İlk kara delik fotoğrafı: Nasıl çekildi, neden önemli?
Düne kadar kara delikler teorik cisimlerdi. Bilim insanları için kağıt üzerindeki denklemler demekti. Tabii ki bazı gözlemler kara deliklerin varlığını destekliyordu; ancak kanıtlamıyordu. Gözlem yapılan bölgedeki görünmeyen cismin, kağıt üzerinde kara deliği tanımlayan denklemlerle matematiksel açıdan uyum sağladığı söylenebiliyordu ancak. 10 Nisan 2019 tarihinde, Türkiye saati ile 16.00 sularında, bizden 55 milyon ışık yılı uzaklıktaki bir kara deliğin görüntüsü yayımlandı. Bu gözlem ile, yaklaşık 100 önce Einstein’in genel görelilik teorisi tarafından öngörülen, Stephen Hawking ve daha yüzlerce bilim insanının üzerinde kafa patlattığı kara deliklerin varlığı, doğrudan ispatlanmış oldu.
Kara delik nedir?
Güneş bizim için devasa olsa da, kozmik ölçekte orta büyüklükte bir yıldız. Ömrünün sonuna geldiğinde, kalan çekirdeği hayatına beyaz cüce olarak devam edecek. Bir yıldızın kendi içine çöküp kara deliğe dönüşmesi için en az Güneş’in 10 katı kadar kütleye sahip olması şart. Bu tür kara deliklere yıldızsal kara delikler deniyor.
Kara delikler, çok büyük bir kütlenin ufacık bir alana sıkışmasıyla oluşuyor. Örneğin Güneş’in bir kara delik olabilmesi için 6 kilometreden daha küçük bir alana sıkıştırılması gerek. Ancak kara delikler sanıldığı gibi evrendeki her şeyi yutan birer canavar değil. Sadece yeterince yakınına gelen cisimleri yutarlar. Eğer Güneş’in yerinde, aynı kütlede bir kara delik olsaydı, Dünya ve diğer gezegenler, şimdiki yörüngelerinde dolanmaya devam edecekti.
Böylesine büyük bir kütle, böylesine ufak bir alana sıkışınca, kara deliğin merkezinde bir tekillik oluşuyor. Bu tekillik noktasında kütle çekimi sonsuz. İşte bu noktada, bildiğimiz fizik yasaları artık geçerliliğini yitiriyor. Kısaca, kara deliğin içini ifade eden, kabul görmüş matematiksel bir kuram henüz yok.
Kara deliği dış uzaydan ayıran sınıra, olay ufku denir. Eğer bir kara deliğin olay ufkuna çok yaklaşırsanız, ışık bile olsanız içeriye düşmekten kurtulamazsınız. Işık bilgi demektir. Kara deliğin olay ufkunun ötesinden gelmeyi başaran ışık tanecikleri olmadığı için, kara delik hakkındaki bilgimiz, olay ufkuna kadar. Şimdiye dek kara deliklerin etrafındaki maddenin hızlanarak kara deliğe doğru düşmesi sırasında, aşırı ısınan maddenin yaydığı X ışınları gözlemlenebilmişti. Artık kara deliğin kendisini, yani gölgesini görebiliyoruz.
Kara delik fotoğrafı nasıl çekildi?
“Bir kara deliğin ilk fotoğrafı” sizi hayal kırıklığına uğratmış olabilir. Ancak yöntemi öğrendikten sonra, bunu başaran bilim insanlarına hayran kalacak ve bu görüntünün değerini anlayacaksınız.
Astronomide, teleskopunuz ne kadar büyükse o kadar veri toplarsınız. Ancak teleskop boyutu arttıkça maliyeti de artar ve git gide istenen büyüklükte teleskop yapmak zorlaşır. Astronomlar ve mühendisler, bu zorluğun üstesinden gelebilmek için interferometre adında bir yöntem geliştirdi. Bu yöntemde, görece küçük çok sayıda teleskop, koordine bir şekilde çalıştırılarak, sanki çapı daha büyük bir teleskop gibi kullanılıyor.
