Kara Yıldızlardan Kara Deliklere Bir Tarihçe 1

Evren, madde ve enerjinin bütünleşerek meydana getirdiği alanlardan oluşan uzay ve zaman boyutlarını içeren yerdir. Gökyüzünde şamdanlar gibi parıldayan yıldızlar, üzerinde organik yaşamın hayat bulduğu sonsuz enginlikte kaybolmuş gezegenler, milyarlarca yıldızın doğup ölürkenki ihtişamlı görüntülerine sahne olan uzak galaksiler… Hepsi evren tanımımız içerisinde yer alır. Burası uçsuz bucaksız muhteşem zenginliklerin ve olağanüstü güzelliklerin bulunduğu öylesine ahenkli, öylesine zarif ve öylesine kusursuz bir yerdir ki, bizler onun birer parçasıyız, engin sonsuzluktaki küçük ama ölümsüz birer ışıltıyız.

Evrenin zarif dokusu altında maddenin, enerjinin, hatta ve hatta ışığın dahi kaçamayacağı kozmik cisimler vardır. Bu kozmik nesneler hiç kuşkusuz kara deliklerdir. 1967 yılında, Amerikalı kuramsal fizikçi John Archibald Wheeler ( 1911-2008 ), Goddard Institute of Space Studies’de bir konuşma yaparken, bu gök cisimlerini “kara delik” olarak isimlendirdi. Günümüzde de halen bu terim geçerliliğini korumakta ve artık gayet popüler bir kelime olarak insanların dillerine dolanmış bulunmaktadır.

Her ne kadar kara delik terimi yeni sayılabilecek bir isim olsa da, tarihçesi çok eskilere kadar uzanır. Uzaydaki dipsiz kuyular olarak nitelendirebileceğimiz kara deliklerin bilim dünyasında gün yüzüne çıkışı 18.yy’a dayanır. Elbette ki bu gök cisimleri, o zamanlarda bilim dünyasında “kara yıldızlar” ya da “donmuş yıldızlar” olarak biliniyordu.

18.yüzyılda gök bilimciler ( Edmund Halley, William Herschel gibi ), giderek gelişim gösteren teleskoplarla yıldızları tarayıp bir nevi gökyüzü atlası çıkarmak için yoğun çaba içerisindeydiler. Bilim tarihi içerisinde adlarını ölümsüzleştirmek isteyen bu gök bilimciler, kendilerini yeni gezegenler, gezegen uyduları ve gezegen hareketlerinin kusursuz bir hassasiyetle ölçülmesine o kadar kaptırmışlardı ki onların nazarında yıldızlar, gizemli parıltılarıyla şairlere ilham veren birer gök cismiydi adeta. Gök bilimcilerin kayıtsız kalmayışı gayet anlaşılır bir nedenden dolayıdır zira dönemin soylu kişileri, güneş sistemine ve diğer gök cisimlerine dair yapılan ölçümler için gök bilimcilere yüklü miktarlarda fon sağlıyorlardı. Aristokratların fon sağlama durumları yeni değildi, geçmişten beri devam ediyordu, bir nevi gelenek halini aldığını söylemek mümkündü. Örneğin, 1576 yılında Danimarka Kralı II. Friedrich, çalışmalarını rahatça sürdürmesi için Tycho Brahe’ye Hven Adası’nı bağışlamıştı. Başka bir örnek olarak da Galileo Galilei gösterilebilir. 1610 yılında yazmış olduğu Yıldızların Habercisi isimli eserindeki buluşları ( Ay yüzeyi, yıldız kümeleri, Samanyolu ve Jüpiter’in dört uydusu hakkındaki tespitleri ) dolayısıyla Floransa’da saray matematikçisi olmuştu. Çoğu gök bilimciye bu durum cazip geliyordu çünkü bağışlar veya unvanlar, yaşamlarını refah içinde sürdürmelerine olanak sağlıyordu. Hal böyle olunca o çağın gök bilimcileri için başlıca gözlemler Güneş, Ay ve gezegenleri kapsıyordu.

Her çağda olduğu gibi bu çağda da dönemin yaygın inanışlarına, kalıplaşmış düşüncelerine karşı sivrilen isimler de vardı. “Kısa boylu, kavruk tenli, şişman… Çok zeki birisi ve harikulade bir felsefeci olarak saygı gören” ^[1]John Michell adlı İngiliz gök bilimci bunlardan biriydi. Dönemin yaygın inanışlarını altüst eden bu adam, akla gelen en aşırı vakayı ele alarak işe koyuldu. Newton yasalarının kudretini de arkasına alarak, kara yıldız olarak adlandırılan tuhaf cismin olası varlığını gün yüzüne çıkardı. Buna ileride değineceğiz.

