2020 NOBEL FİZİK ÖDÜLÜ: GALAKSİMİZİN MERKEZİNDE KARA DELİK KEŞFİ

6 Ekim 2020 tarihinde Nobel Fizik Ödülü’nün kara delikler üzerine araştırmalarından dolayı Prof. Roger Penrose, Prof. Reinhard Genzel ve Prof. Andrea Guezz’e verildiği açıklandı. Bu, gerçekten de tüm astronomi ve astrofizik camiası için büyük bir galibiyet oldu. Çünkü geçtiğimiz on yıl boyunca bu alanlardaki çalışmalar için bir Nobel ödülü verilmemişti; ancak şimdi, iki yıl üst üste, 2019’da öte gezegenler keşfi ve 2020’de kara delik keşfi ile bu durum değişti. Keşfin detaylarına geçmeden önce biraz kara deliklerden bahsedelim.

2020 Nobel Fizik Ödülü Sahipleri: Prof. Roger Penrose, Prof. Reinhard Genzel ve Prof. Andrea Guezz

KARA DELikler neden gizemlidir?

Kara delik, ışık da dahil olmak üzere hiçbir şeyin kaçamayacağı kadar güçlü bir çekim kuvvetine sahip astronomik bir nesnedir. Kara delikler, evrenin gizemli elemanlarıdır. Peki neden kara delikler bu kadar gizemlidir? Bu konuda Nobel ödülü alınmasına karşın kara delikler hakkında bildiğimiz şeyler hala çok azdır.

Kara delikleri evrenin yapı taşları olarak adlandırabiliriz. Büyük Patlama’dan (Big Bang) itibaren evrenin her döneminde kara delikler oluşmuştur. Oluşma yöntemleri zamanla değişmiştir. Einstein’ın 1915 senesinde Genel Görelilik Teorisinde öne attığı kütle çekim dalgalanması, 2015 senesinde bulunana dek direkt bir kara delik gözlemimiz yoktu.

Quasar with jet and magnetic lines. Credit: CXC/M.Weiss

1915’te Einstein’ın Genel Görelilik kuramı ortaya çıkmasından itibaren ilk kez Alman fizikçi ve astrofizikçi Karl Schwarzschild, Einstein’ın denklemlerini çözerek kara delik gibi bir nesnenin bulunabileceğini 1916 senesinde gösterdi. Ancak bunu yaparken bazı uç varsayımlarda bulunması gerekti. Bu yüzden de çok önem verilmedi. Yaptığı işin nelere yol açtığını göremeden de bir deri hastalığına yakalanarak hayatını kaybetmiştir. Peki, sıklıkla karşılaştığımız Einstein’ın genel görelilik teorisi nedir ve kara deliklerle ne ilgisi vardır?

EINSTEIN’IN GENEL GÖRELİLİK TEORİSİ NEDİR?

Genel Görelilik Teorisi; maddenin uzayı nasıl bükeceğini, uzayın da maddeye nasıl hareket edeceğini söylediğini öngörür. Einstein’dan önce Newton’un söylediği şey ise çekim kuvvetidir. Ancak genel göreliliğe göre uzay zamanın bükülmesi olayı vardır. Eğer ortada bir kütle yoksa uzay zaman düzdür. Bir kütle koyduğumuz zaman ise uzay zaman bükülecektir. Dolayısıyla kütleli veya kütlesiz her şey, bu bükülmüş uzayı takip eder.

Uzay zamanın bükülmesi

Kısacası, teknik olarak, kütle kütleyi direkt olarak çekmez. Kütlenin kütleyi çekmesinin sebebinin uzay zamanın bükülmesi olduğunu söyleyebiliriz. Newton’un bahsettiği çekim kuvveti, bu teoride uzay zaman olarak ele alınır. Bu da Newton’un söylediği çekim kuvveti ile bu teorinin arasındaki önemli farklardan biridir. Peki kara delik ile tüm bunların ne bağlantısı var?

GENEL GÖRELİLİK TEORİSİ İLE KARA DELİKLER ARASINDAKİ İLİŞKİ NEDİR?

