OJ 287 isimli karadelik, 18 milyar güneş kütlesi ile şu ana kadar keşfedilmiş en büyük karadeliktir.
Eğer bu kara delik güneşimizin olduğu noktada olsaydı, olay ufku her yöne doğru 104 milyar km uzaklıkta olacaktı. Yani toplam çapı 211.7 milyar kmdir. Mesafeyi anlamak için Pluto’nun yörünge uzaklığından bahsedelim. Pluto Güneş’ten yaklaşık 3.6 milyar km uzaklıktadır.
Evet güzel bir isim oldu başlangıç için. Millet arkadaşlarla dondurma keyfi, arkadaşlarla tatil keyfi, cart keyfi curt keyfi diye resimler çekip altına yazıyor da ben neden böyle bir deneme yazmıyım dedim. Güzel de oldu hoş da oldu.
Öncelikle bu fikir iki günce önce aklıma geldi. Bir yerde garip bir soru bulup kendi feysbuk profilimde paylaşıp arkadaşlarımı etiketleyerek zorla beyin fırtınası yaptırınca aklıma geldi. Güzel sorular buldukça böyle yapıp bu kategoride paylaşmayı düşündüm. Tabi kendileri katılmaya devam ederse :)
İlk sorumuzu sordum ve devamı geldi.
Ben: Soru 1: Eğer kara delikten hiç bir şey kaçamıyorsa kuantum mekaniğine göre kütleçekim gravitonlarla iletildiğine göre gravitonlar nasıl kaçıyor?
Haydin bakalım kafa patlatabilecek var mı?
Magnetarlar süpernova patlamalarının garip süper-yoğun kalıntılarıdır. Evren’deki bilinen en güçlü mıknatıslardır — Yeryüzü’ndeki en güçlü mıknatıstan milyonlarca kez daha güçlüdür. ESO’nun Çok Büyük Teleskop’unu (VLT) kullanan bir Avrupalı gökbilimci ekibi ilk kez magnetara eşlik eden bir yıldız bulduklarını düşünüyor. Bu keşif magnetarların nasıl oluştuklarının — 35 yıllık geçmişe sahip bir bilmece — ve neden bu özel yıldızın gökbilimcilerin beklediği gibi bir karadelik olarak çökmediğinin anlaşılmasına yardımcı olabilir.
Büyük kütleli bir yıldız bir süpernova patlaması sırasında kendi kütleçekimi ile çökmeye başlar ve bir nötron yıldızı ya da karadelik haline gelir. Magnetarlar sıradışı ve ilginç bir nötron yıldızı türüdür. Tüm bu garip nesneler gibi onlar da küçücük ve olağan dışı bir yoğunluğa — bir çay kaşığı kadar nötron yıldızı maddesi yaklaşık bir milyar ton ağırlığındadır — ve oldukça güçlü manyetik alanlara sahiptirler. Kabuklarında meydana gelen dev gerilmeler sonucu yıldız depremi olarak bilinen ani düzensizlikler nedeniyle magnetar yüzeylerinden çok büyük miktarda gama ışını salınımı olur.
Hawking şu yeni kara delik teorisini ortaya attığından beri bir kara delik haberiyle kalkıyor bir kara delik haberi ile yatıyoruz (en azından benim için). Benim Hawking’in makalesini anlamaya girişiminden bir süre sonra her yerden pıtır pıtır yorumlama haberleri dökülmeye başladı (herhalde Erhan abimiz bir yorumlasın sonra biz ondan faydalanırız dediler hehe-evet az ego patlaması yapıyorum kendimce). Bunların çoğu birbirine benzese de aralarından biri dikkatimi çekti ve size bu bilgiyi yazmaya değer bir ilgi çekiciliği olduğunu farkettim. Şimdiden söyleyeyim bu hipotez teori filan olmaz bana göre ama gene de ilgi çekici. Haberin başığına baksanıza? “Kara Deliğin Küllerinden Planck Yıldızı Yükseliyor!!”
