Kara Deliklerin Gerçekten Saçı Yok

Kara delikler kel olabilir mi? Kütleçekim dalgaları gözlemevi LIGO, uzayda çarpışan iki kara deliğin çıkardığı yalın sese bakarak kara deliklerin, yuttuğu maddelerin ayırt edici özelliklerini tamamen yok ettiğini ortaya çıkardı. Fizikteki “saç yok” teoremine göre, kara delikler içine düşen şeylere ait bilgiyi geri gelmemek üzere siliyor veya buharlaşana dek içinde saklıyor. Bu ne demek derseniz:

Kara deliklerin kellik sorunu

Kara delikler on bin politikacı veya 1 ton gübreyi yutabilir; ama dışarıdan baktığımız zaman kara deliğin içine giren maddeye ne olduğunu göremeyiz. Bunların içine ne düşerse düşsün biz sadece kara deliğin dönme yönünü, dönüş hızını, çapını ve kütlesini ölçebiliriz.

İşte bu nedenle kara deliklerin kel olup olmadığını; yani yuttukları şeylerin bilgisini biz göremesek de bir şekilde saklayıp saklamadığını bilmemiz çok önemli: Sonuçta evrendeki bütün kara delikler Hawking radyasyonu yüzünden uzak gelecekte buharlaşacak ve o zaman da içindeki maddeyle enformasyonu yok etmiş olacaklar.

Neyse ki kara deliklerin kel olup olmadığını anlamanın bir yolu var: Çarpışan kara delikler, bizzat uzay-zamanı dalgalandıran kütleçekim dalgalarına yol açıyor. LIGO gözlemevi de kütleçekim dalgalarını tespit edip ses dalgalarına çeviriyor. Ardından sesin netliği ve temizliğine bakıyor.

İlgili yazı: Neden Hala Kansere Çare Bulamadık?

 

Kara deliklerin billur sesi

Nitekim 14 Eylül 2015 yılında, insanlık tarihinin ilk kara delik çarpışması (teknik adıyla kara delik birleşmesi) gözlemlendi. 2018 yılında ise astrofizikçiler, GW150914 olarak adlandırılan ve yaklaşık 1,5 milyar ışık yılı uzaktaki bir galakside gerçekleşen bu olayı yeniden analiz ettiler. Bu süreçte biri 36,2 ve diğeri de 29,1 güneş kütlesindeki iki kara delik, 62,3 Güneş kütleli bir kara delik halinde birleşti. 3 Güneş kütlesine denk enerji de kütleçekim dalgaları halinde uzaya salındı. 😮

Kara delik birleşmesi sesini analiz eden astrofizikçiler, akustik dalgaların süper temiz ve net olmasından yola çıkarak kara deliklerin “saç yok” teoremi uyarınca kel olduğu sonucuna vardılar. Öyle ki kara delikler gerçekten de yuttukları madde, enerji ve radyasyona ait enformasyonu siliyor.

Oysa sicim teorisyenleri kara deliklerin içine düşen şeylere ait bilginin, kara deliklerin yüzeyi olan olay ufkunu tıpkı dağınık tüy yumağı gibi kaplayan enerji sicimlerinde sakladığını öne sürüyordu. Bu kayıt kara deliğe dışarıdan bakan bizler için tümüyle okunaksız olsa da kara delikler enformasyonu buharlaşacakları güne kadar saklıyordu.

Dahası buharlaşırken de kuantum fiziğindeki tam dolanıklık süreci ile bilgiyi evrene geri veriyordu. Böylece fizikçilerin bilimin en temel yasası olan enerjinin korunumu yasasından türettiği ve yine temel bir kabul olan enformasyonun korunumu yasası da kurtuluyordu.

Oysa öyle olmadı

LIGO’nun gözlemlediği kara delik çarpışması o kadar temiz ve net bir ses çıkardı ki sicim teorisinde geçen tüy yumağı kara delikler teorisi şimdilik yanlışlandı. Siz de kuantum fiziğindeki tam dolanıklık özelliği ile tüy yumağı teorisini kara deliğe düşen astronota ne olur, enformasyon paradoksu ve kuantum tünelleme yazılarında okuyabilirsiniz. Bu yazıda ise kara deliklerin sesini dinleyeceğiz.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Kara deliklerin çanı kimin için çalıyor?

