Kara Delik Nedir? Kara Delik Nasıl Oluşur?

Kara Delik Tanımı

Kara deliklerin var olabileceğine dair yirminci yüzyıl tahminleri, doğal olarak bu tür süper yoğun nesnelerin nasıl oluşabileceği sorusunu gündeme getirdi. Zamanla bilim insanları, kara deliğin boyutuna bağlı olarak bu sorunun birden fazla cevabı olabileceğini fark ettiler.

Michell ve Laplace günlerinden beri, gökbilimciler ve fizikçiler dikkatlerini aşırı yerçekimine sahip yıldız boyutlu nesnelere odaklamışlardı. Dolayısıyla, bu tür cisimlerin nasıl oluştuğunu anlama arayışı, yıldızların yaşam döngüleri ve yıldızların içindeki fiziksel süreçler üzerinde yoğunlaştı.

Bununla birlikte, Einstein'ın genel görelilik teorisinin matematiksel denklemleri, çok küçük olanlar da dahil olmak üzere her boyutta kara deliklerin varlığına izin verir.

John Wheeler, 1967'de kara delik terimini icat ettikten sonra, bazı bilim insanları minyatür kara delikler hakkında teori geliştirmeye başladı. Bir mini kara delik, bir atom büyüklüğünde olabilir. Yine de maddesi o kadar yoğun bir şekilde sıkıştırılır ki, 100 trilyon ton gibi bir ağırlıkta olur!

 

Minyatür ve Yıldız Kara Delikler

Bu tür mini kara deliklerin yıldız büyüklüğünde veya yıldız karadelikleriyle açık bir bağlantısı olmayacaktır. Dolayısıyla, daha küçük versiyonun oluşumunun yıldızların yaşamı ve ölümüyle hiçbir ilgisi yoktur.

O halde hangi kuvvet veya süreç mini kara delikler yaratabilirdi? 1970'lerin başında, İngiliz fizikçi Stephen Hawking inandırıcı bir cevap sundu, yani bu küçük süper yoğun nesnelerin Büyük Patlama sırasında ortaya çıktığıydı.

Hawking ve diğerleri, bu tür milyonlarca mini kara deliğin hala evrenin çeşitli yerlerinde var olabileceğini düşünüyor. Eğer öyleyse, er ya da geç, bazıları bir asteroit, gezegen ya da başka bir büyük katı cisme yaklaşabilir ve yerçekimi ile ona çekilebilir. Ancak böyle bir kozmik buluşma muhtemelen ne tehlikeli ne de felaket olacaktır.

 Isaac Asimov'a göre:

Bir mini kara delik daha büyük bir cisimle çarpışırsa, sadece içinden geçecektir. Çarpıştığı maddenin yoluna çıkan parçasını yutacak ve bu süreçte maddeyi hemen eritmek ve buharlaştırmak için yeterli enerjiyi serbest bırakacaktır. Daha sonra sıcak buhardan geçecek, ilerledikçe emecek ve ısıya eklenecek, sonunda girdiği zamandan daha büyük bir kara delik olarak ortaya çıkacaktır.

Bir gezegeni bir mini kara delik ile delen kanal o kadar küçük ve dar olurdu ki, bir karınca tarafından bir bahçeden kazılan bir tünelden çok daha az fark edilir veya sonuçsal olurdu. Mini kara delikler varsa, bu nedenle, büyük cisimler üzerindeki fiziksel etkileri minimum düzeydedir, insanlar ve evrende yaşayan diğer canlılar için endişe duyacak bir durum yoktur.

Aksine, yıldızlardan ve daha büyük kütlelerden oluşan kara delikler, evren ve yaşam için çok daha önemli potansiyel sonuçlara sahiptir. Bu nedenle bilimciler, son yıllarda nasıl oluştuklarını ve özelliklerini anlamaya bu kadar çok zaman ve çaba harcadılar.

Böylesine devasa miktarlardaki maddeyi son derece küçük bir alana sıkıştırmanın muazzam derecede şiddetli bir süreç veya olay gerektireceğini fark ettiler.

Dahası, üretilen enerjinin, depremler, volkanik patlamalar ve asteroitlerin gezegensel yüzeylere çarpması da dahil olmak üzere, insanların normalde felaket olarak gördükleri olaylardan milyonlarca kat daha büyük olması gerekir. Bilim insanları, yalnızca büyük bir yıldızın olağanüstü şiddetli ölümünün yıldız kara deliğin oluşumunu açıklayabileceğini anladı.

 

Yıldızların Yaşam Döngüsü Nasıldır?

Yıldızların nasıl öldüğünü ve süper yoğun cisimler yarattığını anlamak, yıldızların nasıl yaşadığına dair bazı temel bilgiler gerektirir. İnsanların kaçınılmaz bir yaşam döngüsünden geçmesi gibi, yıldızlar doğar, hayatlarını yaşar ve sonunda ölür.

