03 Ekim 2022, Pazartesi
22.04.2022 04:30

Kara deliklerin evriminin kayıp halkası bulundu

Orta büyüklükte kara deliklerin evrende çok yaygın olması gerektiğini bilmemize rağmen bugüne kadar örneklerine az rastladık. Hubble’ın daha önce çektiği fotoğrafları inceleyen bilim insanları bu “ara tür”ü nihayet buldu ve evrenin dinamiklerini anlama yolunda çok önemli bir adım daha attı

Kara deliklerle ilgili herkesin merak ettiği soru aynıdır: “Bir kara deliğin içine düşsek ne olur?” veya “Bir kara deliğin içinde ne var?” Bunun kışkırtıcı bir soru olduğu konusunda hiçbir kuşku yok, ancak kozmolojik açıdan daha ilginç, en azından bilimsel olarak araştırılması biraz daha kolay olan bir soru var: “Neden orta büyüklükte kara delik neredeyse hiç yok?”

Her yıldız öldüğünde kara deliğe dönüşmez. Bir yıldızın ölümünün bir kara delikle sonuçlanabilmesi için, o yıldızın belli bir büyüklükte olması gerekir. Bu büyüklük, yaklaşık olarak sekiz Güneş kütlesi ve üzeri (yani en az 15 katrilyon kere katrilyon kilogram) olarak hesaplanmaktadır, yani Güneş’imizin kütlesinin sekiz katından iri bir yıldız, çekirdeğindeki hidrojen yakıtının tükenmesi sonucunda süpernova veya hipernova denen muazzam patlamayla dış katmanlarını uzaya fışkırttığında, geri kalan kütlesi, kütleçekiminin etkisi altında o kadar şiddetli bir şekilde kendi üzerine çöker ki, uzay-zaman dokusunda adeta bir “yırtılmaya” sebep olarak, ışığın bile kaçamayacağı bir “delik” yaratır. İşte buna “kara delik” diyoruz.

Nötron yıldızı ya da cüce

Gerçi sekiz Güneş kütlesinin üzerindeki her yıldız da kara deliğe dönüşmez. Bazıları nötron yıldızı denen, kara delikler kadar olmasa bile yine muazzam yüksek yoğunluğa ve dolayısıyla kütleçekimine sahip gök cisimlerini oluşturur. Sekiz yıldız kütlesinin altındaki yıldızlarsa, öldüklerinde “beyaz cüce” denen, yine görece yoğun olan ama bir kara delik veya nötron yıldızı ile kıyaslanamayacak kadar düşük kütleçekimli bir gök cismine dönüşür. Örneğin Güneş’imiz bir kara delik yaratamayacak kadar küçük. Güneş öldüğünde, geride bir beyaz cüce kalacak.

Tabii kara delikler oluştuktan sonra genellikle o boyutta kalmıyorlar, çünkü hem oluşumları sırasında hem de sonrasında civardaki maddeyi yutarak, kütlelerine kütle katmaya devam ediyorlar. Eğer bir kara delik Güneş’in 5-100 katı büyüklüğe sahipse, ona “yıldız kaynaklı kara delik” diyoruz. Bir de galaksimizin merkezindeki gibi “süper kütleli kara delikler” var - ki bunlar, Güneş’imizden en az milyonlarca, potansiyel olarak on milyonlarca veya milyarlarca kat kütleye sahip olabiliyorlar.

Dikkat edebileceğiniz gibi, bu kütle aralıkları arasında bazı tuhaf boşluklar var. Mesela Güneş’ten 2 ilâ 5 kat büyük olan ve 50-150 kat büyük olan yıldızlar da kara deliğe dönüşemiyorlar. Ancak daha ilginci, bu yıldızsal kara delikler ile süper kütleli kara delikler arasında kalan, Güneş’ten 100 ilâ birkaç yüz bin kat büyük olması gereken kara delikler var. Bunlar aslında evrende müthiş yaygın olmalı ancak bugüne kadar “aday” olarak görülen sadece birkaç tane gök cismi tespit edilebildi. Yani orta büyüklükteki kara delikler, beklenenden çok ama çok daha seyrek bulunuyorlar. evrende çok iri ve çok küçük kara delikler oluşuyor da orta boyda kara delikler neden oluşmuyor (veya onları neden göremiyoruz)?

Bunu anlamak önemli, çünkü kara delik oluşumuyla ilgili kamplardan biri, kara deliklerin sadece yıldız ölümüyle doğabileceğini iddia ediyor. Diğer bir kamp ise kara deliklerin önemli bir bölümünün Büyük Patlama sırasında oluştuğunu iddia ediyor (hatta bunun altında kalan bir diğer grup bilim insanı, bazı kara deliklerin Büyük Patlama’dan önce var olan evrende oluşup Büyük Sıçrama denen olayı atlatmayı başararak şu an içinde bulunduğumuz evrene miras kaldığını düşünüyorlar - ama bu ayrı bir yazının konusu). Şu anda daha baskın olan kamp, kara deliklerin yıldız ölümüyle oluştuğunu savunanlar; çünkü öteki kamp haklıysa, Büyük Patlama sırasında bolca orta büyüklükte kara delik de oluşmalıydı - ama söz ettiğim gibi, bunları bulamıyoruz. Orta büyüklü kara delikleri tespit etmek, evrendeki en önemli gök cisimlerinden birinin kökenini anlamak açısından müthiş önemli - ve tabii onun bir uzantısı olarak, her şeyin nereden geldiğini anlamamızı sağlayacak olan Büyük Patlama’yı ve onun oluşturduğu evreni anlamak açısından da...

Yanıtsız kalan soru

Ama kara deliklerle ilgili tek soru işareti bu değil. Astronomide en yoğun araştırılan konulardan biri, Güneş’ten milyonlarca, hatta milyarlarca kat kütleye sahip bu canavarların nasıl olup da bu kadar kısa sürede bu kadar devasa kütlelere ulaşabildiği... Eldeki teoriler, bu kadar büyük kütleli kara deliklerin, müthiş yüksek hızda yıldız oluşturan galaksilerin tozla kaplı merkezinde oluştuğunu ve sonrasında civarlarındaki gaz ve tozu etrafa saçarak, müthiş parlak kuasarlara dönüştüklerini öngörüyor. Her ne kadar çok nadir olsalar da bugüne kadar hem bu yüksek hızlı yıldız oluşturan galaksiler tespit edildi hem de süper parlak kuasarlar. Yani süper kütleli kara deliklerin başı da var, sonu da var. Ancak aradaki “irileşme sürecini” gösteren ve adeta bir “evrimsel ara tür” olan geçiş kara delikleri tespit edilememişti.

Geçtiğimiz hafta Nature dergisinde yayınlanan bir araştırma, çok önemli bir keşfe imza attı. Hubble Uzay Teleskobu sayesinde keşfedilen GNz7q olarak adlandırılan bir kara delik, tam da sözünü ettiğim bu süper kütleli kara deliklerin “atası” olacak şekilde, gözlerimizin önünde irileşiyor! 

[GÖRSEL 1:] Hubble tarafından daha önceden çekilmiş fotoğrafları inceleyen bilim insanları, işaretli noktadan gelen bol miktarda mor ötesi ve kızıl ötesi ışık tespit ettiler. Böylece yıldız evriminde olması beklenen “ara tür” nihayet bulunmuş oldu

[GÖRSEL 1:] GNz7q kara deliğini görebiliyor musunuz? Göremezsiniz, çünkü kara delikler direkt olarak gözlenebilir değiller. Onları, etraflarındaki cisimler üzerindeki etkileriyle (veya varsa, etraflarındaki akresyon diskleriyle) tespit edebiliyoruz. Görebilmeniz için görselde bu kara delik sağ taraftaki kutuda ortada kırmızı bir nokta ile işaretlendi.

Hubble tarafından daha önceden çekilmiş fotoğrafları inceleyen bilim insanları, görselde kırmızı noktayla işaretlenen yerden gelen bol miktarda morötesi ve kızılötesi ışık tespit ettiler. Bu ışıkların elektromanyetik spektrumu, tek başına yıldız oluşumuyla açıklanabilecek nitelikte değildi; daha ziyade, hızla büyüyen ve etrafı toz bulutuyla kaplı bir kara deliğin sinyaline benziyordu. Bu tür kara deliklerin varlığı zaten teoriler ve bilgisayar simülasyonlarıyla öngörülüyordu ama bugüne kadar hiç gözlenmemişti. Böylece yıldız evriminde olması beklenen “ara tür” nihayet bulunmuş oldu. 

Aktif bir doğumevi

Büyük Patlama’dan sadece 750 milyon yıl sonra oluştuğu tespit edilen bu kara delik, nihayetinde bir kuasara, yani bebek bir galaksinin kalbindeki parlak bir ışık kaynağına dönüşecek. Bu kara deliğin bulunduğu galaksi o kadar aktif bir doğumevi ki, her yıl doğurduğu yeni yıldız kütlesi, toplamda Güneş’imizin kütlesinin bin 600 katı kadar. 

İşin hoş tarafı, bu kara deliğin keşfi, gökyüzünün en aktif olarak araştırılan kısımlarından birinde yapıldı. Bu durum bazen muhteşem keşiflerin gerçekten de burnumuzun dibinde olduğunu gösteriyor. Sadece doğru yere, doğru şekilde bakmayı bilmek gerekiyor. 

Ayrıca bu keşif, şu anda Dünya’dan 1.5 milyon kilometre ötede ısınma turlarını yapan James Webb Uzay Teleskobu’nun gelişini bir o kadar önemli kılıyor, çünkü bu kadar uzaktaki gök cisimlerini karakterize etmek için James Webb’in gelişmiş teknolojisi müthiş avantajlar sağlayacak. Bunları anladıkça, içine gözlerimizi açtığımız bu kapkaranlık ve uçsuz bucaksız evrenin kökenlerini ve dinamiklerini çok daha iyi anlayabileceğiz.