edildiğinden dolayı gelecekte hem gözlemsel yöntemlerin iyileştirileceğine hem de gözlemlerin daha da detaylı yorumlanması ile karadelikleri anlama konusunda daha çok bilgi sahibi olunacağına inanıyorum.
Bu yazı Atlas Dergisi için yazılmıştır, dergi sayfalarını indirmek için pdf’i tıklayınız.
Uzay Atlası (Atlas – Mayıs 2019)
