Kara delikler ne kadar büyük ve elektron kara delik mi?

Bugüne dek blogda kara deliklerin her şeyini anlattık ama hiç boyuna değinmedik. Oysa kara delikler evrenin en egzotik cisimleri ve bunların uzaydaki rolünü anlamak için ne kadar büyük olduklarına da bakmamız gerekiyor. Öyleyse en büyük kara delik ne kadar büyük ve elektronlar kara delik olabilir mi?

En hafif cisim bile kara delik olabilir

Aslında kütlesi olan her şey kara delik olabilir; yani siz, ben ve bu yazıyı okumakta kullandığınız laptop, tablet veya akıllı telefonu yeterince küçük bir hacme sıkıştırırsanız kara deliğe dönüştürebilirsiniz (hatta enerjinin ışığa dönüşmesi yüzünden ışıktan kara delik bile yapabilirsiniz).

Kısacası kara delik olmak için çok ağır olmaya, çok büyük bir kütleye sahip olmaya gerek yok: Matematiksel açıdan her şey kara delik olabilir. Bu hacmin yarıçapına Schwarzschild yarıçapı diyoruz.

Bir kalemi bile aşırı derecede küçülterek kütlesine uygun Schwarzschild yarıçapına indirgerseniz, kaleminiz o hacimde öyle yoğun ve ağır olur ki gerçek bir kara deliğe dönüşür. Bütün kara delikler siyahtır; çünkü ışık bile kara deliğin güçlü yerçekiminden kaçamaz. 🙂

İlgili yazı: En Şaşırtıcı Sıcak Buz ve Süper Sıvı Dünyası

 

Öyleyse elektron kara delik mi?

Matematiksel açıdan bakıldığında elektron gibi bütün temel parçacıklar noktasal parçacıklar olarak tanımlanıyor. Bunlar uzunluğu, genişliği ve derinliği olmayan tek boyutlu matematiksel cisimler olarak nitelendiriliyor.

Ayrıca kuantum fiziğindeki Planck sabiti evrende var olabilecek en küçük cismin Planck çapında olduğunu söylüyor (1,61622837 × 10^-35 metre). Daha küçük mesafelerde evreni meydana getiren uzay-zaman anlamını yitiriyor. Heisenberg’in belirsizlik ilkesi ise bir parçacığın konumu ve hızını aynı anda kesin olarak bilemeyeceğimizi söylüyor.

Her ne kadar Einstein’ın görelilik teorisine göre kara deliklerin merkezinde sonsuz küçüklükte bir tekillik yer alsa da kuantum fiziğine göre, en küçük kara deliğin boyu Planck çapından küçük olamaz. Ayrıca E=mc² uyarınca enerjinin kütleye ve kütlenin enerjiye dönüşebileceğini hatırlayalım.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Ne olmuş yani?

Bu olgu bir insanı kara deliğe dönüştürmek için çok büyük bir enerjiye sahip olmanız gerektiğini gösteriyor. Bunun için gereken enerjiyi evrende yeni bir büyük patlamaya yol açmadan üretmek imkansız.

Üstelik belirsizlik ilkesi uyarınca kara delikler Hawking radyasyonu denilen özel bir radyasyon türü yayıyor. Buna göre uzay-zamanda sonsuz sayıda sanal parçacık ve anti parçacık üretiliyor. Bunlar gerçek anlamda var olmadan önce birbiriyle çarpışıp yok oluyor (sanal parçacık adı buradan geliyor).

Ancak, Casimir etkisine yol açan bu sanal çiftler bir kara deliğin yakınında oluştuğu zaman işin rengi değişiyor. Sanal parçacık çiftlerinden biri kara deliğe düşüyor. Diğeri ise eşi tarafından yok olmaktan kurtulup gerçek dünyaya adım atıyor ve uzaya kaçarak kayboluyor; ama kaçarken kara deliğin enerjisinin küçük bir kısmını da çalarak beraberinde götürüyor.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Hawking radyasyonu

Sonuçta kara deliğe 80 kiloluk bir politikacı da atsanız, toplam 80 kg ağırlığında bir çuval kitap da atsanız bu cisimler dışarıya aynı radyasyonu veriyor.