Bu resmin oluşturulabilmesi için, dünya çapında “Olay Ufku Teleskopu” denilen bir teleskop ağı oluşturuldu. Dünya’nın farklı yerlerindeki, biri Güney kutbunda bulunan 8 radyo teleskopu, bilinen en hassas saatler olan atom saatleri kullanılarak eş zamanlı hale getirildi ve hepsinin aynı anda aynı yere bakması sağlandı. Böylece Dünya büyüklüğünde bir radyo teleskop taklit edilmiş oldu. Bu teleskoplar 4 gece boyunca Messier 87 gökadasının merkezindeki süper kütleli kara deliğe baktılar ve 1.3 milimetre dalga boyundaki fotonları yakaladılar. Toplanan bu petabayt büyüklüğündeki veri internet üzerinden gönderilemeyecek kadar büyük olduğu için, hard disklere kaydedildi ve fiziksel olarak Almanya’daki Max Planck Radyo Gökbilim Enstitüsü ve Amerika’daki MIT Haystack Gözlemevi’ne gönderildi (Güney kutbundaki teleskopun verilerini taşımak hayli zor olmuş olsa gerek). Bu merkezlerde, verilerin süper bilgisayarlar tarafından işlenmesiyle, ortaya bu görüntü çıktı.
Anlaşıldığı üzere, bu bildiğimiz türden bir fotoğraf değil. İnsan gözünün algılayamadığı, radyo dalgalarından oluşan bir fotoğraf ve çekilme yöntemi de bir fotoğraf makinesinin önündeki cismin deklanşöre basılıp kaydedilmesinden bir hayli farklı. Ama yine de, teknik olarak bu görüntüye fotoğraf diyebiliriz.
Kara delik özellikleri ve gözlemin önemi
Gördüğümüz fotoğraf, Messier 87 gökadasının merkezindeki süper kütleli dev kara deliğin olay ufkunun çevresini ve kara deliğin gölgesini gösteriyor. Bu kara delik bizden 55 milyon ışık yılı uzaklıkta ve kütlesi Güneş’in kütlesinin 6.5 milyar katı kadar.
Aslında bilim camiası, basın açıklamasından önce, Samanyolu gökadasının merkezindeki süper kütleli kara deliğin fotoğraflanacağını düşünüyordu. Çünkü Sagittarius A* adı verilen bu kara delik bize çok daha yakın. Ancak kendi gökadamızın merkezindeki kara deliği gözlemlemek sandığımızdan daha zor. Bunu şöyle açıklayalım: M87 gökadasını görece karşıdan görüyoruz, bu yüzden merkezindeki kara deliğe doğrudan bakabiliyoruz. Ancak gezegenimizin Samanyolu'ndaki konumundan dolayı, gökadanın merkezi ile aramızda çok fazla yıldızlararası madde var. Yıldızlararası gaz ve tozlar, kara deliğin çevresinden gelen ışığı büyük oranda engelliyor. Bu sebeple, her ne kadar daha uzak olsa da, bizimkine kıyasla M87 gökadasının merkezindeki kara deliği gözlemlemek daha kolay.
Bu fotoğraf neden önemli?
Daha önce gördüğümüz tüm kara delik görselleri birer simülasyondu. Tarihte ilk defa bir kara deliğin doğrudan gözlemlendiğini söylemeliyiz. Olay Ufku Teleskopu Bilim Konseyi Başkanı Heino Falcke, bu fotoğraf ile ilgili şunları söylüyor: “Kütleçekimsel eğrilik ve ışığın olay ufku tarafından yakalanması ile oluşan gölge, bu etkileyici nesnelerin doğası hakkında çok şeyi ortaya çıkarmakta olup, bu sayede M87’nin merkezindeki kara deliğin kütlesini ölçebilmemizi sağlamıştır.”
Bu çalışmada, kara deliğin kütlesinin hesaplanmasının yanı sıra, kara deliğin kendi etrafında saat yönünde döndüğü de anlaşıldı. Bu fotoğrafla birlikte, kara delikler teorik fizikçilerin kağıt üzerinde yaptığı hesaplardan çıkıp gözle görülen ve fotoğrafları çekilebilen birer astronomik nesne haline geldi.
Tüm bu fiziksel sonuçların yanı sıra, Paris’ten New York’taki bir kitabı okumaya imkan sağlayacak çözünürlükte, Dünya büyüklüğünde bir teleskop yapmayı başaran mühendisleri ve bilim insanlarını da ayrıca takdir etmek gerekir.
Bilim ve astronomi hakkında ufuk açıcı ve doğru bilgiler edinmek istiyorsanız, aşağıdaki hesapları takip edebilirsiniz. Bilimle kalın!
Kaynaklar: eso.org, nasa.gov, wikipedia.org
Ayşegül Şen
ODTÜ Bilgisayar Mühendisliği ve Fizik bölümü öğrencisi
aaysegulsenn@gmail.com
