Süper Kütleli Kara Delikler Nasıl Oluşuyor?
Galaksilerin merkezindeki süper kütleli kara delikler nasıl oluşuyor? Neden bazı galaksilerin süper kütleli kara delikleri yok ve bazıları da Samanyolu galaksisi gibi boyuna göre çok küçük bir kara delik barındırıyor? Galaksilerin oluşumunu anlamak için süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğunu anlamalıyız. Bilim insanları süper kütleli kara delikleri oluşturan 55 bin Güneş kütlesindeki en nadir kara deliği buldular! Einstein’ın dediği gibi kütle enerjiden türeyen bir özelliktir ve galaksileri bir arada tutan yerçekimini de karanlık maddeden sonra en çok süper kütleli kara deliklerin yerçekimi (enerjisi) sağlar.
Orta ve süper boy kara delikler
Oysa süper kütleli kara delikler ancak orta boy kara deliklerin birleşmesiyle oluşur. Sorun şu ki birkaç yüz ila birkaç bin Güneş kütleli orta boy kara delikler de süper kütleli kara delik oluşturamaz. Buna karşın bilim insanları süper kütleli kara delikleri oluşturan 55 bin Güneş kütlesindeki en nadir kara deliği buldular. Öyleyse neden her orta boy kara delik süper kütleli olmaz ve süper kütleli kara delikler gerçekte nasıl oluşur?
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Öncelikle kara delikler nasıl oluşur?
Süper kütleli kara delik oluşumunu öğrenmek için temel kara delik türleriyle başlayalım: Yıldız kütleli, orta boy ve süper kütleli kara delikler var. Yıldız kütleli kara deliklerin oluşumunu uzun süre çözemedik. Sonunda Sir Roger Penrose bunu gösterdi ve böylelikle 2020 Nobel fizik ödülünü aldı.
İkinci sorun nötron yıldızlarından kara deliklere geçiş aşamasıydı. Güneş’ten 8 ila 20 kat kütleli yıldızlar süpernova olarak patlayınca en çok 2,7 Güneş kütlesinde bir nötron yıldızına dönüşür. Nötron yıldızlarının çapı 10-20 km arasında değişir. Kütlesi ne kadar artarsa çapı o kadar daralır ve 10 km’den küçük nötron yıldızı yoktur. Tabii teorik kuark ve prion yıldızlarını saymazsanız. Kelimesi kelimesine evrenin en garip nötron yıldızlarını sizin için yazmıştım ama prionları da anlatırım. 😊
Peki nötron yıldızları neden sorun oldu derseniz uzun süre boyunca 3 Güneş kütleli bir kara delik bulamadık. 2,7–3 Güneş kütlesi arasını da iyi hesaplayamıyoruz; çünkü elimizde kuantum kütleçekim kuramı yok. Bir de süpernova olarak patlamadan direkt kara delik halinde çöken yıldızlar var. Bunlar içerdikleri ağır elementlerin oranı yüzünden patlamak yerine çöküyor. Ne yazık ki bu yıldızlar da nötron yıldızı oluşumu için gereken kütle aralığında yer alıyor! 9-17 Güneş kütlesi ile şeytan azapta gerek:
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Peki ya süper kütleli kara delikler?
Kısacası yeni keşfedilen 3 Güneş kütleli kara delik sayesinde nötron yıldızından kara deliğe geçiş sorununu daha yeni çözüyoruz. Şimdi diyeceksiniz ki “İyi ama hocam, süper kütleliler neden yıldız kütleli kara deliklerden türemesin? Sonuçta önüne gelen maddeyi yutup kütlesini artıracaklar. Nötron yıldızlarının tersine kara deliklerin kütlesi arttıkça çapı büyür.” İkinci cümlede haklısınız ama birinci cümlede yanılıyorsunuz. Kara delikler evrenin vakum süpürgesi değildir!
