İlk defa görüntülenen karadelik neden önemli?

Çağrı Mert Bakırcı

Geride bıraktığımız Çarşamba günü bilim insanları ilk defa bir karadeliğin doğrudan “fotoğrafını” çekmeyi başardı. Tüm Dünya’da büyük yankı uyandıran bu önemli bilimsel gelişme, akıllarda birçok soru işaretini de beraberinde getirdi. Aklınıza takılabileceğini düşündüğümüz bazı sorulara yanıtlar vermek istiyorum.

Karadeliği fotoğraflamak…

İlk olarak, “fotoğraf” kavramını birazcık temizlemekte fayda var. Normalde bir fotoğraf, bir cisimden yansıyan ışığın, ışığa duyarlı bir kâğıda veya dijital sensörlere düşürülmesi yoluyla elde edilen bir görüntüdür. Ancak her yerde paylaşılan bu görüntü, ışığın tekil bir sensör grubuna düşürülmesiyle oluşturulmadı. Dünya çevresindeki birçok radyo teleskobun günler boyunca eş zamanlı gözlem yapması sonucunda elde edilen verilerin bir bileşkesi (“kompozit”) olarak üretildi.

Bu karadeliğin fotoğrafının çekilebilmesi, Dünya’nın farklı noktalarındaki 8 radyo teleskobun bir araya getirilmesi ve ortak bir hedefe odaklanması ile mümkün oldu. Yani proje için Dünya’nın kendisi, kocaman bir teleskoba dönüştürüldü diyebiliriz! Bu radyo teleskoplar 4 kıtaya dağılmış 6 dağ üzerinde bulunan 8 gözlemevinde bulunuyor. Bu ortak teleskop projesine Olay Ufku Teleskobu (Event Horizon Telescope, EHT) adı verildi. Projenin adı, bir karadeliğin çekim gücünden kurtulmanın imkânsız olduğu mesafeye verilen olay ufku kavramından geliyor. Tek bir fotoğrafı ortaya çıkarabilmek için, söz konusu karadelikler 10 gün boyunca gözlendiler ve radyo teleskoplardan elde edilen bu veriler 2 yıl boyunca analiz edildi. Sonuçta elde edilen görüntü bir “fotoğraf” olduğu için, buna da “fotoğraf” demekte çok büyük bir sakınca yok; fakat nüansı akılda tutmakta da fayda var.

Fotoğrafta neyi görüyoruz?

Yayınlanan meşhur fotoğrafta, bizden yaklaşık 55 milyon ışık yılı uzakta bulunan Messier 87 (ya da kısaca M87) galaksisinin merkezindeki Güneş’ten kütlece 6.5 milyar kat büyük olan karadeliği ve etrafındaki birikim (akresyon) diskini görüyoruz. Fotoğraftaki karadeliğin çapı yaklaşık 1.5 ışık günü uzunlukta, yani yaklaşık 38.850.000.000 kilometre!

Ortadaki karanlık silüetin etrafındaki turuncu akresyon diski, karadeliğin yörüngesine oturan toz ve kayaların muazzam kütle çekimi etkisi altında birbirine sürtünmesi sonucu etrafa aşırı miktarda (milyarlarca dereceye varan düzeyde) ısı ve ışık saçılmasıyla oluşuyor. Bunun üzerine bir de karadeliğin arkasında kalan yıldızlardan gelen ışığın, karadeliğin kütle çekimi nedeniyle bükülen uzay-zaman düzleminde kırılması sonucu halka şeklinde odaklanmasının da etkisi ekleniyor. Bu sayede merkezdeki karadeliğin etrafında parlak bir halka oluşuyor.

Fotoğrafın tam bir “fotoğraf” olmayışının etkisi bu “turuncu” halkada daha netleşiyor: Fotoğrafı oluşturmak için gözle görünür dalga boyu değil de, radyo teleskopların topladığı radyo dalgaları kullanıldığı için, aslında elde edilen veride “renk bilgisi” bulunmuyordu. Ancak karadeliğin etrafındaki akresyon diskinin farklı kısımlarında daha az veya daha fazla ışıma olduğu tespit edildi. Araştırmacılar, bu farklı ışıma miktarlarına sarı, kırmızı ve turuncunun tonlarını atayarak görüntüye çevirdiler (sarılar, ışımanın en yüksek olduğu yerler; kırmızılar daha düşük, siyahlar ise ışımanın en düşük olduğu yerler). Gerçekte, çıplak gözle bu karadeliğe bakacak olsaydınız, akresyon diski muhtemelen kırmızı veya turuncu değil, beyaz renkte görünürdü.

Şunu anlamak önemli: Bu fotoğraf, aslında bu karadeliğin 55 milyon yıl önceki görüntüsü; çünkü teleskoplarımızın topladığı radyo dalgaları, karadelik ve etrafından 55 milyon yıl önce yola çıkan dalgalar; bunlar bize anca ulaşıyor! Bu süreçte çok şey değişmiş olabilir; ancak karadelikler kolay kolay yok olan veya değişen cisimler olmadıkları için; bugün de bu karadeliğin büyük oranda benzer olduğunu düşünebiliriz.

Bilimin Zaferi: Keşif Neden Önemli?

Bu fotoğraf, bilim insanlarının ve genel olarak bilimin öngörü gücünü bizlere bir kez daha gösteriyor. YukarıdaWJW, sıradan bir karadelik çizimini görüyoruz. Bilim insanlarının teorik beklentisi buydu. Sanatçılar da çizimleri bu beklentilere göre ürettiler.

Örneğin Interstellar filminde gösterilen Gargantua isimli karadelik, bunun güzel bir örneği. Filmde gösterilen Gargantua, bir rotasyonel (kendi etrafında dönen) bir süperkütleli karadelik. Diğer bir adı ile Kerr kara deliği. Her karadelik rotasyonel olmak zorunda değil ve buna bağlı olarak uygulanması gereken fizik tamamen değişiyor. Ancak M87’nin saat yönünde döndüğüne dair bulgular da mevcut!

Çekilen yeni fotoğrafla ilgili en kritik noktalardan birisi şu: Bugüne kadar bizim Evrim Ağacı veya BirGün üzerinden yayınladığımız yazılar da dahil, birçok astrofizik yazısında kullanılan karadelik görsellerinin tümü, bir karadeliğin teorik olarak neye benzemesi gerektiğine bağlı olarak yapılan grafik çizimlerdi. Bu hafta elde edilen ise, bir karadeliğin gerçek fotoğrafı! Yani astrofiziğin karadeliklerin neye benzemesi gerektiğine yönelik teorik altyapısı, pratik bir gerçekliğe dönüşmüş oldu.

Araştırmacıların erişebildiği çözünürlüğü şöyle izah edeyim: Ay üzerine bırakılmış bir kağıda, bu cümlenin sonundaki noktayı basacak olsak ve bunu Dünya’dan gözleyecek olsak, onu ayırt edebileceğimizden 20 kat güçlü bir çözünürlüğe eriştiler; ancak mesafe de 55 milyon ışık yılı olunca bir miktar bulanıklık kaçınılmaz oluyor. Şu anda elde edebileceğimiz en yüksek çözünürlükteki fotoğraf bile, yeterince büyütülecek olursa bulanıklaşacaktır. Burada olan da kabaca budur. Böyle düşününce, başarının baş döndürücülüğü ortada.

Bir diğer nokta, Einstein’ın Görelilik Teorisi’nin zorlu bir testi bir kez daha başarıyla geçmesi oldu. Yazıda da sözünü ettiğimiz gibi teori, bu cisimlerin olması gerektiğini söylüyordu. Şimdi, onların var olduğundan eminiz.

Bu bulguyu bu kadar önemli kılan bir diğer nedense, daha önceden asla göremeyeceğimizi düşündüğümüz bir gök cismini ilk defa görmeyi başarıyor olmamız. Karadeliklerin fotoğrafını çekebiliyor olmak, astrofiziğin yepyeni ufuklara yelken açmasını mümkün kılacak. Böylece teorilerimizi daha kolay test edecek, Evren’in doğasına dair hatalı varsayımlardan daha çabuk uzaklaşabileceğiz.

Günümüzde halen karadeliklerle ilgili bilinmeyen çok fazla detay mevcut. Örneğin bir cisim karadeliklerin içine düştüğünde ne oluyor? Evren’in oluşumunda karadelik-benzeri yapıların bir rolü olabilir mi? Elde ettiğimiz fotoğraftaki birikim diski neden düzensiz yapıda? Bu sorular, astrofizik ve astronomi bilimleri tarafından halen araştırılan aktif çalışma sahalarıdır. Bu yazının okurlarından bir veya birkaçının bu sorulardan bazılarına yanıt verdiği günleri görmek umuduyla…