Evrende Kaç Kara Delik Var ve Nerede?

LIGO gözlemevi 2016’dan beri üçüncü kez kara delik çarpışmalarını gözlemledi. Bu kez Güneş’ten 19 ila 31 kat kütleli iki kara delik çarpıştı ve 50 kat kütleli bir kara delik ortaya çıktı. Çarpışma 3 milyar ışık yılı uzakta gerçekleşti ama dalgaları bize yeni ulaştı. Peki evrende kaç kara delik var ve bunlar bizim için tehlikeli mi?

Kara deliklerin haritasını çıkarıyoruz

Uzayda ışığın bile içinden kaçamayacağı kadar güçlü yerçekimine sahip gökcisimleri var ve haliyle bunlara kara delik diyoruz.

Evrenin doğumu sırasında oluşan mini kara deliklerle mikroskobik kara delikleri saymazsak bunların hepsi patlayarak ya da çökerek ömrünü tamamlayan yıldız kalıntılarından oluşuyor. Ancak, evrende kaç kara delik olduğunu bulmak istiyorsak şuna dikkat etmemiz gerekiyor:

Evrenin doğumundan kalma ilkin kara delikler ve mikro kara delikler yıldız kökenli kara deliklerden çok daha fazla sayıda olmalı. Ancak, bunlar aynı zamanda düşük kütleli ve kısa ömürlü kara delikler.

Dolayısıyla evrendeki kara deliklerin yüzde 95’nin bugüne dek Hawking radyasyonu ile buharlaştığını söyleyebiliriz. Biz bu yazıda geriye kalan kara delikleri sayacağız ve evrende nerede olduklarını göstereceğiz. Bu da kara deliklerin Dünya için bir tehlike oluşturup oluşturmadığını gösterecek.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Kara delik avcıları

Kara delikleri nasıl buluruz? İlk aklımıza gelen gökyüzünü teleskoplarla taramak; ancak bir sorun var: Kara delikler adı üstünde karanlık oluyor. Onları nasıl bulacağız?

Neyse ki kara delikler çevresindeki yıldızlarla gaz ve toz bulutlarını yutarken şiddetli radyasyon saçıyor ve bu radyasyonu X-ışını teleskoplarıyla görebiliyoruz. Nitekim elimizde Chandra X-ışını gözlemevi var. Dünya yörüngesindeki Chandra’nın o kadar keskin gözleri var ki en uzak X-ışını kaynaklarından gelen tek bir fotonu bile görebiliyor.

Chandra gökyüzünü tarayarak ve derin alan görüntülemesiyle evrenin en uzak köşelerine bakarak her seferinde yüzlerce X-ışını kaynağı seçiyor. Bunların her biri uzak bir galaksiye ait oluyor. Biz de X-ışını tayfını analiz ederek hangi X-ışınlarının kara deliklerden kaynaklandığını ayırt edebiliyoruz.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Yine de kara delikleri saymak zor

Örneğin, orta boy bir galaksi sayılabilecek Samanyolu’nun kütlesi 1,5 trilyon Güneş kütlesine eşit ve bunun 46 milyar Güneş kütlesine eşit kısmı da yıldızlara ait.

Elbette Samanyolu galaksisinde bazısı Güneş’ten büyük ve bazısı Güneş’ten küçük olan çok sayıda yıldız var. Bu yüzden Samanyolu 100-400 milyar yıldız içeriyor. İşte bizim bütün bu ışık noktalarının arasında samanlıkta iğne arar gibi kara delik aramamız gerekiyor.

Öte yandan bütün kara delikler çevreden yıldız ve gaz yutan aktif kara delikler değil. Bu nedenle ışık saçmıyorlar ve bu tür saklı kara delikleri bulmamız iyice zorlaşıyor. Şansımıza elimizde kara delikleri bulmak için iki dolaylı yöntem daha var: mercek etkisi ve kütleçekim dalgaları.