Bunu esprisini anlamak için kara deliğin içini göremediğimize dikkat edelim: Bu yüzden dışarıdan bakınca kara deliğin sadece kütlesini, çapını ve kendi çevresinde dönüyorsa elektrik yükünü ölçebiliriz.

Kara deliğin dış yüzeyi olan olay ufkundan uzaya kaçan parçacıklar da (Hawking radyasyonu) kara deliğin kütlesini veya momentumunu çalarak onu buharlaştırıyor. Özetle yukarıdaki üç temel özellik dışında kara deliklerin birbirinden hiç farkı yok ve bütün kara delikler aynı şey sayılır.

Dahası kütle, momentum ve elektrik yükü E=mc² formülü uyarınca birbirine dönüşebiliyor, bizzat kütle enerjiye dönüşebiliyor. Bu sebeple de Hawking radyasyonu ile uzaya kaçan parçacıklar kara deliğin enerjisini çalarak onu küçültüyor.

Kısacası bütün kara delikler buharlaşıyor

Samanyolu galaksisinin merkezinde yer alan 4,4 milyon Güneş kütlesindeki kara delik bile 100 trilyon yıl sonra tümüyle buharlaşarak yok olacak. Ancak, bir kara delik ne kadar küçükse o kadar kısa ömürlü oluyor.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

En küçük kara delik ne kadar küçük?

Bütün kara delikler sonlu büyüklükte olmak zorunda; çünkü kuantum fiziğine göre Planck sabitinde kara delik olması mümkün değil.

Nitekim Planck boyunda kara delikler üretmek için Planck enerjisine, yani büyük patlama enerjisine sahip olmamız gerekiyor. Koca evreni yok etmeden veya yeni bir evren oluşturmadan Planck enerjisine ulaşmamız imkansız.

Oysa Planck enerjisine ulaşsak bile, bu kadar küçük bir mikro kara delik 10^-25 saniye içinde buharlaşacaktır. Hem de 5 milyon megatondan daha güçlü bir patlamayla ki karşılaştırma açısından, dünyanın en güçlü nükleer silahı olan Çar Bombası 50 megatondu! Bu patlama yerkabuğunu eritirdi.

Dolayısıyla elektron gibi temel parçacıkların kuantum alan kuramına göre mikroskobik kara delikler olması mümkün görünmüyor.¹

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Kuantum yasakları

Kuantum mekaniğiyle diyebiliriz ki bir elektronun elektron olarak tanımlanması için gereken kararlı enerji alanının çapı her zaman için elektronun Schwarzschild yarıçapından büyüktür.

Başka bir deyişle ve belirsizlik ilkesi uyarınca kuantum enerji salınımları daha küçük ölçeklerde aşırı artarak elektronun enerji alanını değiştirecek ve elektronu yok edecektir. Bu yüzden hiçbir elektronu kendi çapından daha küçük bir çapa sıkıştırıp kara delik yapamazsınız.

İlgili yazı: AIDS’e Kesin Çare >> Amerikalı doktorlar HIV virüsünü insan DNA’sından sildi

 

 

İyi de en küçük kara delik ne kadar küçük?

Bu soruyu yanıtlamak için evrenin oluşumu sırasında, yani büyük patlama anından hemen sonra mikroskobik kara deliklerin üretildiğini belirtelim. Bunların içinde kısa ömürlü de olsa en küçük istikrarlı kara delikler Planck kütlesine sahip kara deliklerdir.

Buna karşın Planck kütlesi ile Planck uzunluğunun aynı şey olmadığını unutmayın. Öyle ki en küçük kara deliğin çapı Planck uzunluğu değil, evrende fiziksel olarak anlamlı en küçük mesafe olan Planck uzunluğunun iki katıdır.