Bir Anglikan papazının oğlu olan Michell, 1742’de henüz on yedi yaşındayken İngiltere, Cambridge’deki Queens Koleji’ne girdi. Mezuniyetinden sonra da yıllarca burada kalıp dersler verdi.

Michell, yıldızlar üzerine çalışma yapmadan önce bilim dünyasında deprem ve deprem oluşumları hakkında yaptığı mantıklı tahminler ve açıklamalarla tanınıyordu. 1755’teki Lizbon depremi jeologların ve coğrafyacıların yanı sıra fizik ve kimyayla uğraşan bilim insanlarının bu mesele üzerinde ciddi araştırmalar yapmalarını zorunlu kıldı. Bunlardan birisi olan Michell, Lizbon’daki depremden beş yıl sonra, 1760 yılında, depremlerin çoğunlukla volkanik bölgelerde görüldüğünü saptayarak buna yönelik şöyle mantıkî bir açıklama getirdi. Yeraltındaki sular volkanik ısıyla kaynıyor sonrasında da ortaya çıkan buhar yerin altında hapsolup genleşmek istiyordu ve böylece yeryüzünde zayıf veya güçlü birtakım sarsıntılar meydana geliyordu. Öte yandan depremleri yerkürede belirli bir hızda hareket eden dalgaların oluşturduğunu dile getirmekle kalmayıp, depremin çıkış noktasını ve deprem merkezini nasıl belirleyebileceğimiz hakkında bir öneride bulundu. Şöyle ki eğer dalgaların ne kadar sürede deprem noktasına ulaştığı bilinirse pekâlâ bu depremin asıl merkezini, yani çıkış noktasını rahatlıkla belirleyebiliriz. Günümüzde deprem hakkındaki çoğu şeyi iki asır evvel bu İngiliz bilim insanının dediği şekilde yaparak modern hale getirdik. John Michell, depremler hakkındaki fikirlerinden dolayı bilimsel literatürde sismolojinin kurucusu sayılır. Michell hakkında bir yan bilgi verdikten sonra konumuza dönelim.

John Michell’in kaleme aldığı iki makalesi özellikle dikkat çekicidir. Bunlardan ilki, 1767 yılında yayımlan makalesidir.^[2] Otuz sayfalık bu makale, dipnotlarla zenginleştirilmiş derin matematiksel işlemlerle doluydu. Makale içerisindeki dipnotlar o kadar fazlaydı ki çoğu zaman sayfanın neredeyse tamamını kaplıyordu. Mevzubahis dipnotlar Michell’in görüşlerinin temeliydi, zira o dönemin gökbilimcileri için yepyeni fikirlerle doluydu. Onun makalelerinde fazla dipnot kullanmasının başlıca nedeni, içeriğinde çığır açan bilgiler barındırmasının yanı sıra daha çok fiziksel olgulara matematiksel bir altyapı hazırlama girişiminden kaynaklanıyordu.

Gökyüzündeki yıldızları inceleyen gök bilimciler, 17.yüzyılın başından itibaren gelişen teleskopların yardımıyla daha uzak mesafeleri gözlemleme imkânı bulmuşlar fakat karşılaştıkları bir sorun kafalarını karıştırmaya başlamıştı. Sorun, yıldızlar tarandıkça birer birer açığa çıkıyordu, çünkü gökyüzünde daha fazla yıldız çiftleri görünür olmuştu. Birçok yıldızın gökyüzündeki dizilişlerine bakarak, yıldız çiftlerinin fiziken birbirlerine yakın olduklarını söyledi. O dönemin yaygın inanışına göre bu tür yıldız çiftlerinin gezegenimize olan uzaklıkları farklı farklıydı: Gökyüzünde böyle görünmeleri sadece rastlantıdan ibaretti. Diğer taraftan hâkim olan düşünceye göre çift yıldızların birbirine bağlantılı görünmelerinin nedeni olarak da, bunun basit bir göz yanılsamasından kaynaklı olmasıydı. Michell, makalesinde bazı yıldızların çift halinde var olduğunu dile getirerek bunun doğal bir şey olduğuna dikkat çekiyordu. Bunun nedeni, bu yıldız çiftlerinin hemen hepsinin kütleçekim kuvvetiyle birbirine bağlı olduğunu ileri sürdü. Ayrıca makalesinde çift yıldızların, ne kadar parlak oldukları, ağırlık hesabı ve çevre uzunlukları gibi niteliksel özellikleri hakkında da bilgiler edinilebileceğinden bahsetti.

