Kara deliklerin muazzam kütleleri nedeniyle ışığın bile kaçamadığı, evrenin en korkutucu gök cisimleri olduğunu biliyoruz. Peki kara deliklerden sonra, en yoğun ve en güçlü gök cismi olarak ikinci sıraya hangi gök cismini koyabiliriz sizce? Cevap, şüphesiz nötron yıldızlarında…  Çünkü yüksek kütleli yıldızların ömürlerinin sonunda meydana gelen nötron yıldızları evrendeki en yoğun gök cisimleri. Bir nötron yıldızının yüzeyinden kaçabilmek için ışık hızının üçte biri oranında hıza sahip olunması gerektiğini düşünürsek, neredeyse kara delikler kadar korkutucu cisimler olduğunu fark edebilirsiniz.¹ Peki bir karadelik, evrendeki en yoğun gök cismi olan nötron yıldızını yutarsa ne olur? 

Kara Delik ve Nötron Yıldız Birleşmeleri Nasıl Tespit Edilir?

Evrendeki bu en yoğun iki gök cisminin çarpışması, aslında devasa bir enerji açığa çıkarır. Ancak bu olayın baş rollerinden biri bir kara delik olduğu için optik teleskoplarla gözlemlenmesi de imkânsızdır. Ama bu olay, uzay - zaman dokusunu kelimenin tam anlamıyla sarstığı için tespit edilebilir.

Einstein’a göre gök cisimleri, kütleleri oranında uzay - zaman adı verilen dokuyu şekillendirirler. Yani uzayda kütlesi olan her cisim, uzay - zaman dokusunu büker. Ve bu dokunun içerisinde hızlanan her cisim dalgalanmalara sebep olur. Kütleçekim dalgaları olarak adlandırılan bu dalgalar, Dünya’daki LIGO gibi gözlemevleri tarafından tespit edilebilir. Çünkü evrende yüksek kütleli cisimlerin birleşmesi sonucunda ortaya çıkan bu dalgalar aslında uzayın dokusunu bir lastik gibi sıkıştırıp, uzatan bir etki yaratır.

Kütleçekim dalgaları, 4 kilometre uzunluğunda 2 ayrı kola sahip olan LIGO gözlemevine ulaştığında, bu kolların uzunluğu da uzay - zaman dokusunun esnemesinden dolayı küçük bir ölçüde değişir. Bu sayede bu gözlemevleri, lazerler ve aynalar gibi hassas tespit cihazlarını da kullanarak, uzay - zaman dokusundaki bu sıkışmaları takip eder ve kütleçekimsel dalgaları tespit ederler. 

İşte aynı mantıkla, ilk defa gözlemlenen kara deliğin nötron yıldızını yuttuğu olay, LIGO ve Virgo gözlemevleri tarafından tespit edildi. Ancak bu dalgaların tespitine yönelik, özel olarak tasarlanan bu gözlemevleriyle bile dalgaları tespit etmek her zaman kolay değil. Çünkü bu dalgalanmaların tespit edilebilmesi için çok yoğun ve yüksek kütleli cisimlerin dramatik oranlarda hızlanması gerekiyor. Çünkü uzayda ışık hızında seyahat eden bu dalgaların enerjisi, uzaklık arttıkça giderek azalıyor.

Milyonlarca, hatta milyarlarca ışık yılı uzaklıktan Dünya’ya kadar ulaşabilseler de, bu uzaklıklarda dalgaların enerjisi çok zayıflıyor. Zaten bu yüzden, kütleçekimsel dalgalar ancak 2015 yılında keşfedilebilmişti. Einstein’ın uzay - zaman hakkındaki fikirlerini bir kez daha doğrulayan 2015 yılındaki kütleçekimsel dalgalanma gözleminden bugüne kadar onlarcası daha tespit edildi. Daha önce iki nötron yıldızının çarpıştığını veya iki karadeliğin birleştiğini görmüş olsak da, bir karadeliğin nötron yıldızını yuttuğuna bugüne dek hiç şahit olunmamıştı! Dolayısıyla 2020 yılında yapılan gözlemlerden yola çıkılarak, tarihte ilk defa, bir kara deliğin nötron yıldızını yuttuğu gözlemlenmiş oldu. 