Güneş gibi bir yıldız da dahil olmak üzere tipik bir yıldızı oluşturan şey, uzayda yüzen son derece büyük bir gaz ve toz bulutu.

Bu tür bulutlar, patlayan yıldızların yarattığı "rüzgarlar" etrafa dağılmış gaz moleküllerini ve toz parçacıklarını püskürdüğünde ortaya çıkar; bazıları daha da dağınık hale gelirken bazıları daha konsantre hale gelir. Böyle bir bulut yeterince yoğunlaştığında, yerçekimi zamanla daha da sıkışmasına neden olur.

Bu sıkışma aynı zamanda ısı üretir, bu da gazların ve tozun sürekli olarak ısınmasına neden olur. Yakında, bulutun merkezi bir biftek pişirmek için yeterince sıcak olur; daha sonra yüksek fırının sıcaklığına ulaşır; ve son olarak, birkaç milyon yıl sonra, bulutun çekirdeğindeki sıcaklık, hidrojen atomlarını kaynaştırmak ve böylece nükleer reaksiyonları ateşlemek için yeterince sıcak olur. O anda, çekirdek devasa bir kör edici ışık ve bulutun daha soğuk dış katmanlarını uçuran başka bir enerji patlaması yayar ve arkasında dev bir beyaz-sıcak gaz topu(yeni bir yıldız) bırakır.

Yeni yıldızın iç kısmında, kendi kendine devam eden nükleer reaksiyonlarını milyarlarca yıl sürdürmeye yetecek kadar hidrojen var. Ve bu yaşam döngüsü boyunca ışık ve ısı üretmeye devam edecek. Yıldızın güneş sistemindeki diğer bazı faktörler elverişliyse-yıldızdan doğru mesafede bir gezegenin oluşumu ve suyun varlığı gibi - bu bol ışık ve ısı, bu güneş sisteminde yaşamın oluşmasını mümkün kılar.

Tipik bir yıldızın uzun süre kararlı kalabilmesinin nedeni, nesnede meydana gelen iki muazzam kuvvetin birbirine karşı mücadelesinin bir denge oluşturmasıdır. Bu kuvvetlerden biri, yıldızın dış katmanlarındaki muazzam miktardaki maddenin içe doğru çökmesine ve büyük bir basınç yaratmasına neden olan yerçekimidir.

Begelman ve Rees, Güneş'in "Jüpiter'den bin kat daha fazla kütleye sahip olduğunu" belirtiyor. Güneş soğuk bir cisim olsaydı, " yerçekimi onu sıradan bir katının yoğunluğunun milyon katına sıkıştırırdı. Dünya ile yaklaşık aynı büyüklükte, ancak 330.000 kat daha ağır olacaktır. "

Ancak herkesin kolayca görebileceği ve hissedebileceği gibi, Güneş soğuk bir cisim değildir. Güneş gibi yıldızlar, içlerinde çalışan ikinci büyük kuvveti oluşturan muazzam miktarda enerji üretirler.

Bir yıldızın çekirdeğinde meydana gelen nükleer reaksiyonlar muazzam miktarda ısı, ışık ve yüzeye doğru hareket eden küçük parçacıklar açığa çıkarır. Örneğin Güneşte, çekirdek her saniye aynı anda patlayan 100 milyon nükleer bombayla aynı miktarda enerji üretir.

Bu müthiş enerji akışı çekirdekten dışa doğru hareket ettikçe, dışa doğru büyük bir basınç uygular. Ve bu basınç, içe doğru iten yerçekimi kuvvetini dengeler. Güneşin merkezi, Begelman ve Rees özetliyor;

Yaklaşık 15 milyon derecelik bir sıcaklığa sahiptir ... Parlayan yüzeyinden bile binlerce kat daha sıcaktır. Bu yüksek sıcaklıklarda, güneşin içindeki atom çekirdekleri saniyede yüzlerce kilometre hızla rastgele hareket ediyor. Güneş gibi tüm yıldızlarda yerçekiminin etkisine karşı koyan bu sıcak iç mekânın basıncıdır.

Dış ve içe doğru basınçlar arasındaki bu denge sayesinde Güneş gibi yıldızlar yapılarını korurlar ve uzun süre sabit kalırlar.  Gökbilimciler, birkaç milyar yıldır bu istikrarlı durumda olan Güneş'in önümüzdeki birkaç milyar yıl boyunca da kalacağını tahmin ediyorlar. 

Ancak bir hayvan veya bir insan gibi, büyük parlak top sonsuza kadar yaşayamaz. Sonunda, bir yıldız tüm yakıtını tüketmeli ve ölüm sancılarına girmeli ve maddesinin çoğunun son derece yoğun bir duruma zorlandığı bir felaket yaratmