28 Temmuz’da Nature'da yayınlanan bir çalışma¹ tarihte ilk defa bir kara deliğin arkasından gelen ışığın gözlemlendiğini gösteriyor. X-ışını gözlemleri sonucu ortaya çıkarılan ve Einstein'ın genel görelilik kuramınıbir kez daha kanıtlayan bu çalışma, bize uzaydaki kara delik gibi yüksek kütleli gök cisimlerin doğası hakkında önemli ipuçları sunuyor.

Kara Delik Fotoğraflarında Gördüklerimiz

Öncelikle belirtmek gerekiyor ki hiçbir zaman bir kara deliği doğrudan görmemiz ya da doğrudan tespit etmemiz mümkün değil. Bunun sebebi kara deliklerin uzay-zaman dokusunda yarattığı bükülmeden ışığın bile kaçamıyor oluşu... Yani aslında 2019 yılında çekilen meşhur karadelik fotoğrafı bile teknik anlamda gerçekten bir kara deliğin fotoğrafı sayılmaz. Çünkü fotoğrafta aslında kara deliğin etrafındaki toplanma diskindeki maddeleri görebiliyoruz, kara deliğin kendisini değil.

Yukarıdaki fotoğrafta yığılma diski bize dik bir konumda yer aldığı için, diski tümüyle düz bir biçimde görebiliyoruz. Ancak bakış açımızı 90 derecelik açıyla değiştirecek olsaydık, kara delik nasıl görünürdü? Interstellar filmindeki Gargantua kara deliğini birçoğumuz biliyoruz. Eğer bir kara deliğe kuş bakışı değil, farklı bir açıdan bakıyor olsaydık Gargantua kara deliği gibi görünürdü. Çünkü bu bakış açısında yığılma diskinin bir kısmı bize göre kara deliğin arkasında kalırdı.

Ancak kara deliğin arkasındaki yığılma diskinden yayılan ışıklar, kara deliğin büktüğü uzay-zaman dokusu nedeniyle ön tarafta da görülebilirdi. Böylece karadeliğin hem ön hem de arka tarafını aynı anda görme şansı bulmuş oluyoruz. Yani eğer bir kara deliğe yakından bakıyor olsaydık kafamızın arkasını görebilirdik. Çünkü kafamızın arkasından yayılan fotonlar kara deliğin etrafında döner ve sonra önümüzde görülebilirdi. Yani kara delik fotoğraflarında aslında henüz olay ufku dediğimiz, geri dönüşün artık mümkün olmadığı bölgeye yakalanmamış ışıkları görebiliyoruz. Dolayısıyla kara delikten kaçıp kurtulan bir ışık ya da maddeden bahsetmiyoruz.

Bunun zaten böyle olması gerektiğini; yani kara deliğin arkasını görebilmemizin mümkün olduğunu teorik olarak bilsek de bugüne dek buna dair doğrudan gözlemsel bir kanıtımız yoktu. Ancak 28 Temmuz tarihinde Nature’da yayınlanan makaleyle tarihte ilk defa bir kara deliğin arkasından gelen ışığın gözlemlendiği duyuruldu. Tabi burada "ışık" derken esasen X ışınlarından bahsediyoruz ama meseleyi basitleştirmek adına görünür ışık olarak da hayal edebiliriz.

Kara Deliklerde Yığılma (Toplanma) Diski ve Yankı Haritalaması

Yıldızlararası maddeler kara delik tarafından yutulurken etrafında yığılma diski (accretion disk) adı verilen bir yapı oluşuyor.³ Bu maddelerin içerisindeki gazlar merkeze doğru yaklaştıkça, kara deliğin yüksek kütleçekim etkisi ve yoğun manyetik alanından dolayı bu gazlar sıkışıyor ve milyonlarca santigrat derecelik sıcaklıklara ulaşabiliyor. Sıcaklık bu kadar yüksek olduğunda, bu gazlar X ışını şeklinde parıldıyor. Bu kara deliğin hemen üzerindeyse atomaltı parçacıkların oluşturduğu bir korona katmanı bulunuyor. Bu katmanda sıcaklık, 1 milyar santigrat dereceye kadar yükselebiliyor ve X ışınlarından bile daha yüksek enerjilere ulaşabiliyor. İşte bu korona katmanından yayılan X ışınları -ki az önce belirttiğimiz gibi bunu ışık olarak da düşünebilirsiniz- yığılma diskindeki maddelere çarpıp yansıyor ve Dünya’ya ulaşıyor. Böylece bir karadeliğin yığılma diskinin yoğunluğu ve parlaklığı hakkında bilgi sahibi olabiliyor ve bu bilgilerle kara deliğin bize olan uzaklığı ve kütlesini ölçebiliyoruz. 

Bu tekniği okyanusların derinliğini ölçmekte kullanılan sonar cihazlarına benzetebilirsiniz. Çünkü bu cihazlar da okyanusları haritalamak için ses dalgaları gönderir, dalgalar yüksekliğe bağlı olarak yansır ve cihaza geri döner. Böylece okyanusun derinliğini ölçebilir ve okyanusun tabanındaki engebeleri bile ortaya çıkarabilirsiniz. Kara delikleri haritalamak içinse ses dalgaları yerine ışık dalgaları kullanılıyor; çünkü aslında ışık da tıpkı ses gibi yankı yapabiliyor.

Kara Deliğin Arkasından Gelen Işık Nasıl Gözlemlendi?

Kara deliklerin uzaklıklarını ölçmek ya da haritalamak için kullanılan bu yöntem aslında yeni bir yöntem değil. Çünkü bu yöntem ile bugüne dek bilim insanları 500 kadar kara deliğin uzaklığını ölçmeyi başarmıştı.⁴ Keşfin temelinde yatan mantık aynı olsa da bu defa gördüğümüz şey diğerlerinden biraz daha farklı. 