Genel görelilik teorisi, kara delikler hakkında bize hiçbir şey söyleyemiyor. Örneğin, odamızın duvarı. Duvarda herhangi bir delik var dediğimizde bize herhangi bir şey söylüyor mu? Hayır. Duvarın sol köşesinde bir delik var dediğimizde de bize sadece duvar ile alakalı bilgi veriyor. Dolayısıyla kara delik dediğimiz zaman, bize uzay zaman ile ilgili bilgi veriyor, evrenle ilgili bilgi veriyor.

Kısacası kara delikler, uzay zamanın koşulları ve özellikleri hakkında bilgi verir. Kara delikler, genel görelilik kuramının bir öngörüsüdür. Kara delikler için evrenin yapı taşları dememizin sebebi de budur.

KEŞFİN DETAYLARI NELERDİR?

Genelde teorikçilere Nobel ödülü verilmez ancak bu sefer öyle olmadı. Nobel Ödülü, araştırmaların teorik ve gözlemsel tarafı arasında paylaşıldı.

Alfred Bernhard Nobel, dinamitin mucidi, vasiyeti ile Nobel ödüllerini başlatan kişidir.

Bazen bilim şu şekilde ilerliyor; örneğin 20. yüzyılda bilim insanları matematik ve teoriyi yapıyorlar ancak teknoloji gelişmediği için gözlem veya deneyle ispatlayamıyorlar. Teknolojimiz 21. yüzyıla doğru geliştikçe gözlemler veya deneyler daha çok mümkün oluyor ve 20. yüzyılda yapılan tahminlerin doğru olduğu şuan kanıtlanabiliyor.

İşte bu sene yapılan keşifte tam olarak olan şey de buydu. Bu yüzden Roger Penrose, 60’larda ve 70’lerde Stephen Hawking ile yaptığı çalışmalardan dolayı Nobel ödülüne layık görüldü. Muhtemelen Stephen Hawking de yaşıyor olsa belki ikisine birden de ödül verilebilirdi. Penrose, kara deliğin var olması gerektiğini tahmin etmişti.

Tekillik

O zamanlar kara delik fikri, tekillik denen bir şeydi. O kadar yoğun bir nesne biliyorsunuz ki, ışık bile kaçacak kadar hızlı hareket etmiyor. Bu sadece teorik bir merak ya da matematiksel bir meraktı. Bunun gerçek bir nesne olarak görülmediği biliniyordu. Ancak Penrose ve Hawking’in yaptığı şey, bunu matematiksel olarak göstermekti. Kara delikler, bizim evrenimizde kaçınılmazdı.

Pekala, kara deliklerin varlığını çok uzun zamandır bildiğimiz için Hawking ve Penrose’un ödülü neden daha erken kazanmadığını merak ediyor olabilirsiniz. Nobel ödül komitesi teorilerin gözlemsel olmasını ister. Ödülü vermeden önce de teori, deneysel olarak onaylanmış ve ardından da ödül verilmiştir.

Örneğin; 1916’da Einstein, yer çekimi dalgalarını tahmin etmiş ve 2017’de bu yer çekimi dalgalarının tespiti için ödül verilmiştir. Diğer bir örnek ise, 60’larda Higgs bozonunu tahmin eden Peter Higgs. Bu tespitin fiilen yapıldığı 21. yüzyıla kadar Nobel ödülü verilmemiştir.

KARA DELİK KEŞFİ NASIL YAPILDI?

Bu yıl Nobel ödül komitesinin kara delikler çalışmasına ödül vermeyi tetikleyen şey, 2019’da sahip olduğumuz inanılmaz bir görüntü olmuş olabilir. Messier 87 galaksisinin merkezinde süper kütleli bir kara deliğin ilk görüntüsü. Bu görüntü, dünya çapında büyük bir ekibin çok uzaktaki bir şeyi görmek için bir dizi radyo teleskobunu bir araya getirmesiyle mümkün oldu.

Messier 87 galaksisinin merkezinde süper kütleli bir kara delik. Credits: Event Horizon Telescope collaboration et al.

O zaman neden Penrose ve bu ekibin Nobel ödülünü kazanmadığını merak ediyor olabilirsiniz. Bu ödül, aslında sadece üç kişi tarafından paylaşılıyor. Ancak aynı zamanda kara deliklerin varlığını kanıtlayan görüntü de zaten bu değildir.

