Kara Deliklerin Dönme
ve Yüklerine Göre Sınıflandırılması
Bir kara deliğin bütün özelliklerini belirleyen üç unsuru
vardır: kütlesi, açısal momentumu ve elektriksel
yükü. Bir kara deliğin kütlesi her zaman sıfırdan büyüktür. Diğer unsurların
sıfır ya da sıfırdan büyük olmasına göre, kara delikleri dört sınıfa ayırmak
mümkündür.
Kara deliklerin J, Q ve m
parametrelerine göre belirlenen,
varsayımsal dört türü |
||
M > 0, J = 0
|
M > 0, J ≠ 0
|
|
Q = 0
|
Schwarzschild kara deliği
|
Kerr kara deliği
|
Q ≠ 0
|
Reissner-Nordström kara deliği
|
Kerr-Newman kara deliği
|
J: açısal momentum, Q: elektriksel yük, m:
kütle (sıfırdan büyük)
1. Schwarzschild Kara Deliği: Açısal momentum ve elektriksel yükü sıfır
olan kara deliklere Schwarzschild kara deliği denilir. Bu ad 1916’da bu tür
nesnelerin varlığı fikrini, Einstein alan denklemlerinin çözümleri olarak
ortaya atmış olan Karl Schwarzschild’a ithafen verilmiştir.
2. Reissner-Nordström Kara Deliği: Kara deliğin elektriksel yükü sıfır olmayıp
açısal momentumu sıfır olduğu zaman Reissner-Nordström kara deliği türü söz
konusu olur. Bilinen hiçbir proses böyle sürekli bir elektriksel yük içeren
sıkışmış bir cisim üretme olanağı vermediğinden, bu tür kara delikler varsa
bile, astrofizikte pek ilgi odağı olmamaktalar. Bu elektriksel yük, karadeliğin
çevresinden alacağı zıt elektrik yüklerinin emilmesiyle zamanla dağılabilir. Sonuç
olarak, Reissner-Nordström kara deliği doğada mevcut olma olasılığı pek
bulunmayan teorik bir cisimdir.
3. Kerr Kara Deliği: Kara deliğin bir açısal momentumu olup
(kendi ekseni etrafında dönüyorsa) elektriksel yükü olmadığı takdirde Kerr kara
deliği türü söz konusu olur. Bu ad, 1963’te bu tür cisimleri tanımlayan formülü
bulmuş olan Yeni Zelanda’lı matematikçi Roy Kerr’in adına ithafen verilmiştir.
Reissner-Nordström
ve Schwarzschild kara delik türlerinin aksine, Kerr kara deliği türü
astrofizikçiler için önemli bir ilgi odağı olmuştur; çünkü kara deliklerin
oluşum ve evrim örnekleri onların çevrelerindeki maddeyi bir yığılım diski
aracılığıyla emme eğiliminde olduklarını ve maddelerin yığılım diskine kara
deliğin dönüş yönünde spiral çizerek düştüklerini göstermektedir. Böylece
madde, kendisini yutan kara deliğin açısal momentumuyla bir ilişki içinde
olmaktadır. Bu durumda, astronominin ilgilenebileceği kara delikler yalnızca
Kerr kara delikleridir.
Bununla
birlikte, bu kara deliklerin, açısal momentumlarının iyice zayıfladığı hallerde,
doğal olarak, Schwarzschild kara deliklerini andırmaları mümkündür.
4. Kerr-Newman Kara Deliği: Dördüncü tür, Kerr kara deliğinin elektriksel
yüke sahip olduğu türdür. Buna Kerr-Newman kara deliği türü denir. Bu türe de,
var olma olasılığı çok zayıf olduğundan pek ilgi gösterilmemektedir.
Kara Deliklerin
Boyutlarına Göre Sınıflandırılması
Tüm evrende, sadece dört kara delik tipi vardır; 1. Yıldızsal Kara Delikler, 2. Dev Kara Delikler, 3. Orta kütleli Kara Delikler, 4. İlksel Kara Delikler.
1. Yıldızsal Kara
Delikler
Bir
yıldızın çekimsel olarak içe (kendi üzerine) çökmesiyle oluşan kara delik türüne
yıldızsal kara delik denir.
