Süper Kütleli Kara Delikler Nasıl Oluştu?

Bu müthiş hikâyeye kara deliklerden bahsederek başlayalım.

Çoğu kara delik, ölmekte olan yıldızların yakıtlarının bitimiyle birlikte, kabuktan patlamayla (süpernova), daha sonra çekirdeğin kütle çekimine daha fazla dayanamamasıyla içe çöküşü sonucu oluşur. Etraflarındaki uzay-zamanı bükerler ve muazzam çekim güçlerine karşı koyabilen neredeyse hiçbir madde yoktur. 

Peki, her yıldız ömrünün sonunda kara delik olabilir mi? Veya kara delik olabilmesi için cismin yıldız olması yeterli midir?

Her yıldız kara deliğe dönüşemez. Bir yıldızın kara deliğe dönüşebilmesi için, ömrünün başında en az 18 Güneş kütlesine sahip olmaldır ve yakıtını bitirip de sona ulaştığında geriye kalan kütlesi en az 3 Güneş kütlesine denk gelmelidir. Elbette bu sayılar kesin sayılar değil ve kara deliğin çeşitli özelliklerine göre (örneğin kendi etrafında dönen bir kara delik olup olmadığına göre) değişebiliyor.

The Register

Kara deliklerin çevresinde gazlar ve yıldızlar çevrilidir ve kara delikler bunların hepsini tüketir. Toplanma diskine eklenen maddeler, kara deliğin etrafında ışık hızına yakın bir hızda dönmeye başlar. Büyük kütleli kara deliklerin %1'inin çevresinde toplama diski (akresyon diski) oluşur, toplama diski olan arka deliklerin %10'da da jetler oluşur. Bu jetler dönen kara deliğin kuzey ve güney ekseninden uzaya geri kaçan parçacıklardır. henüz bu jetlerin niye oluştuğu anlaşılmasa da, toplama diskinde ışık hızına yakın hızlarda dönen yüklü parçacıkların oluşturduğu manyetik alanın esas neden olduğu kabul görmektedir.... Yani kara delik sürekli bir şekilde etrafındaki her şeyi tüketemez. Bir nevi, tükettikleri kontrol altındadır. Ve püskürtülen maddeler, evrene geri salınmış olur.

Bununla birlikte söylememiz gerekir ki; kütlelerinin büyüklüğüne göre farklı kara delikler vardır ve kütlelerini tükettikleri maddeler ile artırabilecekleri teoride doğrudur. Ve bazı kara delikler o kadar fazla kütleye sahiptirler ki bu kadar kütleye sahip olabilmeleri için evrendeki yıldızların %20'sini tüketmiş olmaları gerekir - ki Evren'in yaşı bunun için yeterli değil. Kısacası Evren'in oluşumundan itibaren bir kara deliğin bu kadar büyük bir tüketimi gerçekleştirebilmesi için yeterli zaman yoktur. Bu muazzam büyük kara deliklere Süper Kütleli Kara Delikler denir.

Süper büyük kara deliklerin oluşumu için -teoride geçerli olan- tüketimle kütle artırımı geçerli değil gibi görünüyor. O zaman akıllara kayda değer şu soru geliyor: Süper Kütleli Kara Delikler nasıl bu kadar büyüdüler?

Süper Kütleli Kara Delikler Nasıl Bu Kadar Büyüdüler?

Evrende gözlem için ne kadar uzağa bakarsak zamanda o kadar geriyi görmüş oluruz. Adeta zamanda yolculuk yapmak gibi! Bu gerçeği, Süper Kütleli Kara Deliklerin nasıl bu kadar büyüdüklerine dair merakımızı gidermek için kullanalım. 

Astronomlar, astrofizikçiler ve bu soruya meraklı diğer bilim insanları, sorunun cevabı için Evren'de en uzağa, olabildiğince erken evrene bakmayı düşündüler. Böylece oluşan kara deliklerin nasıl büyüdüklerine ilişkin bir ipucu bulabileceklerini tahmin ettiler. İyi ki de ettiler! Görmeyi umdukları; oluşan normal kütleli kara delikler idi, böylece zaman içerisinde nasıl büyüdüklerine ilişkin yorumlar yapılabilecekti. Fakat erken evrende gördükleri şey, süper büyük kara delikler oldu.

Research Features

Erken evren, yani Büyük Patlama'dan kısa sayılabilecek bir süre sonra evrenimiz, şu ankinden çok daha yoğun, çok daha sıcaktır ve maddeler arasındaki mesafe daha azdır. Erken evrendeki Hidrojen ve Helyum gaz bulutları bir araya gelerek büyük bir kütle çekimi meydana getirdiler. Ve böylece daha fazla gazı kendilerine çektiler. Bu birliktelikle gaz topları öylesine yoğunlaştı ki, içe çöküp bir nükleer füzyonu başlattı. Böylece elimizde Populasyon-3 dediğimiz ilk yıldızlar oluştu.

Bu yıldızların oluşumları sırasında etraflarında çok fazla materyal vardı ve bunun sonucu olarak günümüzde var olan yıldızlardan kat be kat büyüktüler. Bununla birlikte bu genç yıldızlar günümüzde bildiğimiz yıldızların aksine daha kısa ömürlüydüler. Ve ömürlerinin sonunda arkalarında muazzam büyüklükte kara delikler bıraktılar. Bu devasa kara deliklerin çevrelerinde tüketecekleri çok fazla materyal vardı ve bu onları evrenin en parlak cisimleri yaptı. Bu en uzaktaki, en parlak objelere kuasar diyoruz.

Bu kara deliklerin bazılarının milyonlarca, hatta milyarlarca güneş kütlesine eşit kütleye sahip olabildiğini biliyoruz. Fakat evrenin oluşumundan sonraki 1 milyar yıllık bir zaman bu kadar büyük kütlenin oluşması için yeterli midir? Yeterli olmaması sorunun cevabının hala net olmadığı anlamına geliyor: Bu kadar kısa sürede, bu kadar devasa kütlelere sahip kara delikler nasıl oluşabiliyor? 

Süre Yeterli miydi?

Şimdi kısa bir süre için erken evrene geri dönelim: Yoğun gaz bulutları, fazlaca materyal, daha fazla sıcaklık ve de maddeler arası mesafenin daha az olduğunu söyledik. Bu yoğun gaz bulutlarının varlığıyla birlikte şunu düşünebilir miyiz: Belki de bu gaz bulutları, yıldız olma evresini atlayıp, doğruca kara delik olmuşlardır?

Aslında teoride bu tartışıldı ve Doğrudan Çöküş denilen bir süreç düşünüldü. Yani bizim gaz bulutları yıldız olmadan önce kara delik olabilmeyi başarmış olabilirler miydi? 

Doğrudan Çöküş olası bir teoriydi; fakat bunun için belli şartlar var: Öncelikle gaz bulutu, homojen ve kusursuz bir küre formunda olmakla birlikte bu devasa halkanın bir arada kalabileceği kadar sıcak da olmalı ve ardından soğuyarak kendi içine çökmeli.

SciTech Europa

Ama Doğrudan Çöküş bizim daha büyük daha obur, 12 milyar güneş kütleli kara deliklerimizi açıklayamıyordu. Başka bir şey olmalıydı! Biraz daha hayal gücü, sınırları biraz daha zorlama...

Karanlık Madde!

Tam da bu noktada bilim insanlarının aklına karanlık madde geldi. Bildiğiniz gibi, karanlık maddeyi göremesek de etkisini hissedebiliyoruz, ama hakkında yeteri kadar şey bilmiyoruz. Ama bildiğimiz müthiş bir şey var ki; karanlık maddenin çok büyük bir kütle çekimi etkisi olduğu...

Karanlık maddenin süper kütleli kara deliklerin oluşumuyla ilgili etkisini düşünürken, iki farklı ihtimal düşünebiliriz.

Ya kara delik karanlık madde ile besleniyordu. Yani evrende karanlık maddenin miktarının bildiğimiz madde miktarından daha fazla olduğunu ve de karanlık maddenin çok büyük kütle çekimine sahip olduğunu biliyoruz. Kara delik karanlık madde ile beslenerek hem madde miktarını hem de yeme hızını artırmış oldu.

Ya da karanlık madde, erken evrende "süper yıldızları" veya "karanlık yıldızları" oluşturdu ve bunlardan geriye süper büyük kara delikler kaldı. 

Bir diğer ihtimal ise iki kara deliğin çarpışması. Bunu güzel bir örnekle ifade edelim: 200 milyon ışık yılı uzaklıktaki izole bir galaksi. Çevresinde pek bir şey yok, merkezinde 17 milyar güneş büyüklüğünde bir kara deliği var. Bu kara delikler normal gözlemlerde çevresinde birçok galaksinin bulunduğu, galaksice zengin yerlerde gözlemlenir. Fakat gözlemlenen galaksi çevresiyle uyumlu değil, çevresinde pek bir şey olmayan bir kara delik nasıl bu kadar büyüyebildi, nasıl oluştu? 

Belki çevresinde bir şey olmamasının sebebi kendisidir, her şeyi tüketmiştir. Ya da iki kara delik yakınlaşmıştır ve biri diğerini yutmuştur! Kara deliklerin birbirlerini tükettikleri hiç görülmemişti. 

NASA

Kütleçekim Dalgaları

Bu teorinin muazzam bir destekçisi vardı:

İki kara deliğin çarpışması sonucu etrafa müthiş kütleçekim dalgaları yayılır. Bu çarpışma o kadar güçlüdür ki, Büyük Patlama'dan sonra en güçlü patlamalar meydana gelir. İşte bunlardan yola çıkarak 2015 yılının Ekim ayında LIGO deneyi gerçekleştirildi. Deneyin amacı, iki kara delik çarpışmışsa eğer meydana gelen patlama sonrası yayılan kütle çekim dalgalarını tespit etmekti. Ve deney unutulmaz amacına ulaştı! 26 ve 36 milyar güneş kütleli iki kara deliğin çarpışması sonrası evrende yayılmaya başlayan kütle çekim dalgaları kaydedildi! 

İki kara delik önce karşılaştı, kütle çekimiyle yakınlaştı ve birbirlerinin etrafında dönmeye başladı, dönme hızı arttı ve büyük olan daha küçük olanı "yuttu"! 

İki kara deliğin birleşmesi sonucu belli bir miktar kayıp meydana gelir. Örneğin, güneşte saniyede binlerce kez Hidrojen bombaları patlıyor ve oluşumundan bu yana bu patlamalar kütlesinde belli bir miktar kayba neden oluyor. Bizim 26 ve 36 milyar güneş kütleli kara deliklerimizin çarpışması sonucu ise yaklaşık 3 güneş kütlesi kaybı oldu.

Süper kütleli kara deliklerin oluşumu için birkaç teorimiz var bu doğru ama net ve tek bir teori aramak ne kadar doğru? Belki de cevap bunlardan biri, belki ikisi veya hepsi birdendir. Veya hiçbiri, belki de cevabı hala bulamadık!