Kara Deliklerin En İlginç 6 Özelliği
Kara deliklerin büyüklüğü derken olay ufkunun çapını mı yoksa merkezdeki tekilliği mi kastediyoruz? Fizikte kara deliklerin büyüklüğünü farklı şekillerde hesaplarız ki hepsinin de kendine göre yararları vardır. Kara deliklerin en ilginç 6 özelliğini görmek için evrendeki en egzotik gökcisimlerinden biri olan bu oluşumların yerçekimsel etkilerine bakalım. Bu cisimlerin kütlesiyle yerçekimi arasındaki ilişki nedir? Kara deliğin çapı nasıl belirlenir? Dış olay ufku, iç olay ufku, dış ergoyüzey, iç ergoyüzey ve tekillik ne demektir? Doğadaki kara deliklerle matematiksel kara delikler arasındaki fark nedir?
Kara deliklerin en sıra dışı yanları
Uzay zamanı çarpıtan bu cisimlerin temel özelliği kütlesi artarken çapının büyümesidir. Bununla birlikte kara delikler elektrik süpürge değildir ve cisimleri uzaktan hortumlayıp yutmaz. Yalnızca kara deliğe çok yakın dönen cisimler genellikle içine düşer. Örneğin Güneş’in yerine eş kütle ve açısal momentumda başka cisimler koyarsanız Dünya ve diğer gezegenlerin yörüngesi değişmeyecektir. Bunlar ne olabilir?
- Şişmekte olan bir alt dev yıldız
- Venüs yörüngesine ulaşan çapa sahip bir kırmızı dev yıldız
- Dejenere yıldız artığı beyaz cüce
- Ultra sıkışık nötron yıldızı
- Veya kara delik
Dünya için yüzey sıcaklığı ve iklim dışında hiçbir şey değişmez. Nitekim yukarıdaki cisimlerle kara delikler arasındaki tek fark kara deliklerin yoğunluğudur; çünkü kara delikler kütlesine göre çok küçüktür. Kırmızı dev yıldızların yörüngesine güvenle girebilirsiniz. Oysa kara deliklerin yerçekimi sizi uzaya savurmaktan spagetti gibi uzatıp atomlara ayırmaya kadar birçok egzotik etkiye yol açar.
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
1. Kara deliklerin en dış sınırı
Bir kara delik nerede başlar? Buna dış olay ufku ya da kısaca olay ufku deriz. Kendi çevresinde dönmeyen matematiksel bir kara delikte uzay, olay ufkunu geçince merkezdeki tekilliğe ışıktan hızlı akmaya başlar. Cisimler de ışık hızını aştığı için değil, uzay akıntısına kapıldığından tekilliğe ışıktan hızlı düşer. Olay ufkundan dışarı çıkmak için ışık hızını aşmak gerektiğinden bu sınır geri dönüşü olmayan noktadır. Olay ufkunun içinde uzay ve zaman yer değiştirir. Zaman üç boyutlu ve uzay tek boyutlu olur.
Bunun çok garip etkileri vardır. Tekillikten yukarıya doğru ışıktan hızlı gitseniz bile tekilliğe daha kısa sürede ulaşırsınız. Zamanda yolculuk etseniz ve kara deliğe düşmeden önceki zamana geri dönseniz bile sonsuz geçmişle gelecekte tekilliğe düşersiniz. Kara deliğin içinde uzayzaman zamanuzay olur. Kara delik sonsuz geleceğinizi de yuttuğu için asla olay ufkundan dışarı çıkamazsınız. Bütün bu gariplikler bir yana kural basittir: Cisimlerin çapı küçüldükçe yerçekimi artar.
Cismin yüzeyinden kaçış hızının ışık hızına ulaştığı noktaya da olay ufku denir. Örneğin Dünya’nın çapını futbol topuna indirgerseniz gezegenimiz de kara delik olacaktır. Cismin kütlesine göre kara delik olması için gereken minimum yarıçapa Schwarzschild yarıçapı denir. Oysa doğadaki bütün kara delikler kendi çevresinde ışık hızına yakın hızda döner. Uzayı da girdap gibi büker.
Işık hızına yakın dönüyorlar
Aslında uzayın ışıktan hızlı akmasına bir engel olmadığı için kara deliklerin ışıktan hızlı dönmesini de beklerseniz ama bu olmaz. Bu cisimler ışık hızının yüzde 98’ine ulaşınca kütlesine oranla kütleçekim dalgaları yaymaya başlar ve yavaşlar. Bu yüzden bütün kara delikler kütlesiyle çapının elverdiği maksimum hızda ama ışıktan yavaş döner.