LIGO ile ilk kara delik birleşmesini ve buna ait kütleçekim dalgalarını gözlemleyerek bu tür bir çarpışmanın sesini ilk kez kaydeden bilim insanları Nobel fizik ödülü aldılar:

Caltech’ten Ronald ve Maxine Linde kürsüsü sahibi ordinaryüs fizik profesörü Barry C. Barish ile yine Caltech’ten Richard P. Feynman kürsüsü sahibi ordinaryüs teorik fizik profesörü Kip S. Thorne (solucandeliği teorisyeni ve Interstellar filmi kara delik danışmanı) ve MIT’den ordinaryüs fizik profesörü Rainer Weiss Nobel ödülüyle tarihe geçtiler.

Ancak, MIT fizik profesörü Maximiliano Isi ve meslektaşları da tarihin ilk kara delik çarpışması yankılarını duymuş oldular; çünkü bütün kara delik birleşmeleri sanki gazinoda şarkı söyler gibi yankılanır. Biz de bu yankılara yol açan ikincil kütleçekim dalgalarının titreşimlerine bakarak fizik teorilerini test edebiliriz. GW150914 birleşmesiyle de saç yok teoremini kanıtlamış olduk.

Yine de Profesör Isi temkinli davranıyor ve şimdiye dek sadece tek bir kara delik birleşmesini analiz ettikleri için hata payının yüzde 10 olduğunu belirterek daha ölçülü bir saptama yapıyor: “Saç yok teoremi şimdilik geçerli görünüyor. Ancak, gelecekte daha çok birleşmeyi daha iyi analiz ederek saç yok teoremi yerine, asıl tüy yumağı önermesinin doğru olduğunu da gösterebiliriz” diyor.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Kara deliklerin yankısı

LIGO’nun nasıl çalıştığını ve kütleçekim dalgalarını nasıl gözlemlediğini ilgili yazıda görebilirsiniz; ama özetle çarpışan kara delikler, sahip oldukları kütlenin bir kısmını kütleçekim dalgaları halinde, yani enerji olarak uzaya yayarlar.

Dahası kara delikler bir gezegen veya yıldız gibi bildiğimiz anlamda bir cisim değildir. Bunlar daha çok güçlü yerçekimi ile içinden hiçbir şeyin, ışığın bile kaçamayacağı çarpık uzay-zaman bölgeleridir. O yüzden iki tenis topu gibi çarpışmak yerine, iki su damlası gibi çarpışıp birleşirler.

Bu nedenle astrofizikçiler de çarpışma yerine birleşme terimini kullanırlar ve yine bu sebeple iki kara deliğin birleşmesiyle oluşan yeni kara delik, tıpkı elinizi sabunla yıkarken oluşan taze köpük gibi dalgalanır. Siz de su damlalarına veya damak şaklatmaya benzeyen bu sesi aşağıda dinleyebilirsiniz.

İşte bu dalgalanma ikincil kütleçekim dalgalarını yaratır ve biz de bunu LIGO gözlemevinin bilgisayarları ile akustik dalgalara çevirdiğimiz zaman, yeni kara deliğin koridorda yankılanan insan sesleri gibi eko yaptığını duyarız.

Kara deliklerin birleşme sesi

İlgili yazı: Dünyanın Manyetik Alanı Tersine Dönecek mi?

 

Peki bugüne dek neden duymadık?

Kara delik birleşmeleri deyim yerindeyse atom bombası kadar ses çıkarıyor da ondan. Bu sebeple fizikçiler, yeni teorileri test etmemizi sağlayacak ikincil kütleçekim dalgalarını, onca gürültünün içinde tespit edemeyeceklerini düşündüler. Bu yüzden de kara delik yankılarını dinlemeyi denemediler bile; ama bilim insanlarının kendini baştan şartlaması bir hataydı:

Sonuçta kara delik birleşmeleri farklı frekanslarda kütleçekim dalgaları yayar ve buna göre dalgaların sesi de farklı sürelerde kısılarak kaybolur. Böylece MIT fizikçileri, 2016 yılında kamuoyuna açıklanan kütleçekim dalgası verilerini tekrar incelediler ve birleşme sesini bileşenlerine, yani yankılarına ayırdılar. Kara deliklerin kel olduğunu gösteren saç yok teoremini de şimdilik kanıtlamış oldular.