Kara delikler arkadan gelen yıldız ışığını büken güçlü bir yerçekimine sahip; ancak tek tek kara delikler, hatta süper kütleli kara delikler uzaktan bakınca öyle küçük ki bunların ışığını nasıl büktüğünü fark etmemiz zor. İkinci yöntem ise çarpışan kara delikleri gözlemlemek:

İlgili yazı: Uzay Milleti Asgardia 2017’de Kuruluyor

 

Kütleçekim dalgaları

Çarpışan kara delikler birleşerek daha büyük bir kara deliğe dönüşüyor. Ancak, bu sırada toplam kütlesinin yaklaşık üçte birini kütleçekim dalgaları; yani enerji halinde uzaya yayıyor.

Amerika’daki LIGO gözlemevi evrende üçüncü kez kütleçekim dalgaları gözlemledi ve bunların çarpışan kara deliklerden kaynaklandığını gösterdi. Oysa bu yöntemle kara delikleri saymak kumsaldaki kum tanelerini tek tek saymak kadar yavaş.

Sonuç olarak bize evrendeki kara deliklerin yıldızlara oranını gösteren; yani uzaydaki kara delik sayısını yaklaşık olarak tahmin etmemizi sağlayan istatistiki yöntemler lazım. Şimdi bunları görelim.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Hata payı

Aslında kara delikleri sayma konusunda istatistiksel hata payımız hâlâ çok yüksek. Neyse ki LIGO iki ayda bir kara delik kaynaklı kütleçekim dalgaları buluyor. Bu da sadece Samanyolu Galaksisi’nde kara delik içeren en az 100 yıldız sistemine elimizdeki imkanlarla ulaşabileceğimizi ve bunları sayabileceğimizi gösteriyor.

Göremediklerimizi saymak

Bir de LIGO’nun fark edemeyeceği kadar düşük kütleli kara delik çarpışmaları var tabii. Bunların sinyalleri göremeyeceğimiz kadar zayıf oluyor.

Neyse ki bu noktada astrofizik imdada yetişiyor: En azından evrendeki yıldız kütleli ve süper kütleli kara deliklerin birbirine oranını biliyoruz (küçüklerin sayısı daha fazla). Bununla birlikte evrendeki bütün kara deliklerin birbirinin yörüngesinde dönen kara delik çiftlerine dahil olmadığını da biliyoruz.

Yine de elimizde kara delikleri sayacak kadar veri var: Samanyolu galaksisinde 10 ila 100 Güneş kütlesinde yaklaşık 100 adet ikili kara delik sistemi bulunuyor (bu sistemlerde iki kara delik birbirinin çevresinde dönüyor).

Öte yandan, 500 kadar da 3-15 Güneş kütlesinde kara delik çifti içeren ikili sistem bulunuyor ve buna uzayda tek başına dolaşan binlerce serseri kara deliğe de ekleyebiliriz. Bu durumda galaksimizde en az 10 bin yıldız kütleli kara delik bulunuyor; ama gerçek sayı çok daha fazla olabilir.

İlgili yazı: Uzay Milleti Asgardia 2017’de Kuruluyor

 

Nasıl yani?

Bu sayılar Chandra X-ışını uzay teleskopu ve LIGO’yla; yani elimizdeki teknolojiyle görebileceğimiz kara delikler. Özetle uzaya dolaylı yollardan ışık saçan veya çarpışarak kütleçekim dalgaları yayan aktif kara delikler. Bu yüzden galaksimizde çok daha fazla kara delik var diyoruz.

Evet, bunları saymak zor ama çaresiz değiliz! Kara deliklerin nasıl oluştuğunu biliyoruz. Bu yüzden göremediğimiz ve göremeyeceğimiz kara delikleri de saymak için istatistiksel hesaplamalar yapabiliriz.

İlgili yazı: Sürpriz! Evrende yeni karadelik türü bulundu

 

Mesela yıldız doğum beşikleri

Evrende yıldızların çok yoğun olduğu bölgeler var. Örneğin, galaksi kollarındaki yıldız doğum beşikleri ve küresel yıldız kümelerinde ışık yılı küpü başına normalden çok daha fazla sayıda yıldız düşüyor. Yıldızların bol olduğu yerlerde çok sayıda kara delik bulunuyor olmalı. Peki bu kara delikler nasıl oluşuyor?

