Kara Delik

Kara delik “çekimsel tekillik” denilen bir noktaya konsantre olmuş bir kütleye
sahiptir. Bu kütle “kara deliğin olay ufku” denilen ve sözkonusu
tekilliği merkez alan bir küreyi oluşturur. Bu küre, kara deliğin uzayda
kapladığı yer olarak da düşünülebilir. Kütlesi Güneş’imizin kütlesine eşit olan
bir kara deliğin yarıçapı yalnızca yaklaşık 3 km’dir.

Bir “yıldızsal kara deliğin” Büyük Macellan Bulutu yönündeki
gökyüzünde simülasyon görünüşü. Kara deliğin çevresindeki, bir çemberin iki
yayı biçimindeki görünüş “çekimsel mercek etkisi” nedeniyle oluşmuştur.
Yukarıda yer alan Samanyolu bir hayli “eğrilmiş” durumdadır; öyle ki, Güney
Haçı Takımyıldızı (yukarıda, solda) gibi bazı takımyıldızların tanınması iyice
zorlaşmıştır. Kara deliğin arkasındaki HD 49359 yıldızı, yine aynı etkiyle,
çift olarak görünmektedir. Bu yıldızın ve Büyük Bulutun çift imajları kara
deliği çevreleyen, “Einstein halkası” denilen dairesel kuşak üzerinde yer
almışlardır.

Yıldızlar-arası (milyonlarca km) uzaklıklar sözkonusu olduğunda, bir kara
delik, herhangi bir kozmik cisim üzerinde, kendisiyle aynı kütleye sahip bir
kozmik cisminkinden daha fazla bir çekim kuvveti uygulamaz; yani, kara
delikleri karşı konulamaz bir kozmik “aspiratör” olarak düşünmemek gerekir.
Örneğin Güneş’in yerinde onunla aynı kütleye sahip bir kara delik bulunsaydı, Güneş
Sistemi’ndeki gezegenlerin yörüngelerinde herhangi bir değişim olmayacaktı.

Birçok kara delik türü mevcuttur. Bir yıldızın çekimsel içe (kendi üzerine)
çökmesiyle oluşan kara delik türüne “yıldızsal kara delik” denir. Bu
kara delikler galaksilerin merkezinde bulundukları takdirde birkaç milyarlık “güneş
kütlesi”ne kadar çıkabilen devasa bir kütleye sahip olabilirler ve bu durumda
“dev kara delik” (veya galaktik kara delik)^[2] adını alırlar. Kütle
bakımından kara deliklerin iki uç noktasını oluşturan bu iki tür arasında bir
de, kütlesi birkaç bin “güneş kütlesi” olan üçüncü bir türün
bulunduğu düşünülür ve bu türe “orta kara delik”ler ^[3] denilir. En
düşük kütleli kara deliklerin ise kozmos tarihinin başlangıcındaki Büyük
Patlama’da oluştukları düşünülür ve bunlara da “ilksel kara delik” ^[4]
adı verilir. Bununla birlikte ilksel kara deliklerin varlığı halihazırda
doğrulanmış değildir.

Bir kara deliği doğrudan gözlemlemek imkânsızdır. Bilindiği gibi bir
nesnenin görülebilmesi için, kendisinden ışık çıkması veya kendisine gelen
ışığı yansıtması gerekir; oysa kara delikler çok yakınından geçen ışıkları bile
yutmaktadırlar. Bununla birlikte varlığı, çevresi üzerindeki çekim icraatinden,
özellikle mikrokuasarlarda ve aktif galaksi çekirdeklerinde kara delik üzerine
düşen yakınlardaki maddenin son derece ısınmış olmasından ve güçlü bir şekilde
X ışını yaymasından anlaşılmaktadır. Böylece, gözlemler dev veya ufak
boyutlardaki bu tür cisimlerin varlığını ortaya koymaktadır. Bu gözlemlerin
kapsadığı ve genel görelilik kuramına uyan cisimler yalnızca kara deliklerdir.