Öte yandan bu sadece teorik bir yanıt: En küçük kara delikler çok hızlı buharlaştığı, bunlar sadece büyük patlama anında oluştuğu ve evrenimiz de 13 milyar 780 milyon yıl yaşında olduğu için ilk mikro kara deliklerin çoktan yok olduğunu kabul etmek zorundayız. Dolayısıyla soruyu başka türlü sormalıyız:

Bugün var olan en küçük kara delik?

İşte buna doğrudan cevap verebiliriz. Büyük patlamadan günümüze kalan en küçük kara delik yaklaşık 0,1 milimetre boyunda ve uydumuz Ay kütlesinde olmalı. Yaklaşık diyorum; çünkü kara deliklerin merkezindeki tekilliği tanımlayan bir kuantum kütleçekim kuramı geliştirmedik. Bu nedenle bugüne kalan en küçük kara deliklerin kütlesini ve boyunu kesin olarak bilemiyoruz.

İlgili yazı: Kontrollü Güç >> Telefon pil ömrünü uzatmak için en iyi 5 yöntem

 

Ya en büyük kara delikler?

Evrendeki en büyük kara deliklere geçerken mikro kara delikleri geride bırakmamız gerekiyor. Örneğin, çapı 12 bin km olan Dünyamızı kara deliğe dönüştürmek için gezegeni 1 sent bozuk para boyuna indirmemiz gerekiyor.

Güneş’in çapı ise 1 milyon 392 bin 600 km ve onu kara deliğe dönüştüreceksek 3 km çapına indirgemeliyiz. Yine de gezegenlerin ve Güneş gibi küçük yıldızların kara delik olması pratikte olanaksız; çünkü bu cisimlerin kütlesi onları kara delik boyuna sıkıştırmaya yeterli değil.

Buna karşın daha büyük yıldızlar nükleer yakıtını tükettikten sonra kendi üzerine çöküp kara delik olabiliyor. Süpernova patlaması veya doğrudan çökmeyle oluşan kara deliklere yıldız kütleli kara delikler diyoruz. Bunlar 10 Güneş kütlesinde ve 30 km çapında oluyor.

Örneğin XTE J1650-500’e bakalım. Bu garip seri no’lu gökcismi insanların bildiği en küçük kara delik ve 12 km’lik boyuyla 10 Güneş kütlesine sahip bulunuyor.

İlgili yazı: Dünya’ya En Çok Benzeyen Gezegen Bulundu

 

Orta boy kara delikler

Bugün evrende daha büyük kara deliklerin tek başına oluşması imkansız. Ancak, evrenin ilk zamanlarında 1000 Güneş kütleli yıldızlar vardı. İşte bunlar doğrudan çökerek veya patlayarak daha büyük kara delikler oluşturmuş olabilir.

Her halükarda bugün yıldız kütleli kara delikler 5-10 Güneş kütlesiyle sınırlı. Daha büyük kara deliklere ise ilk yıldızlardan kalanlarla birlikte orta boy kara delikler diyoruz. Bunlar en az 1000 Güneş kütlesi ve 1000 km çapında oluyor.

Örneğin, GCIRS 13E cismi 1300 Güneş kütlesine sahip ve Avrupa kıtası büyüklüğünde. HLX-1 ise orta boy ile süper kütleli kara delik sınırında bulunuyor. 295 bin 300 km çapıyla 4 Jüpiter genişliğinde olan bu kara delik 100 bin Güneş kütlesinde.

İlgili yazı: Sansüre Karşı TOR ve Orbot Rehberi

Kara delikler nasıl bu kadar büyüyor?

Günümüzde bir kara deliğin daha fazla büyümesinin sadece iki yolu var: İki kara delik çarpışacaklar ya da yakında yıldızları, gezegenleri ve gaz bulutlarını yutarak büyüyecekler. Yine de kara delikler önüne gelen her şeyi yutan obur gökcisimleri değiller.