Michell’in takdire şayan bir diğer makalesinin ismi uzun, içeriği harikuladeydi.^[3] Michell’in bu makalesini, dönemin saygın bilim insanı ve yakın dostu Henry Cavendish, Kasım ve Aralık 1783’te ve ayrıca Ocak 1784’te art arda düzenlenen toplantılarda İngiliz Kraliyet Derneği huzurunda okudu.^[4] Uzunca bir başlığa sahip bu makale,1784 yılında Kraliyet Derneği’nin Philosophical Transactions of the Royal Society of London dergisinde yayımlandı. İçerik olarak, yıldız çiftleri ile ilgili fikirlerinin kapsamlı bir halini sunan bu makale, Newtoncu bir kara delik ihtimaline dair ipucu vermiş ve Newton fiziğine uygun bir sürümünü ortaya koymuştur.

Mevzubahis olan 1784 tarihli makalede Michell, yıldızları araştırmak için gök bilimcilere bir öneride bulunuyordu: Işık hızı. Dönemin yaygın görüşüne göre ışık parçacıklardan oluşan bir yığındı. Bunun nedeni Isaac Newton’un 1665-1666 yılları arasında gerçekleştirdiği bir dizi ışık tayfı deneylerinin sonucuydu. Newton, bir ışık huzmesini belli açılara ayarlanmış iki prizmadan geçirmişti. İlk prizmadan geçen ışınlar kırılarak gökkuşağı renklerinden bir ışık bandı oluşturmuşken aynı ışık huzmesi ikinci prizmadan geçtiğinde yine beyaz renk haline geri dönmüştü. Isaac Newton, bu deneyi 44. denemesinden sonra, ışığın parçacık olduğu kanaatine varmıştı. Michell makalesinde, bir yıldızın ışığın yayılmasını engelleyecek kadar kütleçekim alanına sahip olarak büyüyüp büyüyemeyeceği sorusunu sormuştu. Newton’un deney sonuçlarını benimseyen Michell, gök bilimciler, ikili sistem içinde birbirleri etrafında yıllarca dönen iki yıldızı yakından inceleyebilirse, yıldızların kütlelerinin hesaplayabilineceğini öne sürüyordu. Yıldızların yörünge genişlikleri ve yıldız çiftlerinin birbirlerinin yörüngelerindeki dönme süreleri ölçülürse şayet, kütlelerinin de tahmin edilebilir olduğunu savunuyordu. Öte yandan bu makaledeki en önemli tespitlerinden birisi de şuydu: her bir yıldızın kütleçekim kuvveti, kendisine yakın olan diğer bir yıldızın hareketini etkiliyorsa, bu çekim aynı zamanda ışığı da etkilemelidir.^[5]

Kara delik olasılığı işte burada ortaya çıkıyor: Michell, kendi senaryosunu en aşırı sınırına taşıdı ve yıldızın kütlesinin, “bütün ışığın… Yıldızın kütleçekiminden ötürü yıldızın üstüne geri döndürecek kadar büyük olabileceğini hayal etti”; tıpkı su fıskiyesinden püsküren suyun azami yüksekliğe erişip su haznesine düşmesi gibi.^[4] Michell’in elde ettiği hesaplamalara göre, yıldız Güneş’ den 500 kat geniş ve bir o kadar da yoğunsa bu durumun meydana gelebileceğini dile getirdi. Öte yandan, günümüzde gök bilimcilerin, gökyüzündeki kara yıldızları görmek için kullanılan yöntemi de keşfeden oydu: Eğer kara yıldız, parıldayan yıldızın çevresinde dönüyorsa, parlak yıldızın hareketleri kütleçekimden dolayı gözlemsel olarak fark edilebilir bir seviyeye ulaşır.

Michell’in burada gözden kaçırdığı bir nokta vardı. Eğer, bahis mevzu cisimler kadar büyükse ve ışınları çekiyorsa, yanında dolaştığı cismin ışığını da doğal olarak kendine doğru çekecektir. Fakat Michell, makalesinde bu konuya hiç değinmemişti.

