Karadelik Nedir? Karadeliklerin Oluşumu
Dünya’da ilk defa Fransız astrofizikçiler,bir karadeliğin,komşu bir yıldızdan kopardığı maddeleri yutuşu sırasında meydana gelen olayları gözlemlemeyi başardılar.Evren’in bu giz dolu gök cisimlerinin gizi çözülüyor mu? Kuramsal olarak karadelikler görülmezler.Kütleleri o kadar büyüktür ki oluşturdukları ışınları kendi içlerinde hapsederler.Yıldızlar gibi parlamak yerine kapkara kalırlar.Gök de kapkara olduğundan karadelikleri görmek olanaksızdır.
Rastlantı sonucu bu gök cisimleri yolları üzerinde bulutsu(nebula) veya yıldız biçiminde bir maddeye rastlayabilirler.Hatta bazı karadeliklerin etraflarında dolanan uydu yıldızları vardır.Her iki halde de madde yutan karadelik çeşitli ışımalar oluşturur ve astronomlar bunları gözlemleyebilir.Bu çeşit gözlemler sayesinde,uzun süre kuramsal kalmış olan bu görülmez gök cisimlerinin yakın çevrelerinde olan bitenler hakkında bazen bilgi elde edebiliriz.
Geçen yıl Fransa Saclay Atom Enerji Komiserliği (CEA) astrofizikçilerinden F.Mirabel,S.Chaty ve J.Marti,dünyada ilk defa bir karadeliğin komşu bir yıldızdan madde yutuşu sırasında meydana gelen olayları gözlemleyebildi.Gözlemlenen yıldız,GRS 1915+105 yıldızıydı.Dünyadan 40750 ışık yılı uzakta olan bu yıldız,1992’de Rus uydusu Granat üzerinde yerleştirilmiş olan Fransız teleskobu Sigma tarafından bulunmuştu.Söz konusu yıldız,kütlesi Güneş’in kütlesinden defalarca büyük olan bir karadelikle,bir karadeliğe uyduluk yapan (onun etrafında dönen) mavi bir dev yıldızdan oluşmuştu.Gözlemdeki ustalık,ölçümlerin üç dalga boyunca birden aynı zamanda yapılmasıydı:X ışınları,radyo dalgaları ve enfraruj ışınları.
Fransız ekibi 15 Mayıs ve 9 Eylül 1997’de,GRS 1915+105 yıldızı üzerine Rassi-XTE uydusunu,New Mexico’da ki VLA(Very Large Array “çok geniş dizin”)antenlerini ve Hawaii’de ki İngiltere’ye ait UKIRT teleskobunu çevirtti.Alıcıların geniş bir alana dağıtılması sayesinde,astrofizikçiler birkaç saat süreyle karadelik yakınında olup biten olayları izleyebildiler.Fransız ekibi iki önemli gözlem yaptı.Birincisi şuydu:Karadeliğin,uydusu olan yıldızdan kütleçekim kuvvetiyle kopardığı madde,önce karadelik etrafında bir akresyon diski halinde birikmekte ve sonra pıhtılar halinde gözden kaybolmaktadır.
İkinci gözlemse,bu diskteki maddenin ancak bir bölümünün karadelik içine çekilmesi,bir diğer bölümününse birbirine karşıt kutuplardan uzaya püskürtülmesiydi.Karadelik neden maddenin tamamını yutmuyor?Maddenin yüzde kaçı karadeliğin yamyamlığından yakasını sıyırabiliyor?Bu gözlemlerden doğan bu yeni sorular,astrofizikçileri Evren üzerinde yeni çalışmalar yapmaya davet etmektedir.
Bu yeni sonuçların önemini anlamak için eskiye doğru bir bakış gereklidir.Karadelikler kütleleri o kadar büyük yıldızlardır ki yüzeyde onların çekiminden kopabilmek için gerekli hız,ışık hızından büyüktür.
Dünya yüzeyinden ayrılmak içinse en az 11 km/saniyelik bir hız gereklidir.Bunun anlamı şudur : Dünya kütleçekim etkisinden kurtulmak isteyen bir cisim (örneğin bir füze)saniyede en az 11 km’lik bir hızla kalkmalıdır.60’lı ve 70’li yıllarda Ay’a erişen Apollo uzay araçlarının hızı buydu.
Dünya tarafından yansıtılan Güneş ışığı Dünya’yı 300.000 km/sn. hızla terkeder ve yerküremizin imgesini uzaya taşır.Bu nedenlerdir ki Ay’a giden astronotlar Dünya’mızı çok iyi görürler.Bir karadeliğin yüzeyinde,kütleçekiminden kurtulma hızı 300.000 km/sn. nin üzerindedir;bu nedenle ışık,karadelikten kopmaz.Işık vermediği içindir ki karadelik görünmez.
Diğer yandan, bir karadelik yakın çevresindeki uzayzamanı önemli ölçüde eğer; bu uzay-zaman,artık Evren’in başka noktalarındaki uzay zaman değildir.Uzaklıklar birdenbire kısalmıştır(örneğin kilometre, Dünyada olduğundan daha kısadır); zamansa uzamıştır(örneğin saniye, Dünya’da olduğundan daha uzun sürer).
Evren’de çok büyük kütleli karadelikler ve yıldızsal karadelikler vardır. Birinciler bazı galaksilerin merkezinde, bir çok yıldızın kümeleşmesiyle oluşur.Bunların kütleleri çok büyüktür; Güneş’in milyarlarca katı kadar.İkinciler basit yıldızlardan oluşur. Kütlesi çok büyük olan bir yıldız süpernova patlaması yaparsa, merkezinde ancak 20-30 km. çapında, çok yoğun bir küre kalır; buna nötron yıldızı denir. Bir nötron yıldızının kütlesi, Güneş’in kütlesinin üç katını geçerse, bu yıldız kendi üstüne çöker ve bir karadelik olur.
Karadelik küçüktür.Merkezinde astrofizikçilerin tekillik dedikleri,bölge bulunur.Tekillik birkaç km çapında bir küredir,burada yoğunluk o kadar fazladır ki normal fizik yasaları geçerli değildir.Burada hiç bilmediğimiz başka yasalar geçerlidir.Tekillik etrafında küresel bir hacim düşünülür;bunun yüzeyine olay ufku denilir.Bu küreye giren,yani olay ufkunu aşan hiçbir cisim bir daha geri dönemez;çünkü bu bölgede karadeliğin kütleçiminden kurtulma hızı,ışık hızından büyüktür.Bu küre içine giren ışık ve maddelerdışarı çıkamadıkları gibi karşı konulmaz bir şekilde karadeliğe çekilirler.Bu çıkışı olmayan bir küredir;olay ufku altında,yani bu kürenin içinde,ne olup bittiği görülemez.
GRS 1915+105 karadeliğinde,olay ufku küresinin çapı 14 km dir.Karadelik etrafında dönen yıldız sayesinde CEA astrofizikçileri,olay ufkunun 20-80 km’si arasında neler geçtiğini gözlemleyebildiler.
GRS 1915+105 yıldızı en güçlü optik teleskoplarla bile görülemez;çünkü Gökadamız(Samanyolu) ekvatorun sadece 0.4 derece üzerindedir;bu bölge Samanyolu tozlarının oluşturduğu görüşü engelleyen bir perde gibidir.Astronomlara göre bu tozlar,Samanyolu’nun bu bölümündeki yıldızların parlaklığını en az 26.5 Kadir azaltır.Dünya’nın en güçlü teleskobu olan Hawaii Adaları’nda ki 10 m çapındaki Keck bile karadelik etrafında dönen bu yıldızı göremez.Fransız astronomları söz konusu yıldızı tozlar tarafından daha az emilen enfraruj ışınları aracılığıyla görebilmişlerdir.
Bu yıldızdan birkaç soğurma çizgisi elde edilebilmiştir.Astrofizikçiler bu çizgilere bakarak şu sonuca varmışlardır: bu çok parlak ve kütlesi çok büyük bir yıldızdır: Bir mavi dev.Ayrıca,yaklaşık ayda bir kere,GRS 1915+105’den gelen enfraruj ışınlarında bir artma gözlenmiştir.Bu parlama,yıldızın karadeliğin daha yakınından geçmesine bağlanmıştır.O halde bu yıldız,herhalde güneş sisteminde ki kuyruklu yıldızlar gibi çok eliptik bir yörünge çizmektedir.Fakat bu henüz kesinleşmemiştir.
Yıldız karadeliğin yakınından geçerken görülmeye değer bir olay meydana gelir: Yıldızın dış katmanları, karadelik tarafından öyle bir çekilir ki yıldızdan kopar;yıldızdan ayrılan gazlar karadelik etrafına sarılıp bir akresyon diski oluşturur.S.Chaty şöyle demektedir:”Bu gazlardan oluşan diskin iç bölümü olay ufkunun 80 km yukarısında dönüp durur ve o kadar ısınır ki,X ışınları vermeye başlar.”
15 Mayıs 1997 ile 9 Eylül 1997 arasında yapılan gözlemler sırasında astronomlar defalarca diskin iç bölümlerinin bir anda olay ufkunun altına düşerek karadelik tarafından yutulduğunu görmüşlerdir;bu sırada diskten gelen X ışınları birden bire azalır.Diskin daha soğuk olan dış bölümleri çok daha zayıf X ışınları verir.
Diskin iç bölümlerinin karadelik tarafından yutulması sırasında kuvvetli bir enfraruj patlaması olur ve bunu radyo dalgaları izler.Bu ardışık iki dalga kutuplarından ışık hızının %92’si bir hızla madde püskürtülmesine karşılıktır.
CEA araştırmacıları için bunun anlamı şudur : Disk maddesinin bir bölümü karadeliğe düşmek yerine birkaç dakika olay ufkunda kalır ve sonra plazma şeklinde püskürtülür.S.Chaty şöyle demektedir:”Madde püskürmesinin başlamasından 15 dakika sonra enfraruj ışınları gelmeye başlar.Bu sırada madde karadelikten 250 milyon km uzaktadır ve 50 milyon km çapında genişleyen bir bulut oluşturur.15 dakika sonra genişlemiş bulut radyo dalgaları göndermeye başlar.”Sonra,her madde püskürüşünde oluşan bulut,ışık hızının %20 si bir hızla uzaya atılır.
Diskin iç bölümünün boşalmasıyla plazma fışkırmaları arasındaki bağıntı kesindir.Astronomlara göre ne kadar fazla madde yutulursa,plazma fışkırması o derecede fazla olmaktadır.Yutulan madde miktarı her karesinde farklıdır.Diskin kararsızlıkları az veya çok yoğun gaz pıhtıları oluşturur,bunların diskin iç bölümlerini doldurma hızları değişkendir.Gazın bu boşluğu kaplaması ortalama 15 dakika alır.Gaz yeniden yutulmadan önce 15 dakika kadar yörüngede kalır.Sonra bu bölge tamamen boşalır.
Bu gazın bir bölümü karadeliğin korkunç iştahından nasıl kurtulmaktadır?Kimse bilmiyor bunu…Astrofizikçiler karadeliğin,bu devirler boyunca maddenin ne kadarını yuttuğunu ve ne kadarını püskürttüğünü de bilmemektedir.
Bu gözlemlere rağmen,GRS 1915+105 karadeliğinin tam kütlesi bilinmemektedir.Bunu bulabilmek için dev yıldızın görülebilmesi gerekirdi.Eğer bu olabilseydi,yıldızın tayflarından farklı dönemlerdeki radyal hızı bulunabilir ve buradan karadeliğin kütlesi hesaplanabilirdi.
Olay ufkunun 14 km çapında olmasından,bu yıldızın kütlesinin Güneş’in kinin birkaç katı olduğu söylenebilir.Buna benzer bir ikili yıldız sistemi de 14.6 ışık yılı uzaklıktaki GRO J 1655-40’tır;bu teleskopla görülebilir;bir Amerikalı ekip tarafından kütlesinin Güneş’in kinin 7 katı olduğu hesaplanmıştır.
Kütlesi Güneş kütlesinin milyonlarca katı olan karadeliklerin özelliği;kutuplarından plazma püskürtmeleridir.Fakat dev olduklarından akresyon disklerinin dolma ve boşalma zamanları çok uzundur.Bu bakımdan bir yıldız-karadelik ikilisinde bu olayları görmek büyük bir şanstır.GRS 1915+105 gibi yıldızlar sayesinde astrofizikçiler karadeliğin olay ufkunun birkaç km üstünde geçen olayları,çok kısa bir süre minyatür bir laboratuardaymışçasına inceleyebilmişlerdir.
Açıklanması gereken bir noktada şudur:süpernova patlaması yaparak karadeliğe dönüşmüş yıldız nasıl olupda kendine bir arkadaş yıldız bulabilmiştir.Neden bu arkadaş yıldız süpernova patlaması sırasında parçalanmamıştır?En akla yakın yanıt şudur : Süpernova patlamasıyla oluşan karadelik,uzayda hareket eden bir yıldız yakalamıştır.Eldeki birçok modele göre süpernova patlaması,bır patlamadan oluşan karadeliği,bulunduğu yerden uzaklaştırmakta, uzayda gezdirmektedir.
GRS 1915+105 böyle oluşmuştur.Oluşan karadelik uzayda gezerken bir yıldıza rastlamış ve onu çekerek arkadaş edinmiştir.Arkadaş yıldızın karadelik etrafındaki belirgin eksantrik yörüngesi de bu varsayımı doğrulamaktadır.Fakat bu nokta henüz kesinleşmemiştir.
GRS 1915+105 gibi ikili yıldızların gözlenmesi astronomlara karadelikle ilgili çok şey öğretmiştir.Göğün daha görülebilir bölgelerinde bu gibi gözlemler yapılmalıdır.Bu, karadeliği gölgeden çıkarmak için tek yoldur.
Kaynak:Bilim ve Teknik Dergisi Temmuz 1998 368.Sayı
Henarejos,P.,Science et Vie,Mayıs 1998(Çeviri : Selçuk Aslan)
Kara Delik