Bunu nasıl yaptılar denseniz: Kütleçekim dalgalarının yankıları bir kara deliğin kütlesi ile kendi çevresinde dönme hızını iki kez ölçmemizi sağlıyor. Verilerin karşılaştırılması ise fizik teorilerinin test edilmesine imkan veriyor.

Fizikçiler yankıları ancak 20 yıl sonra duyabileceğimizi düşünüyordu. Bunun için de uzaya LISA kütleçekim dalgaları gözlemevini göndermeyi bekliyordu. Oysa eski verilerin yeni ve daha güçlü bilgisayarlarla analiz edilmesi sayesinde 20 yıla gerek olmadığını gördük. Tespit edilen ilk kara delik birleşmesini de en güçlü sesi çıkardığı için kullandık ki güçlü ses yankıları ayırt etmeye izin verdi.

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Kara deliklerin tayf ölçümü

Kara delik yankılarını dinlemenin saç yok teoreminin ötesinde açılımları var: Açıkçası kara delikler, ışığın bile içinden kaçamayacağı kadar güçlü yerçekimine sahip uzay-zaman bölgeleridir.

Öte yandan bozon yıldızları, graviton yıldızları veya ezeli olarak çöken manyetosferik nesne (MECO) gibi teorik gökcisimleri de bu şartı karşılıyor. Bunlar da dışarıdan bakınca tıpkı kara delik gibi görünüyor ama aslında farklı cisimler; çünkü kara deliklerin merkezinde sonsuz yoğunluktaki tekillik noktası vardır. Bu cisimlerin merkezinde ise büyük patlama için de çok sorun çıkaran tekillik yoktur.

Kara delikler cisim değildir, ama Yoksa Kara Delikler Yok mu yazısında belirttiğim gibi, bozon yıldızları gerçek birer cisimdir. Dahası kara deliklerin merkezindeki şartlar (sonsuza yakın yerçekimi ve enerji yoğunluğu) evreni doğuran büyük patlamanın fiziksel şartlarına benziyor. Bu nedenle evrende gerçekten kara delikler olup olmadığını anlamamız büyük önem taşıyor.

Kara delik birleşmelerinin yol açtığı yankıları dinlersek, bunların gerçekten kara delik olup olmadığını anlayabilir ve büyük patlamayı da çözebiliriz. “Saç yok” teoreminin şimdilik kanıtlanması, kara deliklerin de gerçekten kara delik olduğu anlamına geliyor. Kara delik yankılarını dinlemek ve kara delik tayf ölçümü tekniğini geliştirmek bütün bu soruları yanıtlamamızı sağlayacak.

İlgili yazı: Gezegenler Güneş Çevresinde Nasıl Dönüyor?

 

Kara deliklerin geleceği

Evrendeki en büyük süper kütleli kara delikler bile 10⁴⁰ ila 10¹⁰⁰ yıl arasında buharlaşacak. Peki evren yok olmadan evvel, varlığımızın hatırası olan mesajları uzayda sonsuza dek yayılacak olan kütleçekim dalgalarına kaydedebilir miyiz? En azından uzak galaksilerdeki Dünya dışı uygarlıklara kütleçekim dalgalarıyla sinyal gönderebilir miyiz?

Peki kara deliklerin kelliği büyük patlamadan önce ne vardı sorusuna yanıt verebilir mi? Ya bizler evrenin nasıl oluştuğunu anlamak için kendi evren simülasyonlarımızı yapabilir miyiz? Öyleyse yaşadığımız evren de bir simülasyon mu? Doğrusu bunu anlamanın yolu bizzat insan zihni ve bilincinin simülasyon olup olmadığını anlamaktan geçiyor olabilir. Keyifli ve enerjik bir hafta sonu dilerim.

Kara delikler nasıl birleşiyor?

¹Testing the No-Hair Theorem with GW150914