Kara deliklerin var olup olmadıkları yakın zaman öncesine kadar kesin değildi.
Evrendeki en tuhaf cisimlerden olan kara delikleri anlamak oldukça zor. Kara deliklerin uzay zamanda meydana getirdiği dev dalgalanmaları inceleyen ve nasıl oluştuklarını öğrenen bilim insanları, bu akıl almaz cisimler hakkında artık hiç olmadığı kadar fazla şey biliyor. Fakat insanlığın kara delikleri anlamakla geçen kısa tarihi, yol boyunca önemli dönemeçler atlatmış.
Günümüzde kara deliklerin var oldukları hemen hemen kesin olsa da, bundan sadece yarım asır önce uzmanlar o kadar da emin değilmiş. Waterloo Üniversitesinde kara delikler ve kuantum bilgi alanında çalışan fizikçi Robert Mann, 1970’lerde yüksek lisans öğrencisi olduğu esnada “profesörlerin kara deliklerden ciddi anlamda kuşku duyduklarını” belirtiyor.
Kara deliklerin varlığına yönelik ilk işaretler çok eskilere; ta 1783’e uzanıyor. İngiliz bilim insanı Reverend John Michell, o zamanlar kara deliklerin “siyah yıldızlar” olduğunu düşünmüş. Mann’in aktardığı üzere Michell, bir yıldızın çok ağır olup çekim kuvvetinden kaçmak için gereken hızın “ışık hızından daha yüksek” olması durumunda bu yıldızın neye benzeyeceğini merak etmiş.
Michell’ın bu sorusu güzel bir soru. Fakat meşhur Fransız matematikçi Pierre Simon Laplace ve diğer önde gelen düşünürler birkaç yıl sonra, 1790’lerde bilim camiasını ışığın dalga şeklinde davrandığına ve bu sebeple kütleçekimden etkilenmediğine ikna etmişler. Işıkla ilgili bu yeni görüş, Michell’in kuramının alakasız görünmesine sebep olmuş.
Fakat bu fikir, Albert Einstein’ın 1915 yılında genel görelilik kuramını ortaya sürmesinin ardından yeniden canlanmış. Söz konusu kurama göre kütlesi olan cisimler, uzay zamanı ağırlıklarına göre büküyor ve bir miktar maddenin aşırı derecede yoğunlaşıp, tekillik adı verilen sonsuz yoğunluktaki bir noktaya doğru çökmesine yol açıyor; işte burası, bir kara deliğin kalbini oluşturuyor.
İnsanlar sıklıkla kara delikleri Einstein’ın tahmin ettiğini söylese de, California Teknoloji Enstitüsünde çalışan ve X-ışınlarıyla kara deliklerin temel özelliklerini inceleyen astrofizikçi Javier Garcia bunun pek de doğru olmadığı görüşünde. “Einstein kuramı geliştirmişti” diyor Garcia. Kara deliklerin var olması için gerekli olan bu kuramda, cisimlerin kendisi tahmin edilmemişti.
Einstein, 1915 yılında Merkür’ün Güneş etrafındaki hareketini genel görelilik kuramıyla açıklamıştı. Einstein’ın kuramının bu ve diğer başarılı uygulamaları, bilim insanlarını kuramın daha derin başka ne gibi sonuçlar doğurabileceğini keşfetmeye itti.
Mann’in ifadesiyle “Alman ordusunda zorunlu askerlik hizmetini yerine getiren bir teğmen olan fakat gerçek mesleği kuramsal gökbilimcilik olan” Karl Schwarzschild, Einstein’ın kuramından bir sene geçmeden haberdar olmuştu. Schwarzschild, Einstein’ın denklemlerine bir çözüm üreten ilk kişiydi. Tekilliğin oluşabileceğini gösteren bilim insanı, çok yakına gelmesi durumunda hiçbir şeyin tekilliğin çekiminden kaçacak denli hızlı hareket edemeyeceğini de ileri sürmüştü.
Daha sonra fizikçiler Rober Oppenheimer (kendisi Manhattan projesiyle ünlü veya böyle kötü bir şöhreti var) ve Hartland Snyder, bir yıldızın Schwarzschild’in imkansız görünen cismini oluşturup oluşturamayacağını öğrenmeye çalışmışlar. Yeterince büyük bir toz küresinin olması halinde, kütleçekimin bu kütlenin çökmesine sebep olacağına ve bir tekillik meydana getireceğine kanaat getirmişler. Yaptıkları hesaplamalarla da bunu göstermişler. Fakat 2. Dünya Savaşı patlak verdiğinde, bu alandaki ilerleme 1950’lerin sonlarına kadar durmuş. Sonrasında insanlar Einstein’ın kuramlarını yeniden denemeye başlamışlar.