Tarihçe

Kara delik kavramı ilk olarak 18. yüzyıl sonunda, Newton’un evrensel çekim
kanunu kapsamında doğmuştur denebilir. Fakat o dönemde mesele yalnızca “kaçış
hızı” ışık hızından daha büyük olmasını sağlayacak derecede kütleli cisimlerin
var olup olmadığını bilmekti. Dolayısıyla kara delik kavramı ancak 20.
yüzyıl’ın başlarında ve özellikle Albert Einstein’ın genel görelilik kuramının
ortaya atılmasıyla fantastik bir kavram olmaktan çıkmıştır. Einstein’ın
çalışmalarının yayımlanmasından kısa süre sonra, Karl Schwarzschild tarafından,
“Einstein alan denklemleri”nin merkezî bir kara deliğin varlığını içeren bir
çözümü yayımlanmıştı. ^[5] Bununla birlikte kara delikler üzerine ilk
temel çalışmalar, varlıkları hakkındaki ilk sağlam belirtilerin gözlemlerini
izleyen 1960’lı yıllara dayanır. Kara delik içeren bir cismin ilk gözlemi, ^[6][7]
1971’de Uhuru uydusu tarafından yapıldı.Uydu Kuğu takımyıldızının en parlak
yıldızı olan Cygnus X-1 çift yıldızında bir X ışınları kaynağı olduğunu
saptamıştı. Fakat “kara delik” terimi daha önceden, 1960’lı yıllarda
Amerikalı fizikçi Kip Thorne vasıtasıyla ortaya atılmıştı. Bu terimin
terminolojiye yerleşmesinden önce ise kara delikler için “Schwarzschild cismi”
ve “kapalı yıldız” terimleri kullanıldı.

Özellikler

Kara delik diğer astrofizik cisimleri gibi bir astrofizik cisimdir. Doğrudan
gözlemlenmesinin çok güç olmasıyla ve merkezî bölgesinin fizik kuramlarıyla
tatminkâr biçimde tanımlanamaz oluşuyla nitelenir. Merkezî bölgesinin
tanımlanamayışındaki en önemli etken, merkezinde bir “çekimsel
tekilliği” içeriyor olmasıdır. Bu çekimsel tekillik, ancak bir “kuantum
çekimi” kuramıyla tanımlanabilir ki, günümüzde böyle bir kuram bulunmamaktadır.
^[8] Buna karşılık, uygulanan çeşitli dolaylı yöntemler sayesinde,
yakın çevresinde hüküm süren fiziksel koşullar ve çevresi üzerindeki etkisi
mükemmel biçimde tanımlanabilmektedir.

Öte yandan kara delikler çok az sayıdaki parametrelerle tanımlanmaları
bakımından şaşkınlık verici nesnelerdir. Yaşadığımız evrendeki tanımları
yalnızca üç parametreye bağlıdır: Kütle, elektriksel yük ve açısal momentum.
Kara deliklerin tüm diğer parametreleri (boyu, biçimi vs.) bunlarla belirlenir.
Bir kıyaslama yapmak gerekirse, örneğin bir gezegenin tanımlanmasında yüzlerce
parametre sözkonusudur (kimyasal bileşim,elementlerin farklılaşması, taşınım, atmosfer
vs.) Bu yüzden 1967’den beri kara delikler yalnızca bu üç parametreyle
tanımlanırlar ki, bunu da 1967’de Werner Israel tarafından ortaya atılan
“saçsızlık kuramı”na ^[9] borçluyuz. Bu, uzun mesafeli temel
kuvvetlerinin yalnızca kütle çekim ve elektromanyetizma oluşunu da
açıklamaktadır; kara deliklerin ölçülebilir özellikleri yalnızca, bu kuvvetleri
tanımlayan parametrelerle, yani kütle, elektriksel yük ve açısal momentumla
verilir.

Bir kara deliğin kütle ve elektriksel yükle ilgili özellikleri
“klasik” (genel göreliliğin olmadığı) fiziğin uygulanabileceği olağan
özelliklerdir: Kara deliğin kütlesine oranla bir “kütleçekim alanı”
ve elektriksel yüküne oranla bir elektrik alanı vardır. Buna karşılık açısal
momentum etkisi genel görelilik kuramına özgü bir özellik taşır: Kendi ekseni
etrafında dönen kimi kozmik cisimler, yakın çevrelerindeki uzay zamanı ^[10]
da “sürüklemek” (eğmek) eğilimindedirler. “Lense-Thirring etkisi” ^[11]
denen bu fenomen şimdilik Güneş Sistemi’mizde gözlemlenmemektedir. ^[12]
Kendi ekseni etrafında “dönen karadelik” türü çevresindeki yakın uzayda bu
fenomen inanılmaz ölçülerde gerçekleşmektedir ki, bu alana “güç bölgesi”
(ergorégion) ya da “güç küresi”  adı verilmektedir.