Gök Cisimleri Nasıl Birleşti?

Kütleçekimsel dalgaların tespit edilebilmesi için, çok yüksek kütleli cisimlerin hızlanması gerektiğini söyledik. Aslında karadelikler ve nötron yıldızları gibi gök cisimlerinin birleşmesi işte tam da bu etkiyi yaratıyor. Bu gök cisimleri akıl almaz yoğunlukları nedeniyle yalnızca birkaç kilometre genişliğinde olsalar bile, birleşmeleri sırasında keskin biçimde ayırt edilebilen kütleçekimsel dalgalanmalar yaratırlar. Başka bir deyişle, bu gökcisimleri birleşmeleri sırasında uzay - zaman dokusunda adeta bir deprem veya tsunami etkisi yaratıyorlar.

Birleşen bu iki gök cisminden birinin kütlesi 8.9 Güneş kütlesindeyken, diğeri ise 1.9 Güneş kütlesine sahipti. (GW200105_162426) Kütleleri yüzünden birinin kara delik, diğerinin ise nötron yıldızı olduğu anlaşılabiliyor. Üstelik, astronomlar 10 gün sonra aynı olayının bir benzerinin daha yaşandığını gözlemlediler. Bu defa 5.7 Güneş kütleli bir kara delik ve 1.5 Güneş kütleli nötron yıldızı birleşmişti.² (GW200115_042309)

Her iki sistem de hayatlarına birbirinin yörüngesinde dönen yüksek kütleli yıldızlar olarak başlamışlardı. Ancak yüksek kütleli yıldızların, yakıtlarını diğer yıldızlara oranla çok hızlı biçimde tüketmeleri nedeniyle, bu yıldızlardan biri yaklaşık birkaç milyon içerisinde tıpkı Betelgeuse yıldızı gibi bir kırmızı süperdev’e dönüştü. Yakıtını tüketmesi sonucu kendi boyutunun binlerce katı daha büyük bir hale gelen yıldız, kendisine eşlik eden diğer yıldızı neredeyse yutuyordu. Yutulmanın eşiğinde olan bu yıldız ise, fırsattan istifade şişen yıldızdan madde çalarak kütlesine kütle kattı. 

Ardından kırmızı süperdev yıldız patladı ve bir kara deliğe dönüştü. Daha sonra ikinci yıldız da patlayarak, bir nötron yıldızı halini aldı. Böylece en sonunda ortaya kara deliğin etrafında dönen bir nötron yıldızı ikili sistemi çıkmış oldu. Ve kara delik, nötron yıldızını yutarak daha büyük karadelik oluşturdu. 

Kütleçekimsel Dalgaların Enerjisi

Asıl ilgi çekici olan şey, aslında bu yutma anından hemen önceki zaman diliminde yaşananlar… Güneş’in kütlesinin en az birkaç katı kütlesindeki iki gök cisminin birbirinin etrafında ışık hızına yakın hızlarda döndüğünü bir hayal edin! Aslında, kara delikler başka yıldızlardan madde çaldıklarında, etraflarında bir yığılma diski meydana gelir. Çünkü bir yıldız kara deliğe yaklaştığında, yıldız kara delik tarafından gelgit kuvvetine³ maruz kalır ve spagettileşme denen olay meydana gelir. Yıldızın kütlesinin bir kısmı bu sırada kara deliğin etrafındaki bir yığılma diskinde birikir ve bu da geçici bir parlama yaratır. Bu parlama ise teleskoplarla gözlenebilir.⁴

Ancak, gözlenen olaylardaki bu yutulma süreci öylesine hızlı gerçekleşti ki, nötron yıldızındaki maddeler gelgit bozulumuna yeterince uğramadan, başka bir deyişle toplanma diskinde bir parlama yaratma şansı dahi bulamadan yutuldular. Bu yüzden bu olayı optik teleskoplarla gözlemlemek olası bile değil. Ama bu iki gök cismi birleştiğinde ortaya çıkan enerji akıl almaz büyüklükte olacağı için, bu enerjinin bir yere aktarılması gerekir. Enerjinin aktarıldığı şey ise kütleçekim dalgalarının ta kendisidir. Başka bir deyişle bu iki senaryoda, birleşmenin son anları yalnızca birkaç saniye sürmüş olsa bile ortaya çıkan enerji Güneş’in birkaç saniyedeki parlaklık enerjisinin 100 kentilyon katı kadarıydı.⁵

Ortaya çıkan enerjinin büyüklüğünü canlandırabilmek adına Güneş’in parlaklığını referans aldık ancak az önce söylediğimiz gibi ortaya herhangi bir elektromanyetik radyasyon, yani ışık yayılmadı. Bütün enerji, kütleçekimsel dalgalara dönüştü. Yani kütleçekimsel dalgalanmalar olmasaydı, elimizde bunun gerçekleştiğine dair hiçbir kanıt da olmazdı. Çok ama çok şiddetli olmasına rağmen, elektromanyetik radyasyon bakımından tamamen görünmez bir olaydan bahsediyoruz.

Astronomlar bu olaydan gelen dalgalanmaları ve uzaklığı tespit edebilmiş olsalar da, olayın gökyüzünün tam olarak neresinde olduğunu bile bilmiyorlar! Gerçekleştiği düşünülen alan, gökyüzünde 3.000 Dolunay’ın kapladığı alana kadar düşürülebildi. Ama bu alanın tam olarak hangi noktasında olduğu belirsiz. Yani bu dalgalanmalar aslında bize, kelimenin tam anlamıyla normalde görmemizin imkansız olduğu, ölü yıldızlardan kalan hayaletleri görme fırsatı tanıyor. 

Kaynaktaki enerjiler çok yüksek olsa da, her iki olayın da yaklaşık 1 milyar ışık yılı uzaklıkta olması nedeniyle bu mesafe boyunca seyahat eden kütleçekimsel dalgaların enerjisi büyük oranlarda düştü. Öyle ki bu dalgalar Dünya’ya ulaştığında, enerjileri aslında ancak bir fısıltı kadar kalmıştı. Daha çarpıcı bir örnek vermek gerekirse, eğer bu dalgaları tespit eden dedektörlerin yanında fısıltılı bir ses çıkaracak olsaydık, bu fısıltının enerjisi çok daha fazla olurdu. 

Birleşme Bilim İnsanlarına Ne Anlatıyor?

Uzaydaki yüksek kütleli cisimlerin birleşmeleri oldukça önemli, çünkü hala karadelikler ve nötron yıldızlarından meydana gelen ikili sistemlerin nasıl oluştuğunu ve nasıl evrildiğini tam anlamıyla bilmiyoruz. Dolayısıyla bilim insanları bu tür birleşmelerden gelen verileri inceleyerek bilgi boşluklarını doldurma fırsatı buluyorlar. Örneğin bu keşif sonrası astronomlar, 1 milyar ışık yılı içerisinde bu birleşmelerin kabaca her ay yaşandığını tahmin ediyorlar. 

Ayrıca her yeni kütleçekim dalga gözlemiyle, Einstein’ın kütleçekimin dalgalar halinde ve ışık hızında yayıldığını söylediği kuram bir kez daha doğrulanmış oluyor. Bir karadeliğin nötron yıldızını yuttuğu bu olayda da daha önce defalarca olduğu gibi, Einstein’ın bir kez daha haklı olduğunu görmüş olduk. 

Kemal Cihat Toprakçı

Kaynaklar ve Referanslar

1. Neutron Stars and Black Holes. https://sites.uni.edu/morgans/astro/course/Notes/section2/new10.html.
2. LIGO. LIGO-Virgo-KAGRA finds elusive mergers of black holes with neutron stars. https://www.ligo.org/detections/NSBH2020/files/pr-english.pdf.
3. Mohon, L. (2015, October 21). Tidal Disruption. NASA. https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/tidal-disruption.html.
4. Space Math NASA. Black Holes and Tidal Forces. https://spacemath.gsfc.nasa.gov/blackh/4Page33.pdf.
5. Plait, P. (2021, Haziran 29). Spacetime shakes: For the first time, astronomers see a black hole eating a neutron star. SYFY WIRE. https://www.syfy.com/syfywire/spacetime-shakes-for-the-first-time-astronomers-see-a-black-hole-eating-a-neutron-star.