Kara delikler bazı iş insanları gibi önüne geleni hortumlamaz. Ancak çok yaklaşan cisimleri kendine çekebilir. Buna karşın kara deliğin hemen dışındaki ergosfer bölgesinde uzay öyle bir çarpılır ki kara deliğe düşmek için ışık hızının yüzde 99’uyla gitseniz bile yanlışlıkla uzayın derinliklerine savrulma ihtimaliniz vardır. Özetle kara delikler civardaki gazları yutunca büyümesi durur. Ondan sonra da yalnızca başka kara deliklerle birleşerek büyüyebilir. Kara delik olmak kolay değildir. 😊
Başka bir sorun daha var: Evren büyük patlamayla oluştuğundan beri genişliyor. Maddenin arası açılıyor ve bu da süper kütleli kara deliklerin oluşması için çok dar bir fırsat penceresi yaratıyor. Evren 600 milyon yaşına gelene, yani bugünkü büyüklüğünün yüzde 4’üne ulaşana kadar oluştunuz oluştunuz. Yoksa 1040 yıl sonra bütün yıldızlar sönüp de kara delik çağı başlayana dek bir daha oluşamazsınız. Öyleyse süper kütleli kara delikler nasıl oluştu? Orta boy kara deliklerin birleşmesiyle:
Orta boylar nasıl oluştu?
Sonuçta onlar da çabuk oluşup hızla büyümek zorunda. İşte orası zurnanın zırt dediği yer. Yıldız kütleli kara delikler tek başına ancak 30, bilemedin 100 Güneş kütlesine ulaşabilir. Ardından birleşerek büyür ama bu da sınırlıdır; çünkü evrende kara delik sayısı şimdilik yıldız sayısından çok azdır. Dolayısıyla birkaç bin kütleli orta boy kara delikler oluşabilir ama bilim insanlarının yeni keşfettiği o en nadir 55 bin Güneş kütleli kara delik gibi orta boyluları bulmak çok zordur. Öyleyse sorunu nasıl çözdük?
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Kara delik problemini çözmek
Süper kütleli kara delikler ancak 10 bin Güneş kütlesinden cüsseli orta boy kara deliklerin birleşmesiyle oluşabilir. Oysa bu konuda iki problem var. 1) Yeterince uygun ağırlıkta orta boy kara delik var mı ve 2) Biz hiç +50 bin Güneş kütleli kara delik gördük mü? Birincisinden emin değiliz ama ikincisini de yakın zamana dek görmedik. Dolayısıyla süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğunu bir türlü gösteremedik. Sonra ne oldu biliyor musunuz?
NASA Chadra X-ışını ve Avrupa Uzay dairesi (ESA) X-Işını Çoklu Ayna Görevi (XMM-Newton) uzay teleskopları ile ESO gözlemevinin on yıllara yayılan gözlemlerinde biriken büyük veriyi inceledik. Böylece biri ~55 bin (3XMM J215022.4-055108) ve diğeri ~20 bin Güneş kütlesinde (ESO 243-49 HLX-1) iki orta boy kara delik bulduk. Böylece kara delik gizemini aydınlatmaya başladık.
Öncelikle her iki kara delik de büyük olasılıkla yoldaş yıldızlardan gaz çekerek büyüyor. İlki ~805 milyon ışık yılı uzaktaki merceksi bir galaksinin kenarında yer alıyor. İkincisi ise ~12 bin ışık yılı uzakta, galaksimizde bulunuyor. Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam, mademki en büyük orta boy kara deliklerin oluşmasına yeterli süre yoktu, evren bebekken hızla genişledi; öyleyse nasıl oluştular? Süper kara delikleri yaratacak kadar büyük orta boy kara delikleri bulduk ama onlar nasıl oluştu?”