1783 yılından on üç yıl sonra, 1796’da, tamda Fransız Devrimi sırasında matematikçi ve gök bilimci Pierre-Simon Laplace da, Michell’den bağımsız olarak benzer bir çalışmada bulundu. Exposition du Systeme du Monde ( Dünya Sisteminin Açıklaması ) isimli meşhur eserinde benzer varsayımlarda bulunarak böyle yıldızların var olup olmadığı hakkında ciddi çalışmalarda bulunmuş ve konu üzerine aşırı kafa yormuştu. Laplace, bir cismin yeteri kadar ağır ve yoğun olması durumunda ışığın bile kaçacak hıza ulaşamayacağını ileri sürdü. Kendi çağında kozmolojinin el kitabı olarak bilinen eserinde, gökyüzündeki bu cisimlerden bahseder:

“Dünya’yla aynı yoğunluğa sahip, çapı Güneş’inkinden iki yüz elli kat geniş, ışık saçan bir yıldız, çekim gücünden ötürü, ışınlarının hiçbirinin bize ulaşmasına izin vermez; dolayısıyla evrende ışık saçan en muazzam cisimlerin, görünmez olması muhtemeldir." ^[4]

İlginç olan şudur ki Laplace yaptığı onca çalışmalar neticesinde kara yıldızlar hakkındaki görüşlerine kitabının sadece birinci ve ikinci baskılarında yer vermiş fakat büyük olasılıkla bu görüşlerini beğenmemiş olacak ki kitabın diğer baskılarından çıkarmıştır.

Günümüzde, Michell ve Laplace’ın tahminlerinden daha fazlasına sahibiz. Kara yıldızlar bir varsayımdı, artık daha iyi bir tanımlama ve modellemesinin yanı sıra matematiksel olarak zarifçe formüle edilmiş denklemlerine sahibiz. Gelişen teknoloji sayesinde yapılan gözlemlerle varlıklarına dair pek çok bilgi birikime sahibiz. Ve günümüzde böylesi yıldızlar kara yıldız diye değil kara delik olarak isimlendirilmektedir. Bilindiği üzere bir kara delik; büyük kütleli yıldızların kütleçekimini dengeleyecek nükleer yakıtlarının bitmesi sonucunda kendi içine çökmeye başlayarak cismin bir tekilliğe dönüşene dek büzülmesi sonucu geriye kalan aşırı derecede eğrilmiş veya delinmiş uzay-zaman bölgesidir. Olay ufkunun içinde kütleçekimi öylesine kuvvetlidir ki, her türlü maddesel oluşumun ve ışınımın delikten kaçmasına izin vermeyecek derecede güçlü boyutlara ulaşır. Kara delikler uzayda parıldayan sıradan bir yıldızın ölümü ( süpernova ) ile oluşurlar. Meydana gelen süpernova yeni yıldızların oluşumuna ön ayak olurken, ölen yıldız dış çeper denilen yapısal kısmını uzayın karanlık bölgelerine doğru püskürtür. Burada ilginç olan şudur ki yıldızın çekirdeği inanılmaz derecede bir süratle büzüşerek içe doğru çöker. Bununla doğru orantılı olarak çekirdekteki yoğunluk ve sıcaklık da hızla artar, eğer çekirdeğin kütlesi normal düzeydeyse nötron yıldızı meydana gelir ancak kütlesi yeterince büyükse çekirdeğin sonsuz yoğunlukta bir nokta olan tekilliğe dek büzüşmesini engelleyecek hiçbir kuvvet yoktur. İşte size kozmosun ücra köşesinde korkunç bir kara delik!

Elbette ki Michell’in ( ve Laplace’ın ) yol göstermesi, bilimsel olarak kara delikler hakkında bu kadar fazla bilgiye sahip olmamızda başat etkendir. Onların, yetersiz bir kütleçekim yasasıyla, kısmen hatalı bir ışık kuramıyla ( çünkü kuantum mekaniğine göre ışık hem parçacık hem de dalgadır ) çalışmaları ve ışığın uzayda yavaşlamadığını bilmemelerine rağmen ileri sürdükleri fikirler takdire şayandır. Sonuç olarak Michell’in, evreni daha iyi anlamak için gerekli düşünce ve gözleme dayanan yöntemleri kusursuz değildi. Matematik gibi akla dayalı, fiziksel doğa kanunlarıyla yasalaşmış bir düşünce sistemine de yeteri kadar sahip olduğu söylenemezdi.

Tüm bunlara rağmen Michell, bizlere yıldızlara ve kara deliklere açılan bir kapı aralamıştır. Daha sonra kara yıldızlar konusu bilimdeki yeni bir kuramla yeniden gündeme gelecekti: Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı.