Bir şey düşünün ki etki alanına giren her şeyi yutuyor. Yetmiyor atomlarına varana kadar parçalıyor. Sonra hiçbir şey olmamış gibi fırlatıp atıyor. Bazen atmadığı da olmuyor değil. Dev bir süpürge makinesi?.. Vakum?.. Büyükçe bir hortum?.. Hayır, onun adı kara delik! 

Kara delikleri şu son birkaç yılda daha çok duyar olduk. İlk kara delik resmi, solucan delikleri, Hawking’in yorumları, izafiyet teorisinin kara deliklerle ilişkisi v.s… Evet, her şeyi ama her şeyi yutuyorlar. Her türlü gök cismini, bulutsuları, ışığı… Birçoğumuz da bu kozmik cisimler hakkında çok yüzeysel bilgiye sahibiz. Çoğumuz günlük hayatın koşturmacasından bir türlü bu tarz şeylere vakit ayıramıyoruz. Ancak internette rastladığımız, haberlerde veya arkadaşlarımızdan duyduklarımızla az çok bilgi sahibi oluyoruz. Bu yazımda sizlere kozmik canavar olarak da nitelendirilen kara deliklerden bahsedeceğim.

İsim

Kara deliklerin varlığını birbirlerinden habersiz olarak çalışmalarını yürüten iki bilim insanı saptamıştır (John Michell ve Pierre Simon Lablace). 18. yüzyıllarda yapılan bu saptama aslında şöyleydi: Kaçış hızı ışıktan daha hızlı olan ve ışık etkileşimlerinden etkilenmeyen kozmik cisimlerin varlığı... Işığın kara delikçe çekilmesi olgusunda aslında tam bir güçten bahsetmeyiz. Burada ışığın (fotonların) çekim alanları vardır. Işığın çekilmesi de daha çok bu çekim alanlarındaki değişimle ilişkilidir. Burada ışık kozmik canavarın etki alanına girer. (Potansiyel kuyular) Çıkmaya çalıştığındaysa enerji konfigürasyonunu kaybeder. Bu aslında bir nevi kozmik canavarın ışığın enerjisini emmesi olayıdır. Bu durumda da kara deliğe ulaşan ışık emilir ve hiçbir tayfı yansıtılmaz. İşte “kara” kelimesi bu özellikten gelmektedir.

Işığın potansiyel kuyudan kaçamaması diğer maddeler için de geçerlidir. Şunu artık biliyoruz ki kozmik canavar içine aldığı ışığı bırakmıyor, ışık kaçamıyor. Çünkü kaçış hızının büyük olması buna el vermemektedir. Evrendeki hız büyüklüğünün üst limiti ışık olduğuna göre diğer tüm maddeler de kara delikten kaçamayacaktır. Yani hiçbir partikül türü kozmik canavarların radarından kurtulamaz. Bu özellikten dolayı da “delik” ismi verilmiştir. Böylece “kara delik” ismi türemiştir.

Tarihçe

Kavram olarak ilk başlarda Newton yasalarıyla ortaya çıkmıştır. O dönemde mevzu sadece kaçış hızıyla ilgili gök cisimleriydi. Tüm bunlar 18. yüzyıl sonlarında patlak verdi. Yani kara delik kavramı bir nevi düşünce veya fikirden ibaretti. Ancak 20. yüzyıl başlarında Albert Einstein olaya el attı. Einstein o zamanlarda genel görelilik teorisini ortaya attı. Ve bu teoriyle ışığın kütle çekimi etkisinde kızıla kayması konusunda bir takım fikirler ortaya atıldı. Bu da bu kozmik cisimlerin artık sadece hayal ürünü olmayıp bir astrolojik kavram olarak değerlendirilmesine sebep oldu. Genel görelilik teorisinden sonra Karl Schwarzschild Einstein’in alan denklemleriyle çalışmaya başladı. Çalışmaları sonucunda bu kozmik cisimlerin varlığıyla ilgili çok önemli bir çözüm ortaya çıkardı. Böylece kara deliklerin varlığına dair ilk sağlam veriler ortaya atıldı. 

