İlk Kara Delikleri Karanlık Madde Oluşturdu
Kara delikleri yanlış tanımışız. Yeni bilgisayar simülasyonu evrendeki ilk süper kütleli kara delikleri karanlık maddenin oluşturduğunu gösterdi. Bu da uzayda kara deliklerin sandığımızdan yaygın olduğunu gösteriyor. Peki bunlar bugün nerede gizleniyor ve Dünya için tehlike oluşturuyor mu?
Galaksi boyunda simülasyon
Bilim insanları eskiden evrendeki en büyük süper kütleli kara deliklerin sayısının çok az olduğunu düşünüyordu. Ancak son 4 yılda yapılan araştırmalar, bunların sanılandan yaygın olduğu ve ilk kara delikleri karanlık maddenin oluşturduğunu gösterdi. Üstelik ilk süper kütleli kara deliklerin galaksilerden önce oluştuğu ortaya çıktı. Peki bu neden önemli derseniz:
Bugün yeni yıldız oluşturmaya devam eden ve dolayısıyla hayata elverişli öte gezegenler içerme olasılığı en yüksek olan galaksiler sarmal galaksilerdir ki bütün sarmal galaksilerin merkezinde en az bir adet süper kütleli kara delik bulunuyor.
Yaşadığımız Samanyolu da çubuklu sarmal sınıfına giriyor ve merkezinde 4,4 milyon Güneş kütlesinde bir süper kütleli kara delik bulunuyor: Sagittarius A*. Bu yüzden süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğu, ne zaman oluştuğu ve evrende ne kadar yaygın olduğu; hem galaksiler hem de hayatın ortaya çıkması açısından önem taşıyor.
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Rönesans simülasyonu
Dahası Giorgia Tech Üniversitesi araştırmacılarının yaptığı galaksi boyundaki dev Rönesans Astrofizik Simülasyonu, ilk kara delikleri görünmez karanlık madde bulutlarının oluşturduğunu gösterdi.
Karanlık maddenin yerçekimi, 11 milyar yıl önce oluşan dev gaz bulutlarının, evreni saran görünmez karanlık madde iplikleri üzerinde, tıpkı gerdanlıktaki inci taneleri gibi dizilmesini sağladı. Böylece örümcek ağını andıran evrensel karanlık madde ağları üzerinde en az iki trilyon galaksi oluştu.
Buna rağmen, önceki bilgisayar simülasyonları, galaksi oluşumunu sadece karanlık madde ile açıklayamayacağımızı da gösterdi. Sonuçta karanlık madde çok uzun menzilli bir yerçekimi alanı yaratıyor. Ancak, bu alan seyrek gaz bulutu gibi son derece zayıf bir etki oluşturuyor.
Kısacası karanlık madde teorisi, evrendeki gaz ve toz bulutlarının ilk galaksi çekirdeklerini nasıl oluştuğunu tek başına açıklayamaz. Bu da astrofizikte büyük bir problem; çünkü eskiden ilk süper kütleli kara deliklerin galaksilerin merkezinde sonradan oluştuğunu sanıyorduk.
Kozmik bilmece
Eh, karanlık madde galaksileri tek başına oluşturamıyorsa galaksilerin merkezindeki süper kütleli kara delikler nasıl oluştu? Rönesans Astrofizik Simülasyonu buna güzel bir cevap sağlıyor: İlk kara delikleri karanlık madde oluşturdu. Sonra da bunlar karanlık madde ile birlikte çalışarak galaksileri meydana getirdiler.
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Karanlık güçler
Ancak, bir de süper kara deliklerin neden uzayda sanılandan yaygın olduğu konusu var. Bunun için de önce çarpışan kara deliklerin oluşturduğu kütleçekim dalgalarını tespit eden LIGO gözlemevinden kısaca söz etmemiz gerekiyor:
Çarpışıp süper kütleli kara delik oluşturan yıldız kalıntısı küçük kara delikler, sahip oldukları kütlenin üçte birini çarpışma sırasında uzaya enerji dalgaları halinde yayıyor. Einstein’ın görelilik teorisiyle 114 yıl önce gösterdiği üzere; bunun nedeni, kütlenin enerjinin bir özelliği olmasıdır (m=E/c2). Çarpışan kara deliklerin uzaya yaydığı enerjiye de kütleçekim dalgaları diyoruz.
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
LIGO kara delikleri
ABD topraklarındaki LIGO gözlemevi, İtalya’daki VIRGO’nun yardımıyla uzak galaksileri inceledi ve çok sayıda çarpışan kara delik gözlemledi. Çarpışan kara deliklerin kütlesinin ne kadarını uzaya kütleçekim dalgalarıyla yaydığını tam olarak bilmesek de önemli bir şey öğrendik: Çarpışmalar nedeniyle evrende birkaç yüz Güneş ağırlığındaki orta boy süper kütleli kara delikler sanılandan yaygındı.
Gelelim karanlık maddeye
LIGO’nun buluşu astrofizikçilere biraz nefes aldırdı. Sonuçta galaksilerin merkezindeki Sagittarius A* benzeri süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğunu açıklamakta zorlanıyorlardı.
Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam bir kara delik yakına gelen her şeyi yutar, yuttukça şişer ve kütlesi de artar. Yerçekimi alanı güçlenir ve daha uzaktaki cisimleri de kendine çekerek büyümeye devam eder. Süper kütleli kara delikler yakındaki her şeyi yutarak büyümüş olamazlar mı?”
Aslında hayır ve sorunun cevabı “yakında” sözcüğünde yatıyor: Kara delikler ancak en yakına gelen şeyleri yutabilirler. Yoksa bunlar uzayda yüzen dev elektrikli süpürgeler değildir; evreni hortumlayan doymak bilmez cisimler değildir.
Bir kara delik civarındaki her şeyi yutunca büyümesi durur. Ne de olsa uzaktaki yıldız ve gezegenler ya kara deliğin yerçekimi etkisiyle onun çevresinde yörüngeye girer ya da yerçekimi sapan etkisiyle kara delikten uzaklaşıp uzayın derinliklerine savrulurlar (Bkz. Kara delik bombası).
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Her durumda aç kalır
Bu da kara deliklerin büyümesini durdurur. Oysa LIGO çarpışan kara deliklerin orta boy süper kütleli kara delikler oluşturduğunu gösterdi.
Bunlar da ağır oldukları için galaksilerin merkezinde daha önce oluşmuş olan diğer kara deliklerin yerçekimine kapılabilirlerdi. Milyarlarca yılda merkeze çöküp diğer kara deliklerle birleşerek en büyük süper kütleli kara delikleri ortaya çıkarabilirlerdi.
Ancak geçici bir çözüm
Astrofizikçilerin çözümü, galaksilerin merkezindeki süper kütleli kara deliklerin nasıl hızla büyüyerek dev boyutlara ulaştığını açıklıyor; ama ilk süper kütleli kara deliklerin merkezde nasıl oluştuğunu açıklamıyor! Bunun için bize ilk kara delikleri yaratan karanlık madde gerekiyor.
İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi
Direkt çökme etkisi
Aslında astrofizikçiler ilk kara deliklerin nasıl oluştuğuna dair genel bir fikre sahipler: Evrenin morötesi ışık saçan ilk yıldızları yazısında anlattığım gibi; bugün öyle yıldızlar var ki bunlar süpernova olarak patlayıp kara deliğe dönüşmek yerine, kendi ağırlığıyla direkt kara delik halinde çöküyor.
Evrendeki ilk gaz ve toz bulutları ise lityumdan ağır element içermediği ve sadece eser miktarda lityum içerdiği için çok uzun bir süre boyunca topaklanarak kendi üzerlerine çökebildiler: Bunlar hidrojen ve helyumu sıkıştırıp tutuşturacak kadar yüksek basınçlara ulaşmak için dev boyutlara ulaşmak zorundaydı ki 1200 Güneş kütlesine ulaşabiliyordu.
Evrenin ilk kara delikleri
Bilim insanları da bu süper kütleli yıldızların, nükleer yakıt bittiği zaman direkt kendi üzerine çökerek 30-100 Güneş kütlesinde ilk orta boy süper kütleli kara delikleri oluşturduğunu düşündü. Sonra da bunların birleşerek en büyük süper kütleli kara delikleri oluşturacağını öngördüler.
İlgili yazı: SpaceX Mars’a Terleyen Yıldız Gemisi ile Gidecek
Oysa öyle olmadı
Süper bilgisayarların güçlenmesiyle birlikte 2014’te yapılan simülasyonlar, galaksilerin merkezindeki süper kütleli kara deliklerin, ilk yıldızların çökmesiyle doğan kara deliklerin birleşmesiyle oluşamayacağını gösterdi. Böylece ilk kara delik ve galaksilerin oluşumu yılan hikayesine döndü.
Muammayı nasıl çözeriz?
Önce astrofizikçilerin neden süper kütleli ilk kara deliklerin ilk yıldızlardan türeyen kara deliklerden oluştuğuna inanmadığına bakalım: Bunun basit bir sebebi var. Güneş rüzgarı.
Düşünün; bir yıldız yanınca ne olur? Uzaya ısı ve ışık saçar ki bu da yıldızın çevresindeki gazları uzağa üfleyen radyasyon basıncını oluşturur. Eh, gaz ve toz bulutu dağılınca komşu yıldız sistemlerindeki gazların kara delik oluşturma ihtimali de azalır. Seyrek gazdan kara delik oluşmaz ki!
İlgili yazı: Biyonik Böbrek ile Diyaliz Derdine Son
Ya süpernovalar?
Yaşadığımız Güneş Sistemi’nin daha önce süpernova halinde patlayan bir yıldızın kalıntılarından oluştuğunu biliyoruz. Nitekim vücudunuzun yarısı başka galaksiden geliyor. Aslında Güneş Sistemi’nin kökeni olan gaz bulutu, 5 milyar yıl önce patlayan başka bir süpernovanın şok dalgasıyla çarpışıp sıkışarak Güneş ve gezegenleri oluşturdu.
Peki süpernovalar ilk kara delikleri de bu şekilde oluşturmuş olamaz mı? Olamaz; çünkü ilk yıldızların süpernova olarak patlamaktan ziyade direkt kara delik halinde çöktüğünü söyledik. Hayattayken estirdikleri güneş rüzgarı ise asla komşu gaz bulutlarını kara delik oluşturacak kadar güçlü bir şekilde sıkıştıramazdı (o kadar hızlı esmiyordu).
Astrofizikçiler işte bu yüzden evrendeki ilk orta boy kara deliklerin çok az sayıda olduğunu düşündüler. İlk yıldızların bu kara delikleri oluşturacak gazları çalarak toz bulutunu küçülttüğüne inanıyorlardı. Peki karanlık maddenin sağladığı ek yerçekimi hiç akıllarına gelmedi mi?
Tabii ki geldi: Ancak, karanlık maddenin yerçekiminin uzun menzilli olmakla birlikte, aynı zamanda çok zayıf olduğunu da biliyorlardı. Bu sebeple binlerce galaksi doğuracak kadar büyük gaz ve toz bulutlarının görünmez karanlık madde iplikçikleri üzerinde toplandığını öngördüler.
Sherlock Holmes bile kıskanır
Ancak, bunların galaksileri oluşturacak ilk süper kütleli kara delikleri doğuracak kadar güçlü bir şekilde sıkışmadığını da görüyorlardı. Bu nedenle kara delik ve galaksileri neyin oluşturduğunu çözemiyorlardı. Neyse ki yeni ve çok detaylı bilgisayar simülasyonları imdada yetişti.
İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?
Rönesans Astrofizik Simülasyonu
İlk kara delikleri karanlık madde oluşturdu ve bunu artık biliyoruz dedik. Peki nasıl oluşturdu? Öncelikle süper kütleli kara deliklerin ilk yıldızlarla yaşıt olduğunu biliyoruz. Öyle ki evren 13,78 milyar yaşında; ancak ilk süper kütleli kara delikler sadece 40-80 milyon yaşında iken oluştu.
İşin en ilginç yanına gelince: Astrofizikçiler galaksilerin merkezindeki süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğunu oldukça mantıklı bir şekilde açıklayabiliyorlar. Onları asıl şaşırtan şey, Rönesans Astrofizik Simülasyonu’nun, süper kütleli kara deliklerin sanılandan çok daha fazla sayıda olduğunu göstermesi.
Simülasyon o kadar detaylı ki astrofizikçiler ekstra kara delikleri yazılım hatası ile açıklayamıyorlar. Bu sebeple bunların oluşumu için bilinen yollardan başka bir yol bulmak zorunda olduklarını anlıyorlar.
İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi
Peki bilinen yol nedir?
Evren sadece 200 milyon yıl yaşındayken ilk galaksiler oluşmaya başladı. İlk süper kütleli kara delikler de galaksi oluşturmak üzere çöken bulutların merkezinde doğdu. Buraya kadar bir sorun yok:
Genç galaksilerde yıldız oluşumu yeni hızlanıyordu ve uzayda büyük miktarda serbest gaz ve toz bulutu vardı. Bunlar da merkezdeki süper kütleli kara delikleri beslediler. Bu kara delikler kendi üzerine yutamayacağı kadar büyük miktarda gaz çektiler.
Boğazına takılan gazları da ışık hızının yüzde 90’ına ulaşan muazzam parlak gaz jetleri halinde uzaya püskürttüler. 300 trilyon Güneş kadar parlak olan bu tür süper aktif kara deliklere kuasar diyor ve evrende 13 milyar yaşında kuasarlar biliyoruz: Bu jetler o kadar güçlüydü ki 1-2 milyon ışık yılı uzağa erişiyordu. Aynı zamanda en hızlı güneş rüzgarından milyonlarca kat güçlüydü.
Böylece gaz jetleri komşu galaksiler mesafesindeki gaz bulutlarını sıkıştırdı ve bunların da çökerek merkezde kendi süper kütleli kara deliklerini oluşturmasını sağladı. Böylece bulutlar yeni galaksilere dönüştüler. Alın size makul ve mantıklı bir süper kütleli kara delik oluşum senaryosu.
Ancak eksik senaryo
Bu senaryo bize sadece evrendeki her galaksinin merkezinde en az bir adet süper kütleli kara delik olmalı diyor ki biz de bunların yüzde 70’nin nasıl oluştuğunu açıklayabiliyoruz. Oysa yeni Rönesans Astrofizik Simülasyonu, evrende yüzlerce kat fazla süper kütleli kara delik olduğunu ve bunların büyük kısmının da galaksilerin merkezinde olmadığını gösteriyor!
İlgili yazı: Kara Delikler Karanlık Enerji Yıldızları mı?
Öyleyse nerede gizleniyorlar?
Rönesans Astrofizik Simülasyonu’nu yapan astrofizikçilerden biri olan Doçent John Wise, ilk kara delikleri karanlık maddenin meydana getirdiğini söylüyor. Georgia Tech Fen Bilimleri Fakültesi Rölativistik Astrofizik Merkezi öğretim üyesi Wise’a göre, ilk kara delikleri gaz haleleri doğurdu.
Bir an nefes alarak şöyle açıklayalım: Görünmez karanlık madde haleleri, yerçekimi alanıyla galaksileri oluşturan normal madde bulutlarını kendilerine çektiler. İlk kara delikleri de işte bu bulutlar oluşturdu. Karanlık madde burada dolaylı bir rol oynadı.
Doğrusu karanlık maddenin ne olduğunu bilmiyoruz. Bu sebeple bilgisayar simülasyonuna rağmen detayları da bilmiyoruz. Ancak, şunu öğrenmiş bulunuyoruz: Galaksileri saran normal madde bulutları, karanlık maddeye ait bilmediğimiz bir özellik yüzünden çok hızlı oluştular.
Böylece hızla büyüyerek güçlü bir yerçekimi oluşturdular. Nitekim karanlık maddenin tersine, normal madde kısa menzilde son derece güçlü yerçekimi alanları oluşturabiliyor: Normal madde bulutları, ilk yıldızların bulut dağıtan radyasyon basıncı ile bu şekilde rekabet ettiler. Büyük bulutların dağılmasını önleyerek süper kütleli kara delik oluşturmasını kolaylaştırdılar.
Yıldızlar da oluştu
Ancak, genç galaksi o kadar türbülanslıydı ki gaz bulutları hızla çarpıştı ve büyük kısmı yıldız oluşturmak yerine, yeterince sıkışarak kara delik oluşturdu. Ardından yazının başında anlattığım kara delik çarpışmaları devreye girdi. Bunlar da ilk galaksileri oluşturmak için gereken ek yerçekimini oluşturdu.
İlgili yazı: Evrende Kaç Kara Delik Var ve Nerede?
Simülasyon ortaya çıkardı
Yapay zeka nedir ve nasıl çalışır yazısında anlattığım gibi, bilgisayar simülasyonlarında kullanılan yazılımlar insanın aklına gelmeyen veya fark etmediği detayları görüyor. Çok boyutlu düşünerek konuya farklı açılardan, milyonlarca açıdan yaklaşıyor.
Genç evrende normal maddenin yerçekiminin, güneş rüzgarının morötesi ışın basıncını yenecek kadar güçlü olduğunu da bu şekilde ortaya çıkarmış bulunuyor. Nitekim Rönesans simülasyonunda, eski Blue Waters süper bilgisayarı tarafından 2011-2014 yılında yapılan önceki simülasyon baz alındı (bunda 70 terabaytlık veri kullanılmıştı).
Bilim insanları bu kez yeni ve daha güçlü Stampede2 süper bilgisayarını kullandılar ve önceki simülasyonda analiz edilmiş olan on adet karanlık madde halesini yeniden taradılar. Bunların içindeki normal madde halelerine bakıp ikisini seçerek yeniden simülasyon yaptılar. 2400 ışık yılı çapındaki iki halenin, evren 270 milyon yaşındaki iken nasıl şekillendiğini incelediler.
Uyarlanan örgüsel detaylandırma zum tekniğini kullanan Rönesans simülasyonu, normal madde bulutlarını çok yüksek çözünürlükte benzeştirdi ve bunların sanılandan çok daha fazla sayıda süper kütleli kara delik oluşturduğunu gösterdi.
İlgili yazı: 550 Gezegenli Kara Delik Güneş Sistemi
1 milyar Güneş kütlesi
Yüksek çözünürlük, büyük örneklem seti ve güncel fizik bilgileriyle yapılan Rönesans simülasyonu, evrende sadece 800 milyon yıl içinde, 1 milyar Güneş ağırlığında çok sayıda süper kütleli kara delik oluşuğunu ortaya çıkardı.
Peki nerede bunlar?
Rönesans simülasyonu ek kara deliklerin büyük kısmının bugünkü süper kara delikleri oluşturmak üzere birleştiğini gösteriyor. Ancak, önemli bir kısmı da galaksilerin kollarında gizleniyor olmalı.
Neyse ki Dünya için tehlikeli değiller. Bunlar yıldız kütleli değil, süper kütleli dev kara delikler. Güneş Sistemi’nin yakınından geçseler bile bize ancak 20 ışık yılı kadar yaklaşabilirler. O mesafeden hiçbir şeyi yutamaz veya güçlü yerçekimi ile gezegenleri Güneş yörüngesinden koparamazlar.
Daha yakına gelirlerse Güneş Sistemi bir bütün halinde onların yörüngesine girebilir. Bu durumda gökte siyah bir boşluk görürüz ve bu da Samanyolu’nun bir kısmını gölgeleyerek astronomi gözlemlerini zorlaştırır. Ancak, kara delik manzaralı gece göğü dışında belirgin bir etkisi olmaz.
Peki kara deliğe düşen astronota ne olur? 😮 Onu da hemen okuyabilirsiniz. Ara tatilinde aniden ısınan havaların tadını çıkarmanız dileğiyle iyi gezmeler.
Rönesans Astrofizik Simülasyonu
1Formation of massive black holes in rapidly growing pre-galactic gas clouds
