Kara delik

Kara delik, kütlesi çok küçük bir hacme sıkışmış olduğu için kütleçekiminin ışığın bile kaçamayacağı kadar güçlü olduğu uzay-zaman bölgesidir. Sınırına olay ufku denir; ufkun içine giren hiçbir şey dışarı çıkamaz.

Nasıl oluşur?

En yaygın tür, yıldız kütleli kara deliklerdir. Güneş'ten kabaca 20 kat ya da daha fazla kütleli bir yıldız yakıtını bitirince çekirdeği kendi ağırlığı altında çöker; dışa doğru basınç artık çekimi dengeleyemez. Süpernova patlamasından sonra geriye kalan çekirdek yeterince ağırsa kara deliğe dönüşür. Bazı çok büyük yıldızlar patlamadan doğrudan çökebilir.

Her kütlenin bir Schwarzschild yarıçapı vardır: rs = 2GM/c². Bu yarıçap içine sıkıştırılan kütle kara delik olur. Güneş için yaklaşık 3 km, Dünya için yaklaşık 9 mm'dir. Yani Güneş'i 3 km'lik bir küreye sıkıştırmak gerekir. Gerçek bir kara delikte kütle merkezde "tekillikte" yoğunlaşır; ama oradaki fiziği henüz bilmiyoruz.

Kara delik "emici" değildir. Uzaktan bakıldığında aynı kütleli bir yıldız gibi çeker. Yakına düşen gaz bir toplanma diski (akresyon diski) oluşturur ve milyonlarca dereceye ısınıp X ışını yayar; kara delikleri bu ışıma ve çevrelerindeki yıldız hareketleri ile buluruz.

Örnekler

• Cygnus X-1: 1964'te keşfedilen X ışını kaynağı; geniş çevrelerce kara delik olarak kabul edilen ilk kaynaktır (yaklaşık 20 Güneş kütlesi, yaklaşık 7.000 ışık yılı uzakta).
• Samanyolu'nun merkezindeki Sagittarius A*: yaklaşık 4,3 milyon Güneş kütleli bir süper kütleli kara delik. Reinhard Genzel ve Andrea Ghez, yörüngesindeki yıldızları izleyerek bunu gösterdi ve Roger Penrose ile 2020 Nobel Fizik Ödülü'nü paylaştı.
• M87*: Yaklaşık 53 milyon ışık yılı uzaktaki galakside, yaklaşık 6,5 milyar (kimi tahminlerde 7 milyar) Güneş kütleli. Olay Ufku Teleskobu (EHT) 2019'da onun gölgesinin ilk görüntüsünü, 2022'de ise Sgr A*'nın görüntüsünü yayımladı.
• GW150914: 14 Eylül 2015'te LIGO, iki kara deliğin (yaklaşık 36 ve 29 Güneş kütlesi) birleşmesinden doğan çekim dalgalarını algıladı; bu, doğrudan ilk çekim dalgası gözlemiydi.
• Gaia BH1: 2022'de Gaia verileriyle keşfedilen, yaklaşık 1.560 ışık yılı uzaktaki ve Güneş kütlesinin yaklaşık 10 katı olan sistem; 2026 itibarıyla Güneş Sistemi'ne en yakın bilinen kara delik sistemidir.

Tarihçe

John Michell (1783-1784) ve Pierre-Simon Laplace, ışığın kaçamayacağı "karanlık yıldızları" düşündü. Karl Schwarzschild 1916'da Einstein'ın denklemlerinin ilk kesin çözümünü buldu. "Kara delik" adını John Wheeler 1967'de yaygınlaştırdı. Stephen Hawking 1974'te kara deliklerin kuantum etkileriyle çok yavaş ısıl ışıma yaptığını (Hawking ışıması) öngördü; bu ışıma henüz gözlenmedi.

Kara delikler genel görelilik ile kuantum kuramının buluştuğu yerdir. Galaksilerin merkezindeki süper kütleli kara deliklerin galaksilerin evrimini biçimlendirdiği düşünülür.

Sık yapılan yanlışlar

Kara delikler "kozmik elektrik süpürgesi" değildir. Güneş bir gün aynı kütleli kara deliğe dönüşse Dünya'nın yörüngesi değişmezdi; yalnızca ısı ve ışık yitirilirdi. Yakına gelmeden etkilenmeyiz.

Kara delikler "delik" de değildir; yüzeyi olmayan, içinde yoğun kütle taşıyan bölgelerdir. Içeri düşen maddenin büyük kısmı disk dönemini atlatırsa da, bir kısmı bu bölgeden jetler hâlinde dışarı fırlatılır. Yani kara delikler çevrelerine enerji de verir ve galaksileri etkiler.

Görmek için gerekli koşul, çevresinde ışıyan madde olmasıdır. Yalnız bir kara delik karanlık uzaya karşı görünmez; onu çevresinin etkisinden ya da çekim dalgalarından anlarız. Bilinen en büyük kara delikler birkaç on milyar Güneş kütlesine ulaşır; bunların kütlesi bir galaksiyle kıyaslanabilir. Samanyolu'nda çok sayıda (milyonlarca ila yüz milyonlarca) yıldız kütleli kara delik bulunduğu tahmin edilir.

İlgili terimler

• Olay ufku
• Süpernova
• Akresyon diski
• Çekim dalgası
• Hawking ışıması
• Schwarzschild yarıçapı