Carlo Rovelli ve Francesca Vidotto, iki teorik fizikçi yakın bir zamanda arxiv’e makalelerini koydular. Makalelerinde bildiğimiz geleneksel yıldızlardan çok farklı bir yıldızı konu almışlar ki Hawking radyasyonu sayesinde teoride mümkün gözüküyor. Makale henüz incelenmedi ama oldukça ilgin bir konu.
Size yıldızların yaşamını süpernova patlamasını ve kara delik oluşumunu anlatarak vakit harcamıyacağım zira aşırı yoğunum ve kafa dağıtmak için kendimi kitap okumaya ya da bilgisayar oyunu oynamaya vereceğim. Film de izleyebilirim bilemem. (Dün bir film izlemeye yeltendim arada kaynadı onu izlerim iyi aklıma geldi. Size de link atayım hoşunuza gider belki Link).
Araştırmacılar küçülerek kütlesini kaybederek yok olan karadeliğin ardından bir placnk yıldızının doğabileceğini iddia ediyor.
Hawking radyasyonu nedir? Olay ufkunun kenarında kuantum dalgalanması sonucu yoktan parçacık ve anti-parçacık ikilisi oluşur. Bu ikiliden anti-parçacık olay ufkuna yakalanırken parçacık uzaya fırlar. Parçacığın uzaya fırlaması ve bilgi kaçışı (kuantum tünellemeden dolayı) ateş duvarı paradoksuna vs ve Hawkingin yeni kara delik teorisine sebep olur ama konumuz o değil. Bu uzaya kaçan parçacığı biz radyasyon olarak gözlemleriz ve buna Hawking Rasyasyonu denir. Bunlar olurken tabi anti-parçacık boş durmuyor. Kara deliğe yakalandığı için karadelikteki bir tane parçacıkla etkileşime girip ikisi de yok oluyor. Bundan dolayı Hawking Radyasyonuna göre karadelik uzun bir süreçte devamlı kütle kaybedeceğinden küçülecek ve eninde sonunda yok olacaktır.
Şimdi Hawking’in yeni teorisine göre olay ufku değil görünen ufuk olduğundan kara delikteki kütleler artık tekillik dediğimiz sonsuz sıkışmaya yani küçülmeye maruz kalmayacaktır. Burada onların makalesi devreye giriyor işte. Yıldız ömürlerinin sonundayken kütleçekimi ile içeri çökerken artık planck uzunluğu dediğimiz metrenin trilyonda bir büyüklüğüne kadar küçülecek ama orada kalacaktır. Kuantum kütleçekiminin basıncı ise kütlesini etkisizleştirecektir. Bu durum yıldız için çok kısa sürse de dışarıdaki bir gözlemci için çok çok uzun sürecektir. Çünkü kara deliğin muazzam kütleçekimi uzayla beraber zamanı da kıvırdığından zaman neredeyse duracaktır karadelikte. Bundan dolayı aşırı yavaş olacak bize göre. Ve kara delik yok olduğunda yıldız ortaya çıkacak ve planck uzunluğunda olacaktır. Yaydığı 10 üzeri -14 cm büyüklüğündeki bir dalga boyu ile tespit bile edilebilir. Eğer gerçekten varlarsa gamma ışını teleskopları ile tespit edilebilirler.
İlginçmiş değil mi? Klasik yıldız kavramını siliyor.