Yakındaki gökcisimlerini yuttuktan sonra çevresini temizleyen kara deliklerin büyümesi duruyor. Bunlar artık ya uzayda yol alırken başka gökcisimlerini yutarak (çok düşük bir olasılık; çünkü uzay çok büyük) veya diğer kara deliklerle çarpışarak büyüyor.

İlgili yazı: 1 Milyar Yıllık Kayıp Kıtalar Bulundu

 

Süper kütleli kara delikler

LIGO gözlemevi çarpışan kara delikleri gözlemleyene ve bunların genellikle orta boy olduğunu, hem de istatistiksel olarak evrende yeterli sayıda olduğunu gösterene kadar; milyonlarca Güneş kütlesinde olan süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğunu bilmiyorduk.

Ancak kütleçekim dalgalarını gözlemleyen LIGO bize galaksilerin merkezinde yer alan süper kütleli kara deliklerin orta boy kara deliklerin çarpışmasıyla oluştuğunu gösterdi. Örneğin, karanlık maddeyle birlikte galaksimizdeki yıldızları bir arada tutan yerçekimini üreten Sagittarius A kara deliği 4,4 milyon Güneş kütlesinde ve 12 milyon 700 bin km çapında.

Buna rağmen Samanyolu’ndaki Sagittarius A en büyük süper kütleli kara deliklerin yanında cüce kalıyor: S5 0014+81 bilinen evrendeki en büyük kara delik ve çapı 240 milyar km; yani Güneş-Dünya uzaklığının (150 milyon km, 1 astronomik birim, AU) 1600 katı.

Öyle ki Güneş Sistemi’nde olsa bütün gezegenleri, Plüton’u ve Güneş Sistemi’nde bilinen en uzak gökcismi olan Sedna’yı bile yutardı. Eliptik bir yörüngede dönen Sedna’nın Güneş’ten 934 AU kadar uzaklaşabildiğine ve bir turunu 11 bin 400 yılda tamamladığına dikkat etersek bu ultra kütleli kara deliğin ne kadar büyük olduğunu anlıyoruz.

İlgili yazı: Çıplak Tekillik: Kara Deliklerin İçini Neden Göremiyoruz?

 

Peki ne kadar ağır?

S5 0014+81 tam 40 milyar Güneş kütlesinde ki bu açıdan bakarsak birkaç milyon ila birkaç milyar yıldız içeren birçok cüce galaksiden daha büyük bir kütleye sahip bulunuyor. Bu aslında evrenin gençliğinde oluşan ve muhtemelen çoktan sönmüş olan bir aktif süper kütleli kara delik.

Galaksinin merkezindeki en aktif süper kütleli kara delikler kutuplarından uzaya binlerce Güneş kütlesinde olan süper hızlı gaz jetleri püskürtüyor ve bu jetler teleskopla karşıdan baktığımız zaman aşırı parlak oluyor. Bunlar aslında yılda 4000 Güneş kütlesi yutan kara deliğin çok hızlı yemek yediği için tıkandığı zaman yutamadan uzaya püskürttüğü gazlardan oluşuyor.

Bu tür aktif kara deliklere kuasar diyoruz; ama S5 0014+81’e aşırı parlak olduğu için Blazar da diyebiliriz. Bu cisim 300 trilyon Güneş parlaklığında; yani Samanyolu galaksisinden 25 bin kat daha parlak (10⁴¹ watt). Aslında o kadar parlak ki 280 ışık yılı uzaktan Dünyamızı Güneş gibi aydınlatırdı!

Özetlersek

En küçük kara delik 0,1 milimetre boyunda, en büyük kara delik de 240 milyar km çapında ve 40 milyar Güneş ağırlığında. Peki evrende kara delikler ne kadar yaygın? Onu da Evrende Kaç Kara Delik Var ve Nerede? yazısında okuyabilir veya Interstellar Filmi Ne Kadar Gerçekçi? diye sorarak Gargantua adlı süper kütleli kara deliğe göz atabilirsiniz.

Kara delikler oluşuyor?

¹Particle accelerators as black hole factories?
²Spacetime and Geometry