Yıldızsal
kara delikler birkaç güneş kütlesi kadar bir kütleye sahiptirler. Ölmekte olan
bir yıldız, eğer Güneş’imizin üç mislinden daha ağırsa, nötron yıldızı düzeyinde
kalamaz, çekirdeğindeki tepkime ve yoğunluk artması devam eder ve kara delik
haline gelir. Yıldızsal kara delik büyük (başlangıç olarak yaklaşık 10 güneş
kütlesi kadar kütleli veya daha fazla kütleli) bir yıldız kalıntısının (artık
maddesinin) çekimsel içe çökmesinin ardından doğar. Yıldızın kalbinde
termonükleer tepkimelerle yanma tamamlandığı zaman, yakıt kalmadığı için bir
süpernova oluşur. Bu süpernova da ardında hızla içe çökecek bir öz kısım
bırakabilir.
1939’da Robert Oppenheimer, bu öz kısmın belirli bir
sınırdan daha yüksek bir kütleye sahip olması durumunda kütle çekim gücünün
kendisini kesinlikle tüm diğer güçlerin üzerine taşıyacağını ve bir kara delik
oluşacağını ortaya koymuştur.
Bir kara delik oluşturmak üzere içe çöküş kütleçekim
dalgaları yaymaya elverişli bir durumdur ki bu, dalgaların yakın bir gelecekte
Cascina’daki (İtalya) Virgo veya Amerikan LIGO girişim aracı gibi bazı dedektör
aygıtlarıyla saptanabileceğine işaret etmektedir. Yıldızsal kara delikler
günümüzde X-çift yıldızlarında ve mikrokuasarlarda gözlemlenmekte olup bazı
aktif galaksi çekirdeklerinde akışların oluşmasına neden olmaktadırlar.
Yıldızsal Kara Delik Örnekleri
1965’te bulunan
Cygnus X-1, bir kara delik içerdiği bilinen ilk astrofizik cismidir.
Bu, dönen bir kara delikten ve bir kızıl devden oluşan
bir çift yıldız sistemiydi.
Eğer kara delik bir
çift yıldız sisteminin parçasıysa, o zaman normal yıldızdan kara deliğe doğru
bir madde akışı olur. Madde akışı, açısal momentumun korunması prensibine bağlı
olarak kara delik çevresinde yığılım diski denilen bir disk oluşturur. Bu disk
kara deliğin yakınında, büyük kütle çekim potansiyeli altında müthiş
sıcaklıklara ulaşmakta ve kara deliğin tarafımızdan fark edilebilmesini sağlayan
X-ışınları yaymaktadır.
Yığılım diskiyle
akışlar oluşturan bir kara deliğin veya bir nötron yıldızının bulunduğu çift
yıldız sistemlerine, galaksimiz ötesindeki (ekstragalaktik) ebeveynleri
denilebilecek kuasarlara ithafen mikrokuasar adı verilmiştir. Aslında her iki
sınıftaki cisimler de aynı fiziksel süreçleri izlerler. Mikrokuasarlar içinde
en fazla incelenmiş olanlarından biri 1994'te keşfedilmiş, ışıktan hızlı
akışları olan GRS 1915+105’tir.
Böyle akışların
bulunduğu bir başka sistem de GRO J1655-40’tir. Fakat bu ikincisinin mesafesi
halen tartışmalı olduğundan, akışlarının ışıktan hızlı olmama olasılığı da
bulunmaktadır.
Bir başkası da çok
özel bir mikrokuasar olan SS 433’tür. Bunun öyle sürekli akışları vardır ki,
orada madde ışık hızının beşte biri civarındaki hızlarla yığın yığın yer
değiştirmektedir.
2. Dev Kara Delikler
Kara delikler galaksilerin merkezinde bulundukları takdirde
birkaç milyarlık güneş kütlesine kadar çıkabilen devasa bir kütleye sahip
olabilir ve bu durumda dev kara delik (veya galaktik kara delik) adını alır.
Dev kara delikler birkaç milyon ile birkaç milyar güneş
kütlesi arasında değişen bir kütleye sahiptir. Galaksilerin merkezinde
bulunurlar ve varlıkları bazen akışların ve X ışınımının oluşmasına yol açar.
Bu yüzden çekirdekleri, yıldızların üst üste yer almasından oluşan normal
parlaklığa kıyasla daha parlak hale gelir ve aktif galaksi çekirdekleri adını
alır. Galaksimiz Samanyolu da böyle bir kara delik içerir ve bu kara deliğe
yakın yıldızların son derece hızlı hareket ettiklerinin gözlemlenmesi bu
bulguyu doğrular.