Kara delik yok mu? Kara delik teorisi alt üst oldu. Bunun gibi şeyler dönüyordu her yerde ve gördüğüm kadarıyla Hawking’i anlayamadıklarından üstü kapalı kara deliğe giren maddelerin başka bir şekilde bizim anlayamayacağımız bir enerji formunda evrene geri veriliyor deniliyordu. Sonra da aynı şeyleri bozuk plak gibi tekrarlamışlar. Baktım onlardan iş çıkmayacak kendim dalayım dedim ve Hawking’in bu konuda yayınladığı makaleyi okuyayım direk dedim. Bir tek Kuark sitesi güzel bir çeviri ile bu işi ciddiye almış. Onların yazısına da buradan ulaşabilirsiniz. İtiraf edeyim baya zorlandım. Ads teorisi, cft simetrisi, anti-de sitter uzay zamanı, de sitter uzay zamanı (her ikisi de 5 boyutlu bir uzaydan bahsediyor ve anti olanı küçülen normal olanı genişleyen uzay), Hartle-Hawking durumu, Unruh efekti, Hawking radyasyonu, Minkowski uzayını ve buraya daha sıralayabileceğim bir çok şeyi öğrenmek zorunda kaldım. Evet. Öğrenmek zorunda kaldım(öğrenebildim mi ben bile emin değilim). Çünkü normalde bunları kolay kolay duymazsınız. Ben de duymamıştım. Zaten teorik fizikçiler için anlatıldığından bunlar için ayrı uğraşmam gerekti. Zaten bir yerden sonra artık yardım istemek zorunda kaldım. İstanbul Teknik Üniversitesi’nde Yrd. Doç. Dr. Tolga Birkandan’dan yardım istedim mail olarak. Sağolsun beni cevapsız bırakmadı büyük bir özveri ile cevapladı sorularımı. Buradan kendisine teşekkür ederim. Aynı zamanda Gökhan Atmaca’ya da diğer bilimsel sayfalardan ve ülkemizin medyasından farklı davranıp işin daha detayına Kuark sitesinde indiği için tebrik ederim. Yazıma başlayayım artık.
Konuyu baştan alalım öncelikle. Genel göreliliğe göre enerji ve kütle uzay ve zamanı kıvırır. Bu kütle veya enerji eğer belli bir noktayı geçerse uzay ve zamanı öyle bir kıvırır ki kara deliği oluşturur. Ve fizik yasalarına göre kara deliğe girdikten sonra geri dönülemez. O geri dönülemeyen noktaya olay ufku deniliyor ki bu çok önemlidir, bir küre halindedir. Kara deliğin kütlesi arttıkça bu kürenin yüzey alanı da büyümektedir. Normalde kara deliğin içinde ne olduğu bilinemez çünkü içinden dışarıya hiç bir bilgi çıkışı yoktur. Fakat kara delik olan kütle/enerji bir iz bırakır. Bir nesne kara deliğin etrafında dönerken yakalanırsa onun açısal momentumu kara deliğin angular momentumuna eklenir. Kara deliğin kütlesi ve açısal momentumu etrafındaki uzay zamana yaptığı etkilerle gözlemlenir. Bu şekilde de enerjinin korunumu ilkesi ve açısal momentum ilkesinin doğruluğu kara delikler tarafından teyit edilir. Fakat termodinamiğin ikinci yasasını ihlal etmektedir. Termodinamiğin ikinci yasasına göre tersine işlemler gerçekleşemez. Mesela siz bir bardağı düşürdünüz ve kırdınız. Kırılan parçalar geri gelip birleşemez. Entropi düzensizliği her zaman artar. Asla azalmaz. Bu yasaya göre de evren devamlı olarak entropisi artmaktadır. Fakat kara deliğe giren nesne kaybolduğu zaman onun entropisi de kaybolur ve bu yasa çiğnenmiş olur. İşte burada Stephen Hawking 1970 yılında bu konuyu çözerek entropinin olay ufkunda azalmadığını gösterdi. 1974 yılında ise spontane olarak termal radyasyon yaydığını bir quantum prosesi/işlemi yoluyla (Hawking Radyasyonu olarak bilinen işlem) uygulamalı olarak göstermiştir. (Bkz. ‘’The Quantum Mechanics of Black Holes’’, Stephen Hawking, Scientific American, January 1977). Şimdi burada bunu detaya indirelim. Aslında kara delik radyasyon yaymıyor. Olay ufkunun etrafında oluşan parçacık ve anti-parçacık çiftinden anti-parçacık kara delik tarafından yutulurken parçacık ise uzaya kaçıyor ve radyasyon olarak gözlemleniyor. Kara deliğe giren anti-parçacık olduğu için geçen süre zarfında kütle kaybediyor. Ama hawking radyasyonu ile entropi düzensizliği artıyor kuralı da sağlanmış oluyor. Bu düşünceye göre kara delik yuttuğundan daha fazla kütle kaybettiği için eninde sonunda yok olacaktır. Ve diğer bir ters düşme olayı burada oluyor. Bir kara delik yok olduğunda ona giren tüm her şey de yok olmuş oluyor. Bu da madde yok olamaz ilkesine ters düşüyor.