Bir kara deliğin ne gibi sonuçlar meydana getirebileceğini düşünen fizikçi John Wheeler, yüksek lisans öğrencilerinden Jacob Bekenstein’a bilim insanlarını 1950’lerin sonlarına kadar afallatan bir soru sormuş: “Bir kara deliğin içine sıcak çay dökseydin ne olurdu?” sorusunu.
Cevap elbette kara deliğin çayı yutması olur. Fakat sıcak çay bu noktada bir ikilem meydana getiriyor. Biraz sıcaklığı olan her şey ısı yayar. Sıcak ve soğuk cisimlerin karıştırılması ise bir değiş tokuş meydana getirir; örneğin sıcak suyla dolu bir küvete buz küpleri koyduğunuzda, buz küpleri ısınır ve su soğur.
Bir kara delik her şeyi yutuyor ve dışarı hiçbir şey yaymıyorsa, ısı yaymıyor ve sıcaklığı sıfır demektir. Sıcak maddeyi yutan ve hiç ısınmayan bir kara delik, Mann’e göre “termodinamiğe dair bildiğimiz her şeyle çelişir.”
1960’lara gelindiğinde bu cisimlere hoş bir isim verilmiş ve “kara delik” denmiş. Terim iki özelliği açıklıyor: Cisimlerin içine düşebildiği fakat hiç çıkamadığı anlamına gelen birer delik olmalarını ve tüm gözlemcilere tamamen karanlık görünmelerini.
Wheeler’in öğrencisi Bekenstein, sonrasında Stephen Hawking ile çalışarak kara deliklerin aslında enerji yaydığını keşfetmiş. Uzaydaki kuantum dalgalanmaların sebep olduğu bu ışınım, yalnızca ufak miktarda enerji yayıyor. Fakat bilim insanlarının araştırması, kara deliklerde ısı olduğunu doğrulayarak Wheeler’in on beş yıl önce sorduğu soruya kesin bir cevap sağlamış.
Mann, kara deliklere kuantum fiziğinin getirilmesiyle bir ikilemin çözüldüğünü ancak başka bir ikilemin ortaya çıktığını söylüyor. Kuantum mekaniğinde bilginin yok edilememesi gerekiyor. Bilim insanları ise günümüzde, yaydığı ufak miktardaki ışınıma bakarak kara deliğe giren bir cisim hakkında herhangi bir şey söyleyemiyor; bu bilgi kayboluyor.
“Bu sorunun nasıl çözüleceğiyle ilgili hâlâ bir fikir birliğine varılabilmiş değil” diyor Mann. Ancak bazı araştırmacılar çözüme yaklaştıklarına inanıyor.
Hawking, en başından beri kara deliklere yapışan başka bir gizemin çözülmesine yardımcı olmuştu. Schwarzschild’in 20’nci yüzyılın başında ortaya attığı kara delik çözümü, sadece ışığın kaçmasını önlemekle kalmamıştı; aynı zamanda kara deliğin merkezindeki bir deliği de içeriyordu: Tekilliği. Fakat bilim insanları, o zamanlar bunun kara deliklerin genel bir özelliği mi olduğundan yoksa Schwarzschild’in, sonrasında ise Oppenheimer ve Snyder’ın hesaplamayı seçtiği belli sistemlerin garip bir özelliği mi olduğundan emin olamamışlardı.
Hawking ve Roger Penrose, Schwarzschild’in tekillik meydana getiren çözümünün sadece imkansız derecede yuvarlak yıldızlarda görülen tek seferlik bir olay olmadığını; yeterince büyük olan herhangi bir kütlede de böyle bir şeyin meydana gelebileceğini göstermişti.
Geride bıraktığımız onlarca yılda muhtemel kara deliklere yönelik bir sürü X-ışını gözlemi yürütüldüyse de, LIGO ile tespit edilen ve ilk defa 2016 yılında duyurulan bulgulara kadar gökbilimcilerin kara deliklerin var olduklarına dair doğrudan kanıtları bulunmuyordu. Üstelik sadece bu da değil; kara delikler birbirleriyle çarpışıyor ve daha büyük kara delikler oluşturarak kütleçekim dalgaları yayıyorlardı.
Bilim insanları, bu bilgi ikilemi ve tekillikler ile ne yapacaklarını hâlâ bilmiyor. “Fakat artık kara delikleri görebiliyoruz, hatta fotoğrafını da çektik” diyor Mann.
Yeni teleskoplar, evrenin bu en karanlık cisimlerine ışık tutmaya devam edecek. Olay Ufku Teleskobu (EHT) takımı, önemli geliştirme işlemleri tamamlandığında bir kara deliğin ilk videosunu çekebilmeyi umuyor.
Yazar: Leto Sapunar/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