Çalışmada bahsedilen bu kara delik, bizden 800 milyon ışık yılı uzaklıkta yer alıyor. Standford Üniversitesi’nden astronom Dan Wilkins, kara delikten bir dizi X ışını parlaması tespit etti ama asıl heyecan verici olan ilk parlamalardan sonra gelen parlamaların daha soluk ve farklı renklerde oluşuydu. Çünkü korona katmanından yayılan ışıklar, kara deliğin bize göre arkasında kalan yığılma diskine çarparak yansıyor ve yeniden teleskoplara ulaşıyordu. Yani böylece teknik olarak ilk defa karadeliğin arkasından gelen ışıklar gözlemlenmiş oldu. 

Dolayısıyla geleneksel medyada bu keşfin “Einstein’in Teorisi Bir Kez Daha Kanıtlandı” şeklinde haberleştirildiğini görebilirsiniz. Elbette bu doğru; yani bu keşif daha önce defalarca olduğu gibi genel göreliliğe bir kanıt daha oluşturuyor ama çalışmanın asıl amacı Einstein’ın teorisini kanıtlamak değil. Çünkü yüksek kütleli cisimlerin etrafında ışığın nasıl davranacağını açıklayan genel göreliliğin doğru olduğuna dair en büyük gözlemsel kanıtları uzunca bir süredir kütleçekimsel merceklenme fotoğraflarında zaten görebiliyoruz.

Örneğin yukarıdaki fotoğrafta turuncu renkte gördüğümüz galaksi, çok daha uzakta mavi renkteki galaksiden gelen ışığın bükülmesine yol açıyor. Einstein’ın genel görelilik kuramına kanıt olabilecek küçük ama çok güçlü bir fotoğraf bu... Yani geçerliliği yüzlerce kez ispat edilmiş olan Görelilik kuramı artık bu türden kanıtlara muhtaç değil ve çalışmalar sadece bu amaçla yapılmıyor. Amaç, kara deliklerdeki korona katmanının neden çok yüksek sıcaklıklara ulaştığı sorusunu cevaplamak.⁵ Çünkü hala bu katmanın neden bu kadar sıcak olduğu tam anlamıyla anlaşılabilmiş değil.

Güneş’in en dış katmanı olan korona katmanı, -çekirdek hariç- Güneş’in en sıcak katmanı...⁶ 1 milyon santigrat derece ile Güneş’in yaklaşık 6.000 derecelik yüzey sıcaklığından bile çok daha sıcak olan bu katmanın neden bu kadar sıcak olduğu 70 yıldan uzun bir süredir “koronal ısınım sorunu” adı altında bilim insanlarının kafasını karıştırıyor. Konu hakkında bazı açıklamalar mevcut olsa da hala tam anlamıyla çözülebilmiş bir problem olmadığını söyleyebiliriz. Korona katmanı gizemini, kara deliklerde de sürdürmeye devam ediyor. Bu yüzden bu tür keşifler hem koronal ısınım sorununu çözmek, hem de kara deliklerin yapısını daha iyi anlamak adına çok önemli. Kara deliklerde korona katmanının gizemini çözmek için de daha fazla gözlem ve çalışma gerekiyor. Belki bu sorunun çözümü gelecekte Güneş’in en dış katmanının neden en sıcak katman olduğu sorusuna da bir cevap olarak geri dönebilir.

Sonuç

Kara deliğin arkasından gelen ışık, bir ilk olması sebebiyle büyük bir keşif olsa da kara deliklerin gizemini çözmek adına henüz önümüzde daha çok uzun bir yol var. Zaten bu çalışma da henüz sonlanmış değil; bilim insanları çalışmanın devamında yazı içerisinde ele aldığımız yankı haritalaması tekniğini kullanarak bu kara deliğin 3 boyutlu haritasını oluşturmaya çalışacaklar.

Kemal Cihat Toprakçı

Kaynaklar ve Referanslar:

1. Wilkins, D. R., Gallo, L. C., Costantini, E., Brandt, W. N., & Blandford, R. D. (2021, Haziran 28). Light bending and x-ray echoes from behind a supermassive black hole. Nature News. Alındığı Tarih: 29, 2021. Alındığı Yer: https://www.nature.com/articles/s41586-021-03667-0.
2. Castelvecchi, D. (2020, Eylül 23). The first-ever image of a black hole is now a movie. Nature News. Alındığı Tarih: 29, 2021. Alındığı Yer: https://www.nature.com/articles/d41586-020-02717-3#:~:text=It%20portrayed%20M87*%2C%20the%20supermassive,two%20nights%20in%20April%202017.
3. NASA. Accretion Powered X-ray Sources. NASA. Alındığı Tarih: 4 Ekim, 2021, Alındığı Yer: https://imagine.gsfc.nasa.gov/observatories/history/suzaku_10yr/accretion.html.
4. NASA. 'echo mapping' in faraway galaxies could measure vast cosmic distances. NASA. Alındığı Tarih: 4 Ekim, 2021, Alındığı Yer: https://www.jpl.nasa.gov/news/echo-mapping-in-faraway-galaxies-could-measure-vast-cosmic-distances.
5. University, Standford. (2021, Haziran 30). First detection of light from behind a black hole. Stanford News. Alındığı Tarih Ekim 4, 2021, Alındığı Yer: https://news.stanford.edu/2021/07/28/first-detection-light-behind-black-hole/.
6. Garner, R. (2018, Haziran 27). The curious case of the sun's hot Corona. NASA. Alındığı Tarih: Ekim 4, 2021, Alındığı Yer: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/nasa-s-parker-solar-probe-and-the-curious-case-of-the-hot-corona/.