Bunun yerine kanıt, Münih’teki Max Planck Institute’ten Profesör Reinhard Genzel ve UCLA’dan Profesör Andrea Guezz tarafından gelmiştir. 90’ların başında astrofizikteki en büyük soru, Samanyolu’nun merkezinde ne olduğuydu. Bunun bir kara delik olduğuna dair pek çok şüphe vardı, bunun ne kadar büyük olduğunu kimse bilmiyordu. Bu nedenle Guezz ve Genzel kızılötesi teleskoplar kullanarak galaksimizin tam merkezindeki yıldızları gözlemlediler.

S02 yıldızının kara deliğin yakınından geçmesi

Kızılötesi ışık, gözlerimizle gördüğümüz görünür ışıktan çok daha uzun bir dalga boyuna sahiptir, bu da galaksimizin merkezinin çok yoğun bulduğumuz küçük toz parçacıkları tarafından engellenmediği anlamına gelir. Aslında bu yüzden görünür ışıkla galaksimizin merkezini göremiyoruz ama kızılötesi ışıkla görebiliyoruz. Bunun sayesinde yıldızların merkezde uzun yıllar boyunca hareket ettikleri konumları ve hızlarını gözlemleyebiliyor; bu verilerle, daha sonra yerçekiminin nasıl çalıştığına dair bilgimizle bu yıldızların yörüngelerini hesaplayabiliyoruz.

Bu bir kara delik ise daha sonra bu yıldızların etrafında dönen nesnenin ne kadar büyük olduğunu ve dolayısıyla merkezdeki nesnenin kütlesini hesaplayabiliyoruz. Bu, ilk olarak 1996’da Eckhart ve Genzel tarafından yapıldı. 1992’den 1996’ya kadar dört yıl boyunca 10 yıldızın konumlarını ve hareketlerini gözlemlediler. Bu verileri, daha sonra bu yıldızların Samanyolu’nun merkezi etrafındaki yörüngelerini modellemek ve 2,45 milyon merkezdeki cisim için bir kütle elde etmek için kullandılar.

Güneşin kütlesi, kendi kütlesinin yaklaşık 400000 katını verir veya alır. Bu inanılmaz bir sonuçtu, çok büyük ve karanlık bir nesnenin Samanyolu merkezinde çok küçük bir boşluk olduğunu göstermiştir. Profesör Andrea Guezz ve UCLA Galaktik Merkez Grubundaki ekibi, Hawaii Mauna Kea’da bulunan daha yüksek çözünürlüklü Keck teleskopları ile bunu çok daha hassas bir şekilde yapmak için çalıştılar.

1995’ten 2007’ye kadar 12 yılda 500’den fazla yıldızın merkezindeki kara delik için güneş kütlesinin 4,5 milyon katı bir kütle elde ettiklerini gözlemlediler. Şimdi hala Keck teleskopu ile Samanyolu’nun merkezindeki yıldızları gözlemliyorlar.

Artist’s impression of the star S2 passing very close to the supermassive black hole

Burada bir yıldız olan S-02’nin sadece 16 yılda merkezin tam yörüngesini oluşturduğunu görüyoruz. Bu gibi gözlemler, fizikçilerin kafasında, Samanyolu’nun merkezinde bulunan şeyin süper kütleli bir kara delik olduğuna dair hiçbir şüpheye gölge bırakmayan ve evrendeki her bir galaksinin merkezinde bir süper kütleli kara delik olduğu teorisine uyan gözlemlerdir.

Nobel ödül komitesi tarafından onurlandırılan bilim insanlarının çalışmalarını kısaca öğrendik, şimdi sıra bu gibi keşiflerden yola çıkarak yeni keşifler ve araştırmalar yapmakta.

Farklı şekillerdeki galaksilerde süper kütleli kara delikler ne kadar büyüktür ve bu galaksilerin şekilleri bize evrimleri hakkında ne gibi bilgi verebilir? Belki başka bir galaksi ile birleşmişlerdi ya da tüm yaşamları boyunca yalnız bırakılmışlardı. Bu, bir kara deliğin ne kadar büyüyebileceğini nasıl etkiler?

KAYNAKLAR

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s