• İlk yöntem patlayan yıldızlar: Güneş’ten en az 8-10 kütleli bir yıldız süpernova olarak patlıyor. Güneş’ten en az 20-40 kütleli bir yıldızın patlamadan arta kalan çekirdeği kara deliğe dönüşüyor. Daha hafif yıldızlar ise nötron yıldızına dönüşüyor.
• Çarpışan nötron yıldızları kara deliğe dönüşüyor veya ikili yıldız sistemlerindeki nötron yıldızları komşu yıldızdan gaz çalarak kütle kazanıyor. Bunlar fazla ağırlaştığı zaman çökerek kara deliğe dönüşüyor.
• Güneşimiz son hali olan beyaz cüce kalıntıları da zaten kütlesi sınırda olan nötron yıldızlarıyla çarpışarak kara deliklere oluşturabiliyor. Bunun için nötron yıldızının 2,5-3 güneş kütlesine ulaşması yeterli.
• Ayrıca Güneş’ten en az 25 kat kütleli olan ve ekstra şartları karşılayan bir yıldız da süpernova halinde patlamadan, doğrudan çökerek kara deliğe dönüşebiliyor. İşte bunu yeni keşfettik.

Özetle bu olayların evrende ne sıklıkla gerçekleştiğini biliyoruz; çünkü evrendeki yıldız sayısını oldukça iyi tahmin ediyoruz. Şimdi kara delikleri saymak için bu sayıları netleştirelim.

İlgili yazı: Robot Taksiler 6 Boyutlu Haritayla Yolunu Nasıl Buluyor?

 

Galaksinin kara delik rehberi

Galaksimizdeki yıldızların binde biri ila binde ikisi süpernova halinde patlayacak kadar kütleli ve bunların büyük kısmı sadece nötron yıldızı oluşturacak. Evrendeki yıldız sistemlerinin yarısı ikili yıldız sistemi; ama bunlar genellikle eş kütlede iki yıldızdan oluşuyor.

Öyleyse ikili yıldız sistemlerinde tek kara delik oluşması zor. Genellikle büyük kütleli iki yıldız içeren bu sistemlerde ikişer kara delik oluşacak. Bunların bir kısmı çarpışacak. Eh, galaksimizdeki ikili yıldız sistemlerinin büyük kısmının kara delik oluşturamayacak kadar hafif yıldızlar içerdiğini biliyoruz.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Öyleyse kara delik sayısı az

Elbette evrende kara delik sayısı yıldızlardan daha az; ama kara delikleri saymak için bu genel bilgi yeterli değil. Önce uzayda kara delik oluşturma potansiyeline sahip kaç yıldız olduğuna bakmamız lazım:

M sınıfı kırmızı cüce yıldızlar Güneş kütlesinin yüzde 8 ila 40’na sahip ve galaksimizdeki yıldızların dörtte üçü kırmızı cüce (evrende 2 ila 10 trilyon galaksi var; ama bu oran diğerleri için de geçerli olmalı).

Ancak evrenimiz yaşlanıyor ve uzaydaki yıldız oluşumu yüzde 95 azaldı. Güneş Sistemi geriye kalan artık gazdan oluştu. Oysa eskiden evrende yıldız ve kara delik oluşumu çok hızlıydı. Örneğin yakınımızdaki en büyük yıldız beşiğine bakalım:

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük

 

Tarantula Bulutsusu ve 30 Doradus

400 bin Güneş kütlesine denk yıldız ve yıldız kalıntısı içeren 30 Doradus yıldız kümesinde bugüne dek tespit ettiğimiz en büyük kütleli yıldızlar bulunuyor. Bunların yüzlercesi zamanında patlayarak veya çökerek kara delik oluşturmuş olmalı.

Evet, bu kümede binlerce büyük kütleli yıldız; yani süper sıcak mavi dev bulunuyor. Bunların yüzde 10 ila 30’u kara deliğe dönüşecek. Öyleyse kara deliklerin galaksimizde daha çok nerede bulunduğunu gösterebiliriz.

• Galaksimizde eskiden çok sayıda kara delik adayı yıldız içeren büyük yıldız kümeleri vardı.
• Galaksimizde en çok sayıda yıldız sarmal kollar ve galaksinin merkezine yakın olan yıldız kümelerinde oluştu.
• Bugün nötron yıldızları ve gama ışını kaynaklarını gördüğümüz yerlerde kara delikler de olmalı.

İlgili yazı: En Büyük Galaksiler Ne Kadar Büyük?

 

Artık kara delik haritası çıkarabiliriz

Hemen Fermi galaksi haritasına bakalım: Bu harita gama ışını kaynaklarını gösteriyor. Bunların kısa sürede solarak kızılötesi ışınlara dönüştüğünü biliyoruz. Kısacası gama ışınları büyük ölçüde kara delik ve nötron yıldızlarına ait olmalı. Öyleyse haritada kara deliklerin bulunduğu yerleri gösterebiliriz:

• Galaksinin merkezi
• Galaksinin merkezindeki bombe (şişkinlik bölgesi)
• Az sayıda olmakla birlikte galaksinin sarmal kolları

Bu haritada yaklaşık 100 milyon gökcismi bulunuyor. Şimdi bunların hangisinin kara delik olduğunu bulmak için FERMI’yi COBE haritasıyla karşılaştıracağız.

Önce COBE haritasını alıp FERMI haritasının üstüne bindirelim. Kızılötesi ışın kaynaklarını kara delikten saymayalım ve nötron yıldızlarının kara deliklerden daha fazla olduğuna dikkat edelim. Sonra nötron yıldızı sayısını toplamdan çıkaralım. Geriye net kara delik sayısı kalacaktır!

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

Eliptik galaksiler

Şimdi diyeceksiniz ki ama hocam, biz sarmal galaksilerdeki kara delikleri saydık. Ya yaşlı ve eliptik galaksiler, düzensiz galaksiler? Sıkıntı yok. Kara delik oranı tüm galaksilerde yaklaşık eşit olmalı; çünkü evrende fizik yasaları her yerde aynen geçerli ve biz kara deliklerin nasıl oluştuğunu biliyoruz.

Öte yandan yaşlı eliptik galaksilerde kara delikler galaksinin ortasında toplanıyor. Büyük ihtimalle başka bir galaksiye teğet geçen veya başka galaksiyle çarpışan düzensiz galaksiler ise adı üstünde, düzensiz galaksiler. Bunlarda her yerde kara delik olabilir.

İlgili yazı: Buruşuk Galaksi >> Samanyolu sanılandan yüzde 50 büyük çıktı

 

Ancak evrendeki kara delik sayısı belli

En azından yaklaşık olarak belli: Evrende büyük patlama sırasında oluşan kaç adet ilkin kara delik ve kaç adet mikro kara delik olduğunu tahmin ediyoruz. Bunların pek azı günümüze kaldı ve kara deliklerin yüzde 95’i buharlaşarak yok oldu.

Geriye kalan yüzde 5’e gelince: Yukarıdaki filtrelerle yaptığımız hesaplar gösteriyor ki evrende her 1000 yıldıza karşı 1 kara delik var. Samanyolu’nda maksimum 400 milyar yıldız olduğuna göre, galaksimizde maksimum 4 milyar kara delik olması gerekiyor. Bunların büyük kısmı da galaksinin merkezinde bulunuyor.

İlgili yazı: Samanyolu Galaksisi Saniyede 630 km hızla Nereye Gidiyor?

 

Dünya için tehlike var mı?

Kara deliklerin büyük kısmı bize çok uzak; ama uzayda saniyede 700-1000 km hızla yol alan hiper hızlı kara delikler ve nötron yıldızları var. Bu serseri kurşunları bize yaklaşmadan görmemiz imkansız (boş uzayda gittiklerinden gaz yutup ışık saçmıyorlar).

Düşük bir ihtimal ama işte onlar aniden ortaya çıkıp Güneş Sistemi’nin yapısını bozabilirler. Her durumda galaksimizde serseri kara deliklerden çok daha ilginç gökcisimleri var. Onları da içinde kara delik olan yarım yıldızlar yazısında inceleyebilirsiniz.

Süpernova ve Yengeç Bulutsusu Oluşumu