Bir kara deliğin illüstrasyonu.
Kara delikteki olay ufku Eisntein’in izafiyet teorisinin denklemlerinin doğal bir sonucuydu ve araştırmacılar eğer bir gözlemci olay ufkuna düşerse ne olur diye sormuştu. İlk başta gözlemci kara deliğin merkezine çekilir ve o büyük kütlenin altında ezilerek yok olur denmişti. Fakat daha sonra kuantum fiziği ile bu duruma bakıldığında olay ufkunun çok yüksek enerjili bir alan olacağını ve gözlemciyi bir çerez gibi yakacağını buldular. İşte buna ateş duvarı ismini verdiler. Bu ateş duvarı gene Hawking Radyasyonu olarak anlattığımız radyasyon olarak gözlemlenen parçacıklardan dolayı oluşuyor (aslına bakarsanız Hawking burada kendi teorisini geliştiriyor). Fakat bu ateş duvarı hem genel görelilik ile çakışıyordu hem de kuantum kütleçekimindeki CPT değişmezliğini sağlamıyordu. Genel göreliliğe göre olay ufku normal olmalıydı. Gözlemci için ayrı bir fizik kuralı işlememeliydi. CPT değişmezliği için ise Tolga beyin bana yazdığını aynen yazıyorum buraya. Kendisi gayet güzel yazmış.
CPT değişmezliği yük (charge), parite (parity) ve zaman (time) tersinmesi durumunda kuramınızın değişmeden kalması gerektiği anlamına geliyor. Kara delikleri sadece genel görelilikle incelerseniz işin içine kuantum fiziği girmez, klasik fizik yaparsınız. Kuantumu işin içine sokunca CPT değişmezliği gibi şeyleri sağlamak zorundasınız.
İşte burada da ateş duvarı bu değişmezliği sağlamıyordu.
Buraya kadar her şeyi anladık diye düşünüyorum. Şimdi sıra Hawking’i anlamak. Hawking’in makalesi hakkında yorumlamamı yapmadan önce fizikçilerin de benim gibi düşündüğü bir şeyi belirtmek isterim. Ya da ben onlar gibi düşünüyorum. Bakış açısı = ) Bazı sayfalarda da ntv’de de belirtilmiş. 30 sene boyunca böyle inanmıştık şimdi buna mı inanacağız. Öncelikle bilim din değildir. Bunlar da hipotezdir. Asla gerçek gözüyle bakmayın. Bilimsel yöntemlere ayak uydurun. Kısacası bilimi dinleştirmeyin. Hawking’in bu makalesi daha felsefi yönünü anlatan makale. Matematiksel denklemleri anlatacağı makale önümüzdeki aylarda onun tarafından yayınlanacak ve fizikçiler işte o zaman bunu irdelemeye başlayacak. Neyse .
Hawking makalesinde ilk başta bu ateş duvarı paradoksunu ele almış.
Ateş duvarı için ilk engelin gözlemcinin olay ufkunda gözlemlediği ateş duvarının aslında olmayan uzay zamanın bir fonksiyonu olan görünür ufuk dediği ikinci bir olay ufku olacağıdır. Yani olay ufkunun dışında bir de görünür ufuk var. Yeni düşüncesine göre karadelikten giren madde veya enerji yok olmuyor. Tekilliğe yani merkeze gidip sonsuz kütlenin altında ezilmiyor da. İkinci bir olay ufku olan görünür ufukun ardında kısıtla kalıyor. Fakat burası o kadar yoğun ve kaotik durumda olacaktır ki artık madde formunda kalamıyor ve enerjiye dönüşüyor. Kara delikten ise dediğine göre sadece ışık hızında olan şeyler kurtulabilir. Teoride.
