Karadeliklerin yapısı ve çeşitleri

Yıldızların sonları içerdikleri kütlelerine göre tespit edilir. Kütlesi Güneş kütlesinin yaklaşık 15 katından aşağı olan yıldızlar yapılarında bulunan hidrojeni önce helyuma sonra da helyumun tamamını karbon ve oksijene çevirerek yakarlar. Artık yıldızın tüm enerjisi bitmiş ve yıldız beyaz cüce haline gelmiştir. Beyaz cüceler oluşurken atomlar öyle büyük kuvvetlerle sıkışır ki çekirdeğin etrafında dolanan elektronlar çekirdeklerinden ayrılırlar. Yıldız dünyamızın boyutlarına değin küçüldüğünde elektronlar uygulanan yüksek basınca karşı koyar ve yıldızın artık daha çok büzüşmesini önlerler.

Güneş kütlesinin 15 katından büyük kütleli yıldızların sonu ise uzun süren araştırmalardan sonra cevaplanabilmiştir. 1928 yılında fizik doktorasını yapmak için İngiltere'ye doğru yola çıkan Hintli bilimadamı Chandresekhar bir ay süren gemi yolculuğu süresince kamarasına kapanıp çalışarak çok ilginç bir buluş elde etti. Chandresekhar'a göre eğer bir yıldızın kütlesi. Güneş'in yaklaşık 1.5 katı ve daha fazlasıysa bu yıldız büzülmeye başladıktan sonra beyaz cüceden daha da küçülüp çok yoğun hale gelebilirdi. Ama genç araştırmacıların fikirlerini kabul ettirebilmesi zordu: nitekim Sir Eddington yıldızın bu katlar küçülmesine doğanın izin vermeyeceğini söyleyerek Chandresekhar'ın çalışmasını geri çevirmiştir. Zaman geçtikçe gene araştırmacı haklı çıkacak ve reddedilen bu çalışmasıyla bir nobel ödülü alacaktı. Aynı vıilar-da Rus fizikçi Landan da aynı konu üzerinde çalışmaktaydı. O biraz daha şanslıydı ve çalışmasını bir dergide yayınlatabildi. Amerikalı Openheinmer öğrencisiyle hazır

ladığı "sürekli kütle çekimsel büzülme "adlı makalesinde. Landau'nun eksikliklerini de düzelterek problemin üstesinden gelir. Buna göre sözü edilen kütlede bir yıldız:ömrünün sonuna gelirkenbeyaz cücelerin elektron basıncı sonucu yakamadığı karbon-oksijen zengini katmanını da tepkimeye sokabilir. Çünkü bu denli büyük kütle nedeniyle oluşan basınç yıldızın sıcaklığını 700 milyon dereceye kadar yükseltebilir.

Ard arda oluşan diğer tepkimeler sonunda; yıldız silikon ve demir zengini bir kütleye dönüşür. Artık demir merkezdeki sıcaklık ve basınç ne olursa olsun termonükleer tepkimeye giremez. Bu halde yıldızın atomundaki eksi yüklü elektronlarla artı yüklü protonlar birleşerek yüksüz nötronları oluştururlar. Oluşan bu nötronlar daha az yer kapladıklarından yıldız çok çok güçlü ışın yayan ani bir çökme evresinden geçer. Bu çökme anında yayılan enerji o kadar fazladır ki; yıldızın doğumundan o ana kadar ki yaydığı toplam enerjiye denktir. Daha sonra şiddetli bir patlama duyarız. Çünkü yıldız tümüyle parçalanmış ve süpernova olmuştur. Bu patlamadan arta kalan ise sadece nötronca zengin bir "nötron yıldızı"dır.

Oppheimer nötron yıldızının yukarıda saydığımız özellikleri üzerinde çalışırken bir an incelediği yıldızın kütlesinin Güneş kütlesine göre 2.5 katı ve fazlası olduğu durumu düşündü. Hiçbir doğa kuvveti böyle bir yıldızın basıncını dengeleyemezdi. Saniyeler içinde: elektronlar nötronlar ve protonların birbiriyle karışması sonucu yıldız daha fazla küçülüp. uzayı diğer gök cisimlerinden daha çok eğerdi. Bunun sonunda küçülme o kadar an-lamsızlaşır ki artık ortada ne nötron elektron kuark ne de madde vardır. Sadece boyutsuz bir nokta olan "tekillik"vardır orada...İşte karadelikler...