Örneğin bu yıldızlardan biri olan S2 adlı yıldızın
gözlemlenemeyen karanlık bir nesnenin çevresinde en az 11 yıllık bir dolanım
hareketinde bulunduğu saptanmıştır. Bu yıldızın eliptik yörüngesi, söz konusu
karanlık cisimden 20 astronomik birim uzaklığındadır ve karanlık cisim sınırlı
hacmine karşın 2,3 milyon güneş kütlesi kadar bir kütleye sahiptir. Kara
delikten başka, sınırlı hacmine karşın böyle yoğun madde içeren bir cisim
örneğine şimdiye dek rastlanmamıştır.
Chandra teleskopu ile NGC 6240 galaksisi üzerinde yapılan
incelemeler de bu galaksinin merkezinde birbirleri çevresinde dönen iki dev
kara deliğin gözlemlenmesini sağlanmıştır. Böyle devlerin oluşumu hakkındaki
tartışmalar halen sürmektedir; ancak, kozmozun başlangıcında çok hızlı bir
şekilde oluştuğunu ileri sürenler de vardır.
Dev Kara Delik Örnekleri
Dev
kara delik adayları, öncelikle aktif galaksi çekirdekleri ile radyoastronomlar
tarafından 1960’lı yıllarda keşfedilen kuasarlardır. Dev kara deliklerin
varlığına en büyük kanıt oluşturan gözlemler Sagitarius A adlı galaktik
merkezin çevresindeki yıldızların yörüngeleri üzerinde yapılan gözlemlerdir. Bunların
yörünge ve hızları ile ilgili gözlemler, bu galaktik merkezin o bölgesinde dev
kara delikten başka hiçbir kozmik cismin söz konusu olamayacağını
göstermekteydi. Bu keşfin ardından başka galaksilerde başka kara deliklerin
bulunduğu saptanmıştır.
Şubat
2005'te SDSS J090745.0+24507 adlı dev bir mavi yıldızın galaksimizin kaçış
hızının iki katı bir hızla, yani ışık hızının 0,0022’si kadar bir hızla
Samanyolu galaksimizden çıkacak şekilde yol aldığı gözlemlendi. Hızı ve çizdiği
yörünge incelendiğinde dev bir kara deliğin çekimsel etkisiyle fırlatılmış
olduğu anlaşıldı.
Haziran
2004'te astronomlar 12,7 milyar ışık yılı uzaklıktaki bir galaksinin merkezinde
Q0906+6930 adı verilen bir dev kara delik keşfettiler. Büyük Patlama göz önüne
alındığında, bu gözlem, galaksilerdeki dev kara deliklerin oluşum hızlılığının
göreli bir fenomen olduğunu göstermektedir.
3. Orta Kara Delikler
Kütle
bakımından kara deliklerin iki uç noktasını oluşturan yıldızsal kara delikler
ve dev kara delikler arasında bir de, kütlesi birkaç bin güneş kütlesi olan
üçüncü bir türün bulunduğu düşünülür ve bu türe orta kara
delikler denilir.
Orta
kara delikler yakın zamanlarda keşfedilmiş olup, kütleleri 100 güneş kütlesi
ile 10 000 güneş kütlesi aralığında değişir. 1970’li yıllarda orta kütleli kara
deliklerin küresel yıldız kümelerinde oluştuğu hipotezi ortaya atılmış, fakat
bu hipotezi destekleyecek hiçbir gözlem elde edilememişti. 2000’li yılların
gözlemleri aşırı parlak X-ışını kaynaklarının varlığını ortaya koydu. Bu kaynaklar
hiç de dev kara deliklerin bulunduğu galaksi çekirdeklerine bağlı görünmüyordu.
Ayrıca gözlemlenen X ışınları miktarı, Eddington limitine (yıldızsal kara delik
için maksimum limit) eşit bir oranla madde katılımı göz önünde bulundurulduğunda,
20 güneş kütleli bir kara delik tarafından üretilemeyecek kadar çoktu.
Orta
Kara Delik Örnekleri
Kasım 2004'te
astronomlardan oluşan bir grup, galaksimizde orta kütleli ilk kara deliğin
keşfedilmiş olduğunu açıklamışlardı. Yörüngesi galaksimizin merkezinden
yalnızca üç ışık yılı uzaklıkta olan bu kara delik 1300 güneş kütlesi kadar bir
kütleye sahipti ve yalnızca yedi yıldızdan oluşan bir yıldız kümesinde
bulunuyordu. Bu yıldız kümesi, muhtemelen, vaktiyle büyük yıldızlardan oluşan
ve merkezî kara delik tarafından yutularak ufalan bir yıldız kümesinin
kalıntısıydı. Bu gözlem, dev kara deliklerin, çevresindeki yıldızları ve diğer
kara delikleri yuttukça büyüdükleri görüşünü desteklemektedir.
Bütün bunlar,
muhtemelen yakın bir zamanda, LISA adlı uzay girişim aracı vasıtasıyla
yapılacak, söz konusu sürecin çekimsel dalgalarının doğrudan gözlemiyle
doğrulanabilecektir.
4. İlksel Kara
Delikler
Mikro kara delikler veya kuantum kara delikleri de denilen
ilksel kara delikler çok küçük boyutlarda ve en düşük kütleli olan kara
deliklerdir. Bunlara ilksel adının verilme nedeni, Büyük Patlama sırasında
oluştuklarının sanılmasındandır. Bununla birlikte ilksel kara deliklerin
varlığı henüz doğrulanmamıştır.
İlksel kozmozda küçük ölçekli aşırı yoğunlaşmaların çekimsel
içe çökmeyle oluştukları sanılmaktadır. 1970’li yıllarda ünlü fizikçilerden
Stephen Hawkingve Bernard Carr kara deliklerin ilksel kozmozdaki oluşum
mekanizması üzerine araştırmalarda bulundular ve kara delik kavramını
geliştirerek mini kara delik adı verilen, yıldızsal kara deliklere nazaran son
derece küçük kara deliklerin bol miktarda bulunduğu sonucuna vardılar. Bu kara
deliklerin kütleleri bakımından yoğunlukları ve dağılımları henüz
bilinmemekteyse de, bunları belirleyen etkenlerin ilksel kozmozdaki (kozmik
şişkinlikteki) hızlı genişleme evresine ilişkin koşullarla ilgili olduğu
sanılmaktadır. Bu küçük kütleli kara deliklerin –eğer varsa- bir gama ışınımı
yaymaları gerekir. Işınımları muhtemelen INTEGRAL gibi uydular tarafından keşfedilecektir.
Yüksek enerjili fiziksel örnekler üzerinde çalışan bazı
fizikçilere göre bu kara deliklerin daha küçük benzer örnekleri Cenevre
yakınlarındaki LHC gibi parçacık hızlandırıcı kullanılarak laboratuvarda da
oluşturulabilir.
Genel görelilik
evrendeki kara deliklerin birbirleriyle bir şekilde temas halinde olduklarını
göstermektedir. Bu yapıda kara delikleri birbirlerine bağlayan koridorlar,
alışılmış adıyla kurt delikleri (meyve kurdu), solucan delikleri veya nadir
kullanımıyla Einstein-Rosen köprüsü (delikleri) olarak belirtilmektedir. Bu konudaki
düşünceye göre, kara delikler bir başka evrene açılmaktadır veya bu ikinci
evrene geçiş kapılarıdır.
Kara delikleri
birbirine bağlayan söz konusu koridorlar bir elmanın içindeki kurdun yolunu
andırır biçimde düşünüldüğünden, söz konusu koridorlara kurt deliği adı
verilmiştir. Evrende pek çok kara deliğin var olduğu göz önünde bulundurulduğunda,
uzayın birbiri içine geçmiş sayısız tünellerden oluştuğu sonucuna varılır.
Zaman ve ışık-yılı
uzaklıkları hiçe sayarak kozmozda zıplamalara olanak veren bu kurt delikleri
ister istemez bilim-kurgu yazarlarına esin kaynağı olmuştur.
Resimde,
iki kara deliğin dolanıklığa girmesi ile oluşan tünelin negatif enerjiyle
açılması sonucunda ortaya çıkan bir solucan deliği görülüyor. Solucan delikleri
teorik cisimler olup ışıktan hızlı yolculuğa izin veriyor
Kozmozun tünellerle
dolu bu yapısı genel görelilik tarafından doğrulanmakla birlikte, astrofizik
bağlamda, pratikte bu tünellerdeki yolculuklar şimdilik imkânsız gibi
görünmektedir; çünkü bilinen hiçbir süreç bu yolculukları yapabilecek
nesnelerin oluşumunu ayabilir gibi görünmemektedir.
25 Haziran 2019
