İmkansızı Başarmak: İlk doğrudan karadelik gözlemi

Görsel:  Galaksi merkezindeki dev karadelik ve etrafındaki gaz ve toz bulutunu gösteren illustrasyon.  Görsel Kaynağı: NRAO/AUI/NSF

Daha önce hiçbir karadelik doğrudan gözlenmedi.  5 Nisan’da dünyanın dört bir yanındaki radyo teleskoplarının oluşturduğu teleskop ağı Olay Ufku Teleskobu (OUT), galaksimizin merkezindeki dev kara deliğe odaklanıyor.  Bilim Akademisi üyesi Feryal Özel’in başında bulunduğu uluslararası ekibin sonuçlarını heyecanla bekliyoruz.

Karadelikleri ve Olay Ufku Teleskobu’nu Sabancı Üniversitesi öğretim üyesi astrofizikçi Emrah Kalemciye sorduk:

–Karadelik nedir ve karadeliklerin var olduklarını nasıl biliyoruz?

Evrendeki karadelikler, büyük kütlelerin kendi kütleçekimi altında çökerek çok küçük bir hacme sıkışmaları sonucu ortaya çıkarlar. Bir karadeliğin büyüklüğünü olay ufku (event horizon) belirler. Karadeliklerin olay ufkundaki çekim kuvveti o kadar büyüktür ki içine giren madde veya ışık bir daha asla olay ufkundan dışarı çıkamaz.

Olay ufkundan ışık çıkmadığı için karadelikleri doğrudan “gözlemek” imkansızdır. Kara deliklerin varlığını çok yakın zamana kadar dolaylı olarak, karadeliğe doğru akan maddenin olay ufkunda kaybolmadan önce yarattığı ışımanın özelliklerini modelleyerek öngörüyorduk, ama şimdiye kadar ışımanın görüntüsüne ulaşamıyorduk.

–Karadeliklerin varlığını dolaylı olarak biliyoruz. Doğrudan gözlemlememiz neden önemli?

Çünkü astrofizikte karadelik olmayan ama karadeliğin çevresinden gelebilecek ışımaya benzer ışıma yapan başka gökcisimleri de var (nötron yıldızları, garip yıldızlar gibi). Ancak bu cisimler kütlelerine karşılık gelen olay ufkundan daha büyük olmalılar (mesela tipik olarak nötron yıldızının yarıçapı, kütlesine karşılık gelen olay ufkunun 3 katıdır).  Eğer kütlenin olay ufkundan daha küçük bir bölgeye sıkıştığını doğrudan gösterebilirsek cismin karadelik olduğunu doğrudan ispatlayabiliriz, diğer yöntemlerde, küçük de olsa, incelediğimiz cismin karadelik olmama olasılığı var.

–Karadeliklerin olay ufkunu neden bugüne kadar doğrudan gözleyemedik?

Karadelikler, gökcisimlerinin aralarındaki uzaklıklarla karşılaştırdığımızda çok küçüktürler. Gökadamızın merkezindeki 4 milyon Güneş kütleli karadeliğin olay ufku sadece 12 milyon km’dir (bunu Güneş ve Dünya arasındaki ortalama uzaklık olan 150 milyon km ile karşılaştırabilirsiniz). Dünya ile Gökada merkezi arasındaki mesafe ise 240 bin kere milyon kere milyon kilometre.

12 milyon km’lik olay ufkunu bu uzaklıktan görebilmek 1TL madeni parayı 100,000 km uzaklıktan görebilmekle eşdeğer.

–Olay ufku teleskobunu anlatır mısınız? VLBI (çok uzun tabanlı interferometri) ye neden gerek duyuluyor?

Olay ufkunu bu kadar uzaktan ayırt etmenin tek yolu çok uzun tabanlı interferometri denilen ve Dünya’nın değişik bölgelerinde birbirinden mümkün olduğunca uzak dev radyo teleskoplarının aynı anda bir gökcismine bakarken aldıkları sinyallerin bir araya getirilmesi ile oluşturulacak bir sistemle mümkün. Bu sistemin yeterince hassas olması ve bir çok teleskobun organize olarak tek bir teleskop gibi davranmasını sağlayacak teknoloji ancak yakın zamanda ortaya çıktı. Sadece teknolojik ilerleme değil, birçok bilim insanının bir amaç çerçevesinde bir araya gelmesini, ve teleskobu çalıştıran kurumların da bu oluşuma destek vermesi gerekli. Sonuç olarak böyle bir oluşum yakın zaman içinde çalışmaya başlamış ve zoru başararak ön çalışmalarında Gökada merkezindeki karadeliğin çevresinden gelen ışımayı gözleyebildi.

–Nereye bakacağız ve ne gözlemeyi öngörüyoruz?

İlk aşamada bakılan hedefler Gökada merkezlerindeki (Samanyolu ve M87) karadelikler. Samanyolu merkezindeki karadelik bize nispeten yakın olduğu için, M87’deki karadelik ise Samanyolu’ndaki karadelikten 1500 kat daha fazla kütleye sahip olduğundan gözlenmeleri de “nispeten” daha kolay. Nasıl bir ışıma göreceğimiz ise çok kapsamlı simülasyonlar sonucu ortaya çıkmış durumda. Bu simülasyonlar, karadeliğin kütlesine, dönme parametresine ve dönme eksenine bağlı olarak Einstein’in genel görelilik kuramını kullanarak karadelik etrafındaki gazdan beklenen ışıma profillerini ortaya çıkarır. Karadeliğin müthiş çekim gücü sayesinde bükülen uzay zaman, karadeliğin arkasını dahi görmemizi sağlar. Dönen bir karadelik için parlaklık olay ufkunun bir tarafına yoğunlaşabilir.

–Karadeliğin boyunu ölçmek neden önemli?

Karadeliğin boyutunu (olay ufkunun büyüklüğünü) ölçmek bize kütlesi ve dönme hızı hakkında doğrudan bilgi verir. Bu bilgiler ise karadelikler etrafında oluşan başka ilginç olayları (jet oluşumu, karadeliğe düşen yıldızlardan gelen parlamalar, karadeliklerin birleşmesi sonucu ortaya çıkabilecek parlama ve kütleçekim dalgaları) anlamamıza yardımcı olur.

–OUT (EHT) ne zaman ilk gözlemlerini yapacak? 

OUT ön gözlemlerini (az sayıda teleskop kullanarak) Gökada Merkezi ve M87 gökada merkezi karadeliği için yaptı ve önemli sonuçları (Gökada Merkezi’nde gerçekten karadelik olduğu, M87 karadeliğinin yüksek bir hızda döndüğü) yayınlandı.  Daha iyi sonuçlar için daha fazla teleskobun kullanıldığı daha uzun gözlemler gerekli.  Bu hafta altı teleskopla yapılan gözlemlerde yeterli çözünürlük ile karadelik olay ufkunun gözlenebileceği düşünülüyor.  

–Bu projedeki bilimsel işbirliğinden biraz söz edebilir misin?

Projenin başarılı olması için kuramsal fizikçiler, bilgisayar hesaplama uzmanı fizikçiler, astronomlar ve mühendislerin ortak ve ahenkli bir şekilde çalışması gereklidir. Şu an itibari ile resmi olarak 34 kurumdan bilim insanları projeye doğrudan destek oluyor.