Çökme sonucu uzay-zaman eğrileri o kadar artmıştır ki. artık yıldıza ilişkin hiçbir şeyi algılayamadığımız an; yıldızın "olay ufkunun" altında kaldığını kabul ederiz. Olay ufku bizim hiçbir fiziksel incelemede bulunamadığımız uzay parçasıdır. Çünkü olay ufkundan ötesini bizim yasalarımızla açıklayamayız. Adeta başka bir evrendir orası ve orada ne olup bittiğini bilmenin bir yolu yoktur. Bir yıldızın olay ufku yıldızın çökmeden önceki kütlesiyle yakından ilişkilidir. Örneğin kütlesi. Güneş'in kütlesinin 10 katı olan bir yıldız çapı 60 km olan bir olay ufkuna sahiptir. Kütle arttıkça olay ufku da genişler.

Buraya kadar ki anlattıklarımıza bakılırsa aslında bir karadeliğin çok basit bir yapısının olduğu anlaşılır. Olay ufkuyla çevrelenmiş bir tekillik... Hepsi bu kadar! Bunun yanında karadeliğin gerçekten boş olduğunu hatırlamak gerekir. Orada ne atomların ne kayaların ne de uzaydaki gaz ve toz bulutlarının İzine rastlanmaz. Yıldızı oluşturan tüm madde; karadeliğin merkezindeki tekillik noktasında yok olmuştur. Elimizde kalan tek şey sonsuz eğilmiş uzay-zaman'dır.

Einstein önceleri her ne kadar görelilik kuramıyla uzayda çok yoğun maddelerin varolamayacağını İspatlamaya çalıştıysa da kıvrak zekasının yanıldığı bir nokta da bu olmuştu. Kuramının öngördüğü etkiler karadeliklerin yakınında inanılmaz boyutlarda artış gösterir. Örneğin kütle çekiminin yeryüzünde zamanı yavaşlattığı biliniyorken. karadeliğin olay ufkunda zaman tümüyle durmaktadır. Eğer. korkusuz bir astronotun karadeliğe doğru ilerlediğini düşünürsek: O'nun saatinin bizimkine göre yavaş çalıştığını farkederiz. Olay ufku geçildiğinde ise. zaman sonsuza değin duracak fakat astronotun bundan haberi olmayacaktır. Çünkü kendi vücut faaliyetleri de aynı oranda duracaktır Bu uzun adamının haberdar olacağı bir şey varsa; o da ışık hızıyla karadeliğin tekilliğine doğru çekildiğidir.

Günlük yaşantımızda uzayın üç boyutunda (aşağı-yukari: sağa-sola; ileri-geri hareket etme serbestliğine sahibiz ama istesek de istemesek de beşikten mezara doğru bir zaman akışımız vardır. Karadeliğin çevresindeki olay ufkunun içinde ise "zaman içinde" hareket etme özgürlüğü kazanırız ama uzay boyutlarında hareket özgürlüğümüzü yitiririz. Tekilliğe doğru çaresizce çekiliriz.

Acaba bu kozmik elektrik süpürgelerini yalnızca maddesel yoğunluk mu etkiler? Doğada sadece kütle mi onların yapısında söz sahibidir? Karadelikler. yapılarına göre üç kısımda incelenir: Maddesel elektriksel ve dönen karadelikler...

Maddesel karadelikler çevrelerindeki maddeleri yutarken herhangi bir elektrik yükü taşımazlar ve çevrelerinde dönmezler. Böylece; yüksüz durağan karadelik yalnızca tekilliği çevreleyen bir olay ufkunda oluşur. İlk denklemlerini 1916'da Alman gökbilimci K.Schwarzchild in yazdığı bu karadeliklere "Schwarzchild karadelikleri" de denir. Karadeliklerin yuttuğu maddeye oranla olay ufuklarını genişlettiklerini biliyoruz. Bu da karadeliğin daha güçlü çekini alanına sahip olmasına neden olur. Madde yuttukça güçlenen karadelik. cisimlerin niteliğine bakmadan. sonsuza değin onları geri salmaz. Ancak olay ufkunun incelenmesiyle bir karadeliğin kütlesi hakkında fikir sahibi olunabilir.