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
2. Kara deliklerin en dış yüzeyi
Kendi çevresinde dönmeyen bir kara deliğin egzotik yerçekimi etkileri işküresine (ergosfer), kendi çevresinde dönen doğal kara deliklerin etkisi ise işyüzeyine (ergoyüzey) uzanır. Bu terimlerdeki ergo, Grekçe ergon sözcüğünden gelir ki bu da iş demektir. Kendi çevresinde dönen doğal versiyonların küresel değil, kalın bir simit ya da donut çöreği şekilli bir işyüzeyi vardır. Bu alanın içinde uzay o kadar şiddetle çarpılır ki kara delik yörüngesinde kalmak için roketlerinizi sürekli ateşlemeniz gerekir. Buna karşın işyüzeyinde kararlı yörünge yoktur. Kara delik içine savrulacağınız gibi dış uzaya da itilebilirsiniz.
Peki neden iş yüzeyi diyoruz; çünkü kara deliği saran bu bölgenin içinde yerçekiminden enerji ya da iş üretebilirsiniz (Bkz. Kara delik bombası ve kara delik çağındaki süper gelişmiş uygarlıklar). İşyüzeyinin hemen dışında kara delik çevresindeki en yakın kararlı dairesel yörünge (ISCO) vardır. Kendi çevresinde dönmeyen bir kara delik için bu Schwarzschild yarıçapının 3 katı, dönen kara delik için en çok 4,5 katıdır. Tabii bu kara deliğin tersine dönüyorsanız geçerlidir. Kara delik yönünde dönüyorsanız en yakın kararlı yörünge olay ufkuna daha yakın olur. ISCO yalnızca kara deliğin kütlesine değil, kendi çevresinde dönüş hızına da bağlıdır.
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
3. Kara deliklerin en garip gölgesi
Yazının başında kara deliklerin çapı ve büyüklüğünü sorguladık. Örneğin Dünya çapındaki Olay Ufku teleskopu adı ve misyonunun aksine M87 kara deliğinin olay ufkunu görüntüleyemedi. Bunun yerine kara deliğin yerçekimi gölgesinin ve onu saran plazma halkasının fotoğrafını çekti. Kara deliğin yerçekimi o kadar güçlüdür ki ışık bile yeterince yakınsa kara delik çevresinde yörüngeye girer. Bu yörüngeler kalıcı değildir ama ışık hızında giden fotonların kara delik çevresinde birkaç kez tur attıktan sonra uzaya savrulmasına yetecek kadar yakındır.
Her durumda kara delik çevresindeki ışığın büyük kısmını bükerek bize ulaşmasını önler. Bu da kara deliğin yerçekimi gölgesini oluşturur. Yerçekimi gölgesi kara delik çapının 2,5 katı olup ISCO’dan daha küçük kararsız yörüngeleri içerir. Kısacası yerçekimi gölgesi İşyüzeyinin içindedir. Bu yüzden ışık hızında bile gitseniz yörüngeniz kararsızdır. Filmler ve belgesellerde gördüğünüz “kara delikler” aslında yerçekimi gölgeleridir. Ayrıca kara deliklerin gölgesi dönüş yönünde az basık, yani yamuktur.
Kendi çevresinde dönen versiyonlara Kerr kara deliği deriz ama bunların olay ufku bir yanda basık değildir. Sadece gölgesi dönme yönünde basıktır. Kara deliğin gölgesi kendinden büyüktür. Peki kara deliklerin iyi bilmediğimiz başka sınırları var mı? Evet var. Fotonküre:
İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler
4. Kara deliğin en iç halkası
Işık hızında giden cisimlerin (pratikte yalnızca fotonların) girebileceği daha yakın bir yarı kararlı yörünge vardır. Bu yörünge dönmeyen kara delikler için Schwarzschild yarıçapının 1,5 katı ve dönen versiyonlar için de 2 katıdır. Buna fotonküre denir ve fotonküredeki fotonlar kara delik çevresinde yerçekimi gölgesinden daha uzun bir süre yörüngede kalır. Yine de bu yarı kararlı bir yörüngedir ve fotonlar önünde sonunda kara deliğe düşer. Zaten tam olay ufkunun üzerinde ışık hızında yörüngede kalmak da imkansızdır. Kuantum salınımları fotonların içeri düşmesine neden olur.
Fotonküredeki dengesizlik ise kara deliğin kendi çevresinde dönerken uzayı ışık hızında sürükleyerek bir uzay girdabı yaratmasıdır. Kısacası fotonküre işyüzeyinin kara deliğe bakan iç kenarında yer alır. Öte yandan iş yüzeyinde kara delik kütlesinden değil kara delik spininden, yani sürüklediği uzayı kullanarak iş üretirsiniz. Buna Penrose süreci denir. Özetle işyüzeyinden enerji üretmek kara deliğin kütlesinin hızla azalması ve buharlaşmasına neden olmaz.
İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?
5. Olay ufku
Kara delikler ne kadar hızlı dönerse merkezkaç kuvvetinin etkisiyle olay ufku o kadar geniş olur. Buna karşın uzayın sürüklenmesi, yani Penrose sürecini türeten spin etkisi kara deliklerin yavaşlamasına neden olur. Bu yüzden kara delikler tam olay ufku üzerinde uzayı neredeyse ışık hızında sürükler ama hiçbir kara delik kendi çevresinde ışık hızında dönmez. Sonuçta bunlar kütleli cisimlerdir.
Animasyonlarda olduğu gibi kendi çevresinde dönen Kerr kara deliklerinin iç ve dış olay ufku vardır. Bubağlamda dış olay ufku bildiğimiz olay ufku olup kara deliğin dış sınırıdır. Çap derken olay ufkunun çapını kastederiz. İç olay ufku ise kara deliğin içinde yer alır. Dış olay ufkundan iç olay ufkuna kadar uzay tekilliğe ışıktan hızlı akar. İç olay ufkunda ise ortalık durulur. Bu bölgede tekilliğe düşmeden kara delik içinde dönmeye devam edebilirsiniz. İç olay ufkunu geçince tekilliğe düşmenizi hiçbir şey durduramaz.
Gerçi fizikçiler dış olay ufkunun fiziki olduğundan emindir ama iç olay ufkunun varlığı tartışmalıdır. Dış olay ufku donut çöreğine benzediği için kutuplarda çok basık ekvatorda oldukça geniştir. Peki ya tekillik?
İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu
6. Kara deliklerin halka tekilliği
Dönen kara deliklerin tekilliği halka şekillidir ve iç olay ufkundan tekilliğe düşerken başınıza gelenler dış olay ufkunda karşılaşacaklarınıza benzer. Yine spagetti gibi uzayarak atomaltı ölçekte parçalanırsınız. Oysa tekillik halka şeklinde olduğu için bu kez sarmallar çizerek tekilliğin çevresine sarılan bir spagetti gibi olursunuz. Öte yandan yerçekimi tanımlayan görelilik teorisini kuantum fiziğiyle birleştirip kuantum kütleçekim kuramı geliştirirsek durum değişir.
Yarı klasik teorilere göre kara deliklerin merkezindeki tekillik yepyeni bir evren yaratan yeni bir büyük patlama tetikleyebilir. Tekillikte parçalanan madde büyük patlamanın ışığını üretebilir. Bu durumda evrenimizi yaratan büyük patlama ve onun izi olan kozmik mikrodalga artalan ışıması da başka bir evrendeki kara deliğin tekilliğinden gelecektir. Öyle ki tekilliğe düşerseniz yok olursunuz ama tekillik evrenin ışıktan hızlı genişlediği yeni bir soğuk büyük patlama oluşturabilir.
Tabii iki kara delik dolanıksa (kuantum dolanıklık) aynı tekilliği paylaşacaktır. Dahası bazı teoriler uyarınca bu bir tekillik değil mikro solucandeliğidir. Bu durumda bizim evrenimizdeki kara delik tekilliğine düşen kuantum parçacıkları uzaydaki uzak bir noktada solucandeliği tünelinden çıkabilir. Tabii bu parçacıklar bizim evrenimiz yerine başka bir evrende de ortaya çıkabilir (Bkz. ak delikler).
Peki kara deliğe düşen astronota ne olur? Kara delikler yeni evrenler doğurur mu ve doğuruyorsa bu evrenlere yolculuk edebilir miyiz? Onu da şimdi okuyabilir, kara delikten dışarı çıkamayacak olmanızın gerçek sebebini görebilir ve kara deliklerin merkezinde gerçekten tekillik olup olmadığına bakabilirsiniz. Hızınızı alamayarak 1000 gezegenli kara delik sistemini de inceleyebilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊
Kerr kara delikleri nasıl dönüyor?
1Lensing by Kerr Black Holes
2Kerr-Vaidya black holes
3Evaporation of a Kerr black hole by emission of scalar and higher spin particles
4Boosted Kerr black holes in general relativity
