Kara delikler evrende en çok merak edilen, gizemli gök cisimleri... Yüksek kütleli yıldızların ömürlerinin sonunda oluşan bu gök cisimleri, aslında evrende düşündüğümüzden çok daha fazla sayıda yer alıyor ve her an bir yenisi daha doğuyor. Peki bizim galaksimizdeki kara deliklerin sayısı ne kadar fazla ve onları tespit edebiliyor muyuz?

Galaksimizdeki kara delik sayısını tam olarak bilmiyoruz ama elimizdeki bilgileri kullanarak tahmin yürütebiliriz. Yıldızsal kara delikler, en az 3 güneş kütlesinden daha yüksek kütleye sahip bir yıldızın ömrünün sonunda çökmesi sonucu oluşuyor. Buna kıyasla milyonlarca kat daha büyük olan süperkütleli kara delikler ise görece küçük kara deliklerin birleşmeleri sonucu oluşuyor. Elimizde hangi tür yıldızların kara delik oluşturabileceği ve zaman içerisinde ne kadar yıldızın doğduğu hakkında bilgiler olduğu için tahminimizi buna göre yapabiliriz.

Samanyolu'ndaki Kara Delik Sayısı

Samanyolu Galaksisinde yaklaşık 100 milyar yıldız bulunuyor.¹ Bu yıldızlardan her bin tanesinden birinin karadelik olmak için yeterince yüksek kütleye sahip olduğunu biliyoruz. Bu durumda sadece Samanyolu Galaksisinde 100 milyon kara delik bulunduğu sonucuna ulaşıyoruz.² Dahası, bu sayının 1 milyara kadar artırılabileceği de tahmin ediliyor!

Ancak bu şekilde tahmin yapmak tek başına yeterli değil. Çünkü bilim, varsayım ya da tahminlerle yetinmez; tahminleri kanıtlarla temellendirmemiz gerekir. Astronomide de kanıt elde etmek için gözlem yapmak, en önemli araçlardan bir tanesidir. Bu yüzden aslında ciddi bir sorunumuz var; kara delikleri “göremiyoruz.” Çünkü kütleçekimleri o kadar fazla ki, evrenin hız limitinde hareket eden ışık bile bu gök cisimlerinden kaçıp kurtulamıyor ve bu da onları “kara” yapıyor.

Kara Delikler Nasıl Keşfediliyor?

Kara deliklerin doğası, onları tespit etmeyi oldukça zor bir hâle getirse de astronomlar çeşitli keşif teknikleri kullanabiliyor. Kara deliklerin toplanma diskinde dönmekte olan gazlar, manyetik enerji alanı oluştururlar. Toplanma diskindeki enerji, termal enerjiye dönüşerek gazların milyonlarca derecelik sıcaklıklara ulaşmasını sağlar ve sonuç olarak X ışınları yayılmaya başlar.³ Astronomlar, bu ışımaları uzay teleskoplarını kullanarak analiz edebilir ve konumu çıkarsayabilirler. Bu senaryo, sık sık kara deliğin başka bir yıldızdan madde çaldığı durumda gerçekleşir. Bu noktada "Kara deliklerden ışık bile kaçamıyorken, X ışınları nasıl bunu başarıyor?" diye düşünebilirsiniz. Çünkü aslında X ışınları olay ufkundan kaçıp, bize ulaşmaz. X ışınları, toplanma diskindeki sıcak gazlarda oluşurlar. Bu sayede bu ışımaları gözlemleyebiliriz.

Bununla birlikte, birleşmekte olan kara delikler, uzay-zaman dokusunda dalgalanmalara sebep olur. Kütleçekim dalgalanmaları adı verilen bu dalgalanmalar, Dünya'daki LIGO gibi gözlemevleri sayesinde tespit edilebilir. Örneğin 2015 yılında, 1.3 milyar ışık yılı uzaklıkta birleşmekte olan iki kara delikten kaynaklanan kütleçekimsel dalgalanmayı tespit etmişti. Bu, Einstein'ın uzay-zaman hakkında oluşturduğu kuramı bir kez daha kanıtladığı için büyük bir keşifti. Ancak kütleçekim dalgalanmaları o kadar küçük düzeylerde gerçekleşir ki; en hassas ekipmanlarla bile tespitini yapmak hiç de kolay değildir.

Kütleçekimsel Merceklenme Etkisi

Uzayın dokusu, esnek bir yapıdadır; Yüksek kütleli cisimler uzayı bükerler. Işık da uzayda ilerlerken diğer her şey gibi bu bükülmelerden etkilenir. Kütle ne kadar fazlaysa, ışık da o kadar bükülür. Kara delikler de akıl almaz kütleleri nedeniyle uzayı güçlü biçimde bükerler. Bu da kara deliklerin olduğu konumlarda gözlemlenen yıldızların olağandışı bir görünüme kavuşmalarını sağlar. Yıldız daha parlak ve yayılmış görünebilir; hatta tek bir yıldızın görüntüsü birkaç taneymiş gibi algılanabilir. İşte basitçe bu etkiye astronomide kütleçekimsel merceklenme etkisi adı veriliyor.

Bizim galaksimizdeki kara deliklerin tümü, galaksimiz merkezi etrafında dönmeye devam ediyor. Aynı zamanda Güneş’le beraber diğer yıldızlar da bu merkezin etrafında dönüyor. Yani tüm bu gök cisimleri aslında birbirleriyle bağlantılı biçimde hareket ediyor. En önemli bilgi de burada: Eğer durum böyleyse yıldızlardan gelen ışık, kara delikler nedeniyle sapmaya uğrayacak ve yıldızın minik bir ileri-geri hareketi sergiliyor gibi görünmesine yol açacaktır. Yani yıldızların ışığını dikkatli biçimde analiz ederek, normal şartlarda görmemizin imkânsız olduğu karadelikleri tespit edebiliriz.⁴

Ancak tahmin edebileceğiniz üzere, bu senaryo gerçekleştiğinde yıldızın yaptığı bu ileri-geri hareketi inanılmaz düzeyde küçük olur. Bu hareketler gökyüzünde o kadar küçük bir açısal çap değerine denk geliyor ki (çok küçük bir alan kaplıyor), bunları tespit edebilmek için çok hassas ölçümler gerçekleştirebilen teleskoplara ihtiyacımız var.

En kısa sürede, en fazla karadeliği tespit edebilmek için öyle bir teleskopa ihtiyacımız var ki; bu teleskop hem gökyüzünden bakmakta olduğu alanı mümkün olduğunca geniş bir biçimde tarayabilsin; hem de taradığı alandan edindiği çözünürlük yüksek olsun. Aklınıza bu iş için şu an elimizdeki en iyi teleskop olan Hubble Uzay Teleskobu gelmiş olabilir. Ancak bu iş için Hubble Uzay Teleskobu’ndan çok daha yeni ve güçlü bir teleskoba ihtiyacımız var.

Roman Uzay Teleskobu ile Kara Delik Avcılığı

4 milyar dolarlık maliyetiyle Roman Uzay Teleskobu, 2025 yılında fırlatılması planlanan üç aynalı bir ötegezegen avcısı teleskop. Hubble’a kıyasla 100 kat daha büyük bir alanı tarayabilecek bu teleskop, kütleçekimsel merceklenme etkilerini de yüksek hassaslıkla ölçebilecek. Bu sayede ötegezegen keşifleriyle birlikte evrenin genişleme sebebinin karanlık enerjiyle bağlantısını da araştıracak.⁵

Roman Uzay Teleskobu, Hubble’ın 100 ayrı fotoğraf çekerek tarayabildiği bir alanı yalnızca tek bir fotoğraf ile tarayabiliyor. Yani Hubble’dan tam 100 kat daha büyük alan tarama gücüne sahip. Ayrıca Hubble’ın en yüksek çözünürlüklü kamerası 16 megapiksel iken, Roman Teleskobu'nda 300 megapiksellik kamera yer alıyor. Roman Uzay Teleskobu veri aktarımı konusundaki özelliğiyle de öne çıkıyor. Hubble Dünya'ya 1 günde 2.7 GB veri aktarırken, Roman Uzay Teleskobu ise günde 1.300 GB’a kadar veri aktarabilecek!

Astronomlar, Roman Uzay Teleskobu'nu kullanarak yüz milyonlarca yıldızın yer aldığı galaksinin merkezini gözlemleyecek. Bu bölgenin fotoğraflarını sürekli biçimde çekerek, yıldızların hareketlerindeki en küçük kaymalarını bile kayıt altına alacak. Bu yöntem ile Samanyolu Gökadası'nın merkezi ve Dünya arasında kalan 25.000 ışık yılı uzaklıktaki alanda binlerce kara deliği tespit edebilecek. Elbette bu alan içerisinde kara deliklerin yanı sıra henüz keşfetmediğimiz ötegezegenlerin de keşfi gerçekleşecek. Bu sayede Samanyolu Galaksisi ve evrende bulunan kara deliklerin sayısına ilişkin daha güçlü verilere erişebileceğiz.

Kemal Cihat Toprakçı

Kaynaklar ve Referanslar:

1. NASA. How Many Stars in the Milky Way? https://asd.gsfc.nasa.gov/blueshift/index.php/2015/07/22/how-many-stars-in-the-milky-way/.
2. HubbleSite: Black Holes. https://www.stsci.edu/~marel/black_holes/encyc_mod3_q7.html.
3. Jeremy (https://physics.stackexchange.com/users/775/jeremy), How can a black hole emit X-rays?, URL (version: 2011-06-02): https://physics.stackexchange.com/q/24961
4. Plait, P. (2021, April 23). Millions of lonely black holes are in our galaxy. SYFY WIRE. https://www.syfy.com/syfywire/millions-of-lonely-black-holes-are-in-our-galaxy-heres-how-well-find-some-of-them
5. NASA. Nancy Grace Roman Space Telescope. https://roman.gsfc.nasa.gov/why_Roman_Space_Telescope.html.