Şimdi de Schwarzchid karadeliğine bir elektron düştüğünü düşünelim. Bu durumda karadelik elektrik yüküyle yüklenir. Yüklenme arttıkça da tekilliğin çevresinde ikinci bir olay ufku oluşur. Böylece karadeliğin çevresinde zamanın durduğu iki yeri rahatlıkla gösterebiliriz. Elektrik yükü arttıkça iç olay ufku büyür maddesel (dış) olay ufku ise küçülür. İki olay ufku çakıştığı an: karadelik alabileceği en fazla elektrik yükünü almış demektir. Bu durumda daha çok elektrik yüküyle zorlarsanız olay ufkunun dağıldığı ve geriye çıplak tekilliğinin kaldığı bir karadelik elde edersiniz. Bu görüşler ilk kez 1916-18 yıllan arasında Alman H. Reissner ile Danimarkalı G- Nordstron tarafından ortaya atıldı. Bundan dolayı elektrik yüklü karadeliklere çoğu kez; "Reissner-Nordstron Karadelikleri". denir. Bunların varlığı kuramsal olarak kabul edilse de uzayda gerçekten var olmalarını bekleyemeyiz. Nedeni ise elektrik alanlarının çekim alanlarından çok çok daha baskın olması ve karadeliğin; kendini elektrik yüküyle yüklerken çevresinden gelen diğer yükler yardımıyla kısa sürede nötr hale getirilmesidir.

Gökyüzündeki hemen hemen tüm yıldızlar kendi çevrelerinde döner. Bunların dönme hızları büyüklükleri nedeniyle çok küçüktür. Ama bu yıldızlardan herhangi biri çökerek karadelik haline gelirse dönme hızı da artıverir. Böylece bu dönme hareketleri karadelikler için vazgeçilmez derecede önemli olur. Dönen bir karadelik. çevresindeki uzay-zamanı da sürükler. Bu nedenle ki böyle bir karadeliğin çevresine ışık demetleri gönderilirse; demetler tekilliğin çevresinde dönen uzay-zamanın akış yönüne göre değişik miktarlarda saparlar.

Bundan hareketle karadeliğin toplam dönme miktarı ölçülebilir. Yine Schwarzchild karadeliği tipinde karadeliğin döndüğünü düşünürsek tekilliğin çevresinde ikinci olay ufkunun oluştuğunu farkederiz. Dönen karadeliklerin uzay-zamanı sürüklemesini ve önemli özelliklerini Y. Zelandalı matematikçi P. Kerr tanımlamıştır. Dr. Kerr 1963'de bir kütleye ve dönmeye sahip karadeliği tümüyle açıklayabilen denklemleri yazmayı başarmıştır. Dönen karadeliklere kısaca"Kerr karadelikleri" de denir. Tıpkı elektrik yüklü karadeliklerde olduğu gibi bunlarda da zamanın akmadığı iki olay ufku bulunur. Deliğin dönme hızının artması: İç olay ufkunu genişletir ve dış olay ufkunu daraltır. Karadelik maksimum hızında dönmeye başladığında ise iki olay ufku çakışır. Bu limit değerden yüksek hızlar için olay ufku kaybolur ve çıplak tekillik kalır.

Dikkat edilirse elektrik yüklü karadeliklerle. dönen karadelikler arasında şaşırtıcı benzerlikler bulunur. Bunlardan en önemlisi ise her iki tipin de çift olay ufkuna sahip olmasıdır. Buna rağmen aralarında farklılıklar da bulunur. Elektrik yüklü olanlarda tekillik yalnızca bir noktadan ibaretken dönen karadelik için tekillik bir halkadır. Halka tekillik havada asılı duran bir yüzük gibidir ve karadeliğin dönme eksenine dik ekvator düzleminde yer alır.

Durağan ya da elektrik yüklü bir karadeliğin merkezine giden biri. sonsuz eğrilmiş uzay zaman tarafından parçalanır. .Buna karsın dönen bir karadelikte; tekilliğe dik (yüzüğün ortasından geçecek şekilde) yaklaşıldığında eğilmiş uzay-zamandan etkilenmeden halka tekilliğin içinden geçiverirsiniz. Ama bu geçişle çekim kuvvetinin itici olduğu "anti uzaya" girilir. Yani elemanın yere değil göğe düştüğü bir evrene !