İlgili yazı: Geleceğe Dönüş Gerçek Oldu
Süper kütleli kara delikler büyüyor
Güzel soru ve bu da bizi kara delik oluşumunun son iki mekanizmasına getiriyor. 1) İlk ışık uzaya yayılmadan önce, evren 380 bin yaşından gençken çok küçük ve yoğundu. Bu sırada uzayda plazma halinde olan gaz ve toz bulutları doğrudan orta boy kara delik halinde çökmüş olabilir. Bunlar 100 Güneş kütlesiyle torpilli başladıysa evren 600 milyon yılda epey genişleyene kadar 55 bin Güneş kütlesine ulaşacaktır.
2) İlk yıldızlar evren 80 milyon yaşındayken oluştu ve Güneş’ten 300 ile 1500 kat kütleliydi. Hatta en büyüklerinin çekirdeği daha yıldız oluşurken çöküp kara delik olmuştu. Bu yıldızlar patlamadan çöktüyse yine orta boy kara deliğe dönüşecektir. Patlasa bile çekirdekleri nispeten hafif ama yine de orta boy olan kara deliklere dönüşecektir. Peki, çok çalıştık ve süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğunu öğrendik.
İyi de neden Samanyolu gibi 10 milyar yıldan yaşlı ve büyük bir sarmal galaksinin merkezindeki kara delik (Yay A*) cücük kadar? Tamam, 4,4 milyon Güneş kütlesinde ama Andromeda galaksinin kara deliği en az 110, belki de 230 milyon Güneş kütlesinde… Üstelik Andromeda Samanyolu’ndan 1,5 kat kütleli. Doğru orantı yapsak kara deliği de yalnızca 6,6 milyon Güneş kütlesine sahip olurdu. Peki neden Andromeda’nın kara deliği de küçük? Andromeda en az Samanyolu kadar yaşlı olduğundan kara deliği de daha kütleli olmalıydı. Bu son sorunu da çözmeye çalışalım:
İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler
Süper kütleli kara delikler ve galaksiler
Neden bazı galaksilerin merkezinde süper kütleli kara delikler yok? Sonuçta 12 milyar yıl önce galaksi çekirdekleri süper kütleli kara delikler sayesinde güçlü yerçekimi üretmişti. Bu da gazları çevresinde toplayarak kara deliklerin daha da büyümesinin önünü açmıştı. Ayrıca yukarıda söylediğim gibi neden bazı galaksilerin kara delikleri galaksinin cüssesine göre çok küçük? İpucu vereyim mi? Bazen bir yıldız patlayıp nötron yıldızına dönüşür. Bu sırada nötron yıldızı saniyede 1600 km gibi müthiş bir hızla uzaya fırlar. Sonunda galaksiden çıkıp gider. İşte bunlara hiper hızlı yıldızlar deriz.
Bazen mavi devler gibi kısa ömürlü bir yıldız çifti yakın yıldızların yerçekimiyle galaksi dışına savrulur. Bu yıldızlar patlayıp nötron yıldızı olur. Sonra ikisi birleşip kara delik olur ve sizin de galaksiler arası uzaya fırlayan kara deliğiniz olur. Böyle şeyler olur! Öyleyse Samanyolu’nun süper kütleli kara deliğine ne oldu? Küçülmeyeceğine göre… Bunun için 2012 yılına geri dönerek bu kez hiper hızlı süper kütleli kara deliklere bakalım (Bu terimleri kısaltmanın mutlaka bir yolu olmalı. :D). Bizden 4 milyar ışık yılı uzakta CID-42 diye bir galaksi var.
Hiper savruk kara delik
Bu galaksinin kara deliği saniyede 1500-2000 km hızla galaksiden kopmuş ve uzaya savruluyor. Bunun sebebi CID-42’nin astronomik olarak yakın zamanlarda başka bir galaksiyle çarpışmasıdır. Bu çarpışmalar milyarlarca yıl sürer ama sonunda iki galaksinin merkezindeki süper kütleli kara delikler birleşir. Daha küçük (!) olan kara deliğin kütlesinin yüzde 10’u kütleçekim dalgaları halinde uzaya yayılır. Bu da yeni oluşan kara deliği yüksek hızda uzaya savurur. Bazen bu kara delik galaksiden kopar! Gerçi bu tür kara delikler her zaman uzaya fırlamaz. Bu nadir olup özel şartlar gerektirir:
İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?
Süper kütleli kara delikler için şartlar
- Birleşme öncesi ya da sonrasında anayurt galaksisine göre hafif veya ağır olan süper kütleli kara deliklerin galaksiden kopma şansı yüksektir.
- İkinci şart ise iki faktörlüdür. 1) İki kara delik birleşirken kendi ağırlık merkezine göre hareket eder. Oysa 2) Galaksiler çarpışırken birleşen süper kütleli kara delikler başka türlü hareket eder. Bunlar galaksileri seyrek gaz bulutu gibi saran karanlık maddeye göre hareket eder. Normal maddeden 6 kata kadar fazla olan karanlık maddenin ağırlık merkezine göre davranır. Galaksiler birleşirken her iki faktör de etkilidir.
- İki faktör arasında momentum farkı varsa yeni büyüyen kara delik yeni oluşan galaksinin dışına fırlar. Ah momentum, sen nelere kadirsin!
Nitekim 2017’de keşfettiğimiz ve 8 milyar ışık yılı uzakta olan 3C 186 kuasarı var. O da 2000 km/sn ile galaksinin dışına fırlamış durumda. Üstelik bu 1 milyar Güneş kütleli gerçek bir süper kütleli kara delik! 2019’da astronom Yashashree Jadhav’ın dediği gibi birçok galaksinin merkezinde kara delik kayması vardır.
Süper kütleli kara deliklerin tam ortada yer almasını beklersiniz ama bunlar galaktik merkezin az uzağındadır. Eski galaksi birleşmeleri kara delikleri uzaya savurmasa da merkezden dışarı itmiştir. Bu sırada kara delik hızı maksimum saniyede 3000 km hıza ulaşır. 1 milyar Güneş kütleli bir kara deliği o hızla yerinden edecek gücü düşünün! Süpernovalar bile bunun için yüz milyonlarca kat zayıf kalır ama dikkat:
İlgili yazı: Felsefe Nedir? Nasıl akıl yürütür ve fikir geliştiririz?
Kara delikler için sonsöz
Süper kütleli kara delikler şey…. süper kütlelidir. Ancak iki galaksi birleşirken iki süper kütleli kara delik de birleşirse yeni oluşan hormonlu kara delik uzaya savrulur (belki). Toparlarsak… Samanyolu galaksisinin büyük olasılıkla yüz milyonlar ya da milyarlarca güneş kütleli bir süper kütleli kara deliği vardı. Bu milyarlarca yıl önceki eski bir birleşmede uzaya savruldu. Yerine yeni bir kara delik büyüdü. O da günümüze dek 4,4 milyon Güneş kütlesine ancak erişti.
Böylece süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğu ve galaksilerin kara deliklerini nasıl kaybettiğini gördük. Siz de kara deliklerin nasıl büyüdüğünü çarpışan kara deliklerde görebilir ve kara delikler neden sokak simidine benzer diye sorabilirsiniz. Kara deliklerin içinde tekillik var mı diye merak ederek Güneş’ten 36 trilyon kat parlak en eski kara deliğe bakabilirsiniz. Yeri gelmişken kara deliğe düşünce neden dışarı çıkamayacağınıza (bunun asıl sebebine) şimdi göz atabilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊
Birleşen süper kütleli kara delikler
1Understanding the environment around the intermediate mass black hole candidate ESO 243-49 HLX-1
2Multiwavelength Follow-up of the Hyperluminous Intermediate-mass Black Hole Candidate 3XMM J215022.4-055108
3Constraints on the nature of CID-42: recoil kick or supermassive black hole pair?
4Galaxy Cluster, Quasar 3C 186