İkinci olarak ise ateş duvarının olmasına mani olan şey ise CPT değişmezliğini sağlamamasıdır. Bir çok şey anlatıyor Hartle-Hawking durumu ve Unruh efekti durumu gibi ama kısaca CPT değişmezliğini sağlayamadığı için ateş duvarı yoktur.
Aynı zamanda ateş duvarı ve olay ufku Schwarzschild anti-de sitter uzayında metric ölçümlemesi yapıldığında bu ölçümlemede olay ufku ve ateş duvarı zamanı gerçek zamana göre yok olması gerekiyor. Bunu da açıklayalım. Anti de Sitter (AdS) uzayı negatif kozmolojik sabite sahip, yani daralan bir uzay. Önemi, siz (n) boyutlu AdS uzayında tamamen genel görelilik kullanarak hesap yapıp entropiyi bulursanız, aynı sonucu (n-1) boyutlu CFT kullanarak da bulabiliyorsunuz. Buna AdS/CFT karşılık gelmesi correspondence) deniliyor. Daralan uzayzaman gözlemler için ilginç değil çünkü genişleyen bir evrende yaşıyoruz gibi görünüyor.Einstein alan denklemleri (çözümü size uzayzamanın tüm özelliklerini taşıyan, metrik adında bir şey verir) yazılırken denklemin bir tarafına uzayzamanın eğrilikleri hakkındaki bilgileri, diğer tarafa da uzayzaman içindeki maddeyi betimleyen kısmı yazarsınız. Enerj-momentum tansörü maddeyi betimleyen kısım.
Tüm bu düşüncelerinin sonucunda olay ufku, ateş duvarı yoktur dolasıyla kara delik de yoktur. Ama unutmayalım ki bunlar sadece hipotez. Kara delik izafiyet teorisinin denklemleri sonucu var. Hawking’in bu yeni hipotezine göre aslında yok. Farklı bir şey var. Bu durum işin içine kuantum fiziği girdiğinde oluşuyor ki daha önce big bang anında kuantum fiziği ile izafiyet teorisinin anlaşamadığından bahsetmiştim bir yazımda. Orada da big bang anı çok küçük noktada çok büyük kütleler olduğu için her ikisinin bir arada kullanılması gerekiyor ama sonuçlarda sonsuzluk değeri çıkıyor ve bilim insanlarını deli ediyordu. Her şekilde artık fizik dünyasına ikisini birleştiren ve tamamlayan yeni bir teori gerektiği ortada. Bu benim şu ana kadar en çok zorlandığım yazı oldu. Artık şu anki halimle fizikde gelebildiğim sınır bu. Umarım ileride daha ileri gidebilirim. Keşke fizik okuyabilseymişim = )
Bu illüstrasyonu yapılmış yıldız HD 140283’ün neredeyse evren kadar yaşlı olduğunu biliyor muydunuz? Kendisi ilk nesil yıldızlardan ve demir fakiri yıldız türü olarak nitelendiriliyor. Çünkü kendisi büyük patlamadan 600 milyon yıl sonra oluşmuş ve o sırada hidrojen ve helyum dışında pek bir şey yok. Aslında bu yıldız ilk keşfedildiğinde evrenden bile yaşlı çıkıyordu ama daha detaylı testlerle öyle olmadığı anlaşıldı. Aslında bu birazda bir objenin tespitini yaparken belli bir yanılma payının olmasından kaynaklanıyor. Mesela bu yıldız ilk yıldızlardan olduğundan yaşı 14.46 ± 0.8 milyar yıl olarak tespit edili. Yani oradan 800 milyon yıl eksik ya da fazla yanılma payı var. Daha sonra ise bu hata payı daha da daraltıldı.