Kara delik terimini öncelerde (1960’lı yıllarda) Amerikan fizikçi John Wheeler ortaya attı. İlk kara delik gözlemini ise 1971’de Uhuru uydusu yaptı. Uydu, açısını Kuğu takımyıldızına çevirmişti. Ve takımyıldızının en parlak yıldızı Cygnus X-1’de X ışınları kaynağını tespit etti. Bilim insanları burada bir kara deliğin olma ihtimalini çok yüksek görüyorlar. Kanı terim terminolojiye yerleşmeden önce farklı terimler de kullanıldı. “Schwarzschild cismi”, “kapalı yıldız” terimleri gibi.

Tanınabilirliği

Kara delikler de tıpkı diğer gök cisimleri gibidir. Ancak tabii ki de neredeyse hepsinden çok farklılar. Bu farklılığın en temeli ise güçlü çekim kuvvetleridir. Bu durum da onların doğrudan gözlemlenmesi çok güç kılmaktadır. Biz, insanoğlu, bir şey hakkında fikir edinmek istersek direkt o şeye bakarız. Bilimsel çalışmalarda hipotez kurarken de kural gereği gözlem basamağını kullanırız. Hem ayrıca onları tam istediğimiz şekilde gözlemlesek bile bunu bilim diliyle de kanıtlamamız çok zor. Çünkü deney yapmamız lazım. Bunu sadece gözlemleyerek yapamayız. Oraya ulaşmalıyız, örnek almalıyız ya da oraya araştırma ve keşif araç-gereçleri götürmeliyiz. Her şeyi hapseden bir şeye bunları uygulamak imkansız gibi. Belki kara deliklerden yayılan ışınlar veya partiküllerle bir şeyler elde ettik. Ayrıca matematiksel modelleri de bize bir şeyler verebiliyor. Tüm bunları alış fizik yasalarıyla harmanladığımızda ise ortaya pek de tatminkâr bir sonuç çıkmıyor.

Her ne kadar tatmin edici şeyler elde etmiş olmasak da hiç değilse bunun sebebini biliyoruz. Kara deliğin özelliklerini tam anlamıyla ortaya koyamamızın sebebi merkezindeki tekilliktir. Böyle bir şey ancak kuantum çekimiyle açıklanabilir. Ancak böyle bir şey henüz yoktur. Fakat yine de etrafındaki fiziksel koşullar ve olayları çok iyi bir şekilde analiz edebiliyoruz.

Parametreler ve tanımlanmaları

Bir gezegen keşfettiğimizi düşünelim ve bunu literatüre geçirelim. Bunun için gezegeni tanımlamamız lazım. Bunun için de gezegendeki parametreleri belirlememiz gerekir. Örneğin kimyasal bileşenleri, elementleri, konveksiyon, atmosfer, basınç, nem, kütle, boyut, biçim... Böyle bir sürü parametreye ihtiyacımız var. Ancak kara delikler böyle değillerdir. Diyelim ki bir gezegene değil de kozmik bir canavara denk geldik. O zaman onu tanımlamamız için sadece üç parametreye ihtiyacımız olacaktır. Yani bu kozmik cisimlerin tanımlanmaları daha basittir ki bu da onları garip kılan bir başka özelliktir. Bu üç parametre: Kütle, elektriksel yük ve açısal momentumdur.

Peki şöyle düşünebiliriz: Bunları bir gök cismi olarak kabul ediyorsak kütle, boyut ve biçim gibi parametrelerini nasıl belirleyeceğiz? İşte az önce de söylediğim üç parametreyle biz aynı zamanda diğer tüm temel parametrelere de ulaşabileceğiz. Kara deliklerin tüm diğer parametreleri (boyu, biçimi vs.) bunlarla belirlenir. Bu tanımlamayı 1967 yılında Werner Israel saçsızlık kuramıyla ortaya koymuştur.

Kara deliklerin kütle ve elektriksel yük parametrelerini klasik fizik yasalarıyla ortaya koyabiliyoruz. Ancak açısal momentumu genel görelilik kuramını kullanarak belirleyebiliriz. "Eğer ki bunların da açısal momentumlarını genel görelilikle tespit ediyorsak herhangi bir gezegeninki de mi böyle tespit ediyoruz?" diye sorabilirsiniz. Burada genel göreliliğin kullanılmasının sebebi kozmik canavarların döndükleri zaman uzay-zamanı bükmelerindendir. Ancak sıradan bir gök cismi bunu yapamaz. Haliyle de genel göreliliği kullanmamıza gerek de kalmaz.