Görünmeyeni Anlamak – I Kara Delikler - Sabancı Üniversitesi

people.sabanciuniv.edu

Görünmeyeni Anlamak – I Kara Delikler - Sabancı Üniversitesi

Görünmeyeni Anlamak – IKara DeliklerEmrah KalemciSabancı Üniversitesi


Kara Delik Nedir?• Einstein’in Genel Görelilik Teorisine göre karadelik, bir olay ufku (event horizon) ilesarmalanmış ve uzay zamanın içeri doğrusonsuza kadar kıvrıldığı tekilliktir.• Daha basit tanımlarsak, yüzeyinden ışığın bilekaçamadığı yüksek yerçekimine sahip nesneler.• Özelliklerinin bir kısmını anlamak için genelgöreliliğe gerek yok:– Newton dinamiği (kaçış hızı)– Özel görelilik (evrende hiç bir şey ışık hızından hızlıhareket edemez)– Işık da normal madde gibi yerçekiminden etkilenir.


• ½ mv 2 = GMm/R,Kaçış Hızıv kaçış= √2 GM/Rm = fırlatılan kütle, M = yüzeyinden atılan kütleG = Kütleçekim sabitiKaçış hızı kütlenin kareköküile artar, yarıçapın kareköküile azalır.Atılan yöne veya fırlatılancismin kütlesine bağlı değildir!Kaçış hızları tablosu:Ay : 2.4 km/sDünya: 11.2 km/sGüneş: 617.5 km/s


Kaçış hızı = ışık hızı ?• Güneş’imizi ele alalım. Kütlesini hiç değiştirmedenyarıçapını 4 kat indirirsek yüzeyinden kaçmak için gerekenhız iki katına çıkar.• Ya kütleyi sabit tutup yarıçapını 3 km ye kadar indirirsek? Ozaman kaçış hızı ışık hızı olur, yani yarıçapı bu limitten deaşağı çekersek ışık bile yüzeyden kaçamaz. Al sana karadelik!• Limit yarıçapa Schwarzschild yarıçapı denirR s= 2 GM/c 2 .• Bu yarıçap kara deliğin olay ufkunu belirler.


Kütle / yarıçapCisimKütleYarıçapSchwarzschildyarıçapıEmrah100 kg1 m1.25 10 -23 cmDünya6 x10 24 kg6400 km9 mmGüneş2 x 10 30 kg700,000 km3 kmNötron yıldızı3 x 10 30 kg15 km4.5 kmSamanyolumerkezi3 milyongüneş kütlesi-9 milyon km(60 AU)M 87 Gökadasımerkezi3 milyargüneş kütlesi-9 milyar km(60,000 AU)• Herşey kara delik olabilir, yeter ki Schwarzschildyarıçapı kadar sıkıştırılsın!!


Kara Delikler ve Çevresi• Kara delikten yeterince uzakta (>100 R s), karadeliğin çevresindeki maddenin hareketine özelbir etkisi yoktur, Newton dinamiği yeterlidir.• Kara deliğe yaklaşınca işler değişir, ancak genelgörelilik teorisi kullanılarak kara deliklerinçevresinde olan bitenleri anlayabiliriz.• Kara delikler genel anlamda basit cisimlerdir,kütle, dönme (spin) ve yük bir kara deliğitamamen tanımlamaya yeter (Kara deliklerinsaçı yoktur). Bunun bir anlamı da kara delikoluştuğu anda öncesi hakkındaki tüm bilgiler deyok olur!


Evrende kara delik var mı?• Teorik olarak mümkün gözükse de pratikte kara delikyaratmak öyle kolay bir iş değil. Mesela Dünya’nın karadelik olması için yarıçapının 9 mm, dolayısıylayoğunluğunun da 8x10 38 kg/m 3 olması gerekir!• Önce elektromenyetik kuvvetler, sonra kuvantumkuvvetler maddenin sıkışmasına engel olurlar.• Laboratuvarlarda bu kuvvetleri elde edemeyiz* amaevrende bunun yolu var: Kütleçekime bağlı çökme.*Yeni nesil hızlandırıcılarda bazı teorilere göre çok küçük kütlelimikro-karadeliklerin oluşabilmesi mümkündür.


Yıldız Evrimi• Yıldızlar enerjilerini hafif elementlerinükleer füzyon yolu ile ağır elementlereçevirerek sağlarlar, ve bu şekildemuazzam kütle çekimine karşı koyarlar.• Demir bu şekilde üretilebilen en ağırelementtir. Enerji üretemeyen yıldız söner,kendi ağırlığı altında çöker.


Yıldızların sonu• Bu çökme iki şekilde durabilir:– Hafif yıldızlar için (mesela Güneş) elektronlarbirbirine çok yaklaşınca kuvantum kuvvetleriile (beyaz cüce)– Orta ağırlıkta yıldızlar için, önce elektronlar veprotonlar birleşerek nötronları oluşturur,nötronlar birbirine yaklaşınca kuvantumkuvvetleri yıldızı bir arada tutar (nötronyıldızları)


Kara delikler!• Daha ağır yıldızları hiçbir şey tutamaz vesüpernova sonrası kara delik halinegelirler.


Nasıl bulacağız?• Yüzeyinde ışığın gelmediği tek karadelikleri bulmak imkansıza yakın olurdu.Neyse ki gökadamızdaki yıldızların çoğuçiftler halinde bulunuyor.• Yıldızlardan birisi kara delik halinegeldiğinde diğerinden madde akışı olabilir.


Kara deliğin çok yakınındakütle çekim kuvveti çokbüyük olduğundanmaddenin enerjisi artar,sürtünmeyle ısıya dönüşürve ışımaya başlar.Sıcaklık milyar dereceyeçıktığından ışıma Xışınlarında olur.Kara delik çiftleriGökada’mızı X-ışınlarındatarayarak ortaya çıkarılır.Kaynakların çoğu geçicidir,yenilerini bulmak için uzayher an taranır.


X-ışını çift yıldız sistemleri• Tüm X-ışını yayan çift yıldız sistemleri karadelik değildir. Bir kısmında nötron yıldızı dabulunabilir. Ama nötron yıldızları 3 Güneşkütlesinden daha ağır olmazlar!– M > 3 M Kara delik!– Kütlesi ölçülemiyorsa:• Yüzey ışınımı yok +• Periyodik ışınım yok +• Nötron yıldızlarına özgü patlamalar yok +• Gama/radyo ışınımı var → kara delik adayı!


Gökadamızda bilinen kara delikler18 kütlesi bilinenkara delik,25 kütlesibilinmeyenkara delik adayıvar.


Dev kara delikler• Güneş kütleli kara delikler dışında bir demilyonlarca, hatta milyarlarca güneş kütlelikara delikler de, gene kütle çekimine bağlıçökme ile gökada merkezlerindeoluşuyorlar.• Şu anki teoriler tüm gökada merkezlerindedev kara delikler olduğunu destekliyor.Samanyolu'nda da var!


Samanyolu'nun merkeziKızılötesi ile yapılangözlemler sonucuGökada merkezindekiyıldızların 3 MilyonGüneş kütleli tek birmerkez etrafındadöndüğü biliniyor!Radyo gözlemleri sonucuo merkezin küçük olmasıgerektiği biliniyor:KARA DELİK!


15 -17 Ağustos, Bilim ŞenliğiEtkin dev kara delikler• Dev kara deliklere de maddeakışı olabilir! O zaman bunlarX- ve kızılötesi bandında çokkuvvetli ışıma yaparlar veetkin gökada merkezleriolarak adlandırılırlar.• Optik teleskoplarlabaktığımızda normal birgökada görüntüsüseyrederken, radyo, X-ışınıve kızılötesi teleskoplarlabakıldığında çok değişik birtablo sergilerler!


15 -17 Ağustos, Bilim ŞenliğiCen AOptik (c),X-ray (b)Optik+ X-ışını + radyo (a)JET!!!


15 -17 Ağustos, Bilim ŞenliğiYine bir etkin gökada merkezi3C 295Optik X-ışını radyo


15 -17 Ağustos, Bilim ŞenliğiJETLER!• Karadeliklerin bir başkailginç yanı maddeyi çektiğigibi fırlatabilmesi.• Manyetik alan çizgilerinindiskin ya da kara deliğindönüşüyle bir yay gibigerilerek maddeyi fırlattığıdüşünülüyor.


15 -17 Ağustos, Bilim ŞenliğiJET modellemesi


15 -17 Ağustos, Bilim ŞenliğiKara delikler bizi yer mi?• Dev kara deliklerin ışıması için maddeninoraya akması gerekiyor.– Ne kadar madde gerekiyor?• Az! 1 milyar güneş kütleli tipik bir gökadamerkezinin görünür parlaklığı için 10 senede 1güneş kütlesi maddeyi yutması yeterli. Bu da karadeliklerim çok yavaş büyüdüğünü gösteriyor.– Nasıl beslenirler?• Gökada çarpışmalarıyla


15 -17 Ağustos, Bilim ŞenliğiGökada çarpışmaları


15 -17 Ağustos, Bilim ŞenliğiKara deliğe yaklaşabilseydik neolurdu?Bir gemi kara deliğin olay ufkuna doğru yaklaşsın. Bir gözlemci de uzaktangemiyi seyretsin ve gemiden gelen sinyali analiz etsin. Ne görürlerdi?• Geminin içindekigözlemciye göre:• Dışarıdaki nesneler gemininhızına ve yönüne bağlıolarak kırmızıya ya damaviye kayabilirler.• Gemidekiler olay ufkundangeçerken özel bir şeyhissetmezler (inanılmazçekim kuvveti dışında!) vedışarıyı seyredebilirler.• Gemiyi seyredengözlemciye göre:• gemide zaman yavaşlar• gemi olay ufkunayaklaştıkça yavaşlar vesönükleşir. Gemiden gelensinyaller kırmızıya kayar.Gemi hiçbir zaman olayufkuna ulaşamaz vesönükleşerek gözdenkaybolur.


15 -17 Ağustos, Bilim ŞenliğiSonuç• Kara delikler sadece genel görelilikteorisinin matematiksel uzantıları değildir,evrende vardır ve bizler tarafındanincelenmektedir!• Bilim adamlarına laboratuvarlardaoluşturulamayacak koşullar (kütleçekim,sıcaklık) sunarak ortaya atılan teorileri testetmemize yardımcı olurlar.

More magazines by this user
Similar magazines