Kara deliğin gölgesi üzerine kısaca

Ön bilgi

Bu yazıda kısaca M87’nin merkezindeki süper kütleli kara deliğin “fotoğrafı”na değineceğiz. Daha önceki yazılarımızda kara deliğin ne olduğuna ve gerçek olup olmadığına değinmiştik (bkz. "Kara delik nedir? Gerçek midir?) Özetle tekrar etmek gerekirse; kara delikler içinden (olay ufkunun ötesinden) ışığın dahi kaçamadığı Einstein’ın genel görelilik kuramının öne sürdüğü yapılardır. Kara deliklerin varlığına dair gözlemlerse şu ana kadar dolaylı yoldan oldu. Buna örnek olarak Samanyolu gökadasının merkezindeki yıldızların, ışık saçtığı gözlemlenemeyen bir merkezi “cisim” etrafında döndükleri gözlemlendi ve daha sonra da o “cismin” kütlesi 3.8 milyon Güneş kütlesi olarak hesaplandı. Bugünkü fizik bilgimiz dahilinde o kadar kütlenin çok küçük bir alana sıkışmasını sağlayabilecek bir madde hali bilinmediğinden o cisme kara delik adı verildi (Sagittarius A*). Geçen Çarşamba yapılan gözlemse kara deliklerin varlığına doğrudan bir kanıt niteliği taşıması açısından önemli.

Işığın kara delik tarafından bükülmesi

Gök cisimleri nasıl ki yakınlarından geçen bir maddenin yolunu saptırabiliyorsa, aslında ışığın da yolunu saptırabilir. Buna sebebiyet veren nedense, gök cisimlerinin etraflarındaki uzay-zamanı bükmeleridir. Buna örnek olarak aşağıdaki görsele (NASA) bakabiliriz.

Burada sağ üstteki galaksiden çıkan ışınlar Dünya ile o gökada arasındaki bir yapıdan odaklanarak Dünya’ya ulaşıyor. Dünya’dan baktığımızdaysa aynı gökadanın sanki birden fazla yerde göründüğüne dair bir izlenim elde ediyoruz. Öte yandan şu fotoğraf (NASA) da çok meşhurdur ve kendisine “Einstein Haçı” adı verilir.

Bu fotoğrafta ortada bir gökada bulunur (400 milyon ışık yılı ötede). Ve etraftaki dört parlak nokta ise aynı kuasara aittir (8 milyar ışık yılı ötede). Bu kısmı özetlemek gerekirse, tıpkı diğer gökcisimleri gibi kara delikler de etraflarındaki uzay-zamanı büktükleri için kendilerine yakın bir noktadan (olay ufku dışında) geçen ışık ışınlarını da bükerler.

Kara deliğin gölgesi

Şimdi gelelim yazımızın odak noktasını oluşturacak fotoğrafa. Yazıya devam etmeden önce son haftada çok yerde gördüğümüz, zaman zaman şakalara konu olan kara deliğin gölgesinin görüldüğü o fotoğrafa bir kez daha bakalım.

Şekil 1 M87 süperkütleli kara deliğinin gölgesi. Credit: EHT Collaboration

Burada parlak ışık halesinin yanında sol-üst ve sağ-alt kısımda daha az parlak iki kısım daha gözümüze çarpıyor. Ortada ise parlaklığın içinde bir “gölge.” Bu gölgenin oluşum sebebiyse kara deliğin olay ufku. Çünki kara deliğin arkasından kara deliğin olay ufkuna doğru gelen ışıklar kara deliğin içinde hapsoluyor ve bize ulaşamıyor. Öte yandan kara deliğin arkasından gelen ve olay ufkunu deyim yerindeyse sıyıran ışınlarsa kara deliğin önünden görülebiliyor. Yani kara deliğe önünden bakarsanız, arkasının bir kısmını görebilirsiniz! Not olarak belirtmek gerekirse bu nötron yıldızları için de geçerli olan bir cümle.

Bu kara delik bir süper kütleli kara delik ve kütlesi 6.5 milyar Güneş kütlesi civarında ve Messier 87 (kısaca M87) gökadasının merkezinde bulunuyor. Bu bizim gökadamızın merkezindeki Sagittarius A*’dan neredeyse 2000 kat daha kütleli bir kara delik. Kısaca: devasa.

Görüntülenen kara delik Yıldızlararası (Interstellar) filmini seyredenler için pek yabancı değil. Çünki oradaki kara delik ve etrafındaki disk de saatler süren bir yüksek hesaplama gücüyle elde edildi.

Bu bir fotoğraf mı?

Bu görüntü çoğu kimsenin düşündüğü üzere bir fotoğraf değil. Olay Ufku Teleskobu (kısaca OUT), Dünya üzerinde tek bir radyo teleskoptan oluşmuyor. Aynı anda 8 radyo teleskoptan veri alınıyor ve bunlar hassas atom saatleriyle senkronize oluyor. Her bir teleskop günde yaklaşık 350 terabyte’lık enformasyon kaydediyor. Yani saat başı ortalama bir bilgisayar sabit sürücüsünden çok daha fazla veri alıyor. Toplamda da petabyte’larla ölçülen bir datadan bahsediyoruz (Bir petabyte tanım göre 1000 ya da 1024 terabyte’a denktir.) Daha sonra bu veriler 2 adet süperbilgisayara gönderilerek kara deliğin gölgesinin resmi özel algoritmalar tarafından oluşturuldu. Kara deliğin gölgesi farklı zamanlarda yapılan gözlemlerde de görünür olduğunu da söylemek gerekiyor.

Zamanlama

İzafiyet kuramı Einstein tarafından ortaya atıldığından ilk testi 1919 yılındaki Güneş tutulmasında Güneşin arkasındaki yıldızdan gelen ışığın bükülmesi ile doğrulandı. Bundan tam 100 sene sonrasında kara deliğin ilk “fotoğraf”ının çekilip izafiyet kuramının birkez daha doğrulanması zamanlama açısından çok hoş bir tesadüfe sebebiyet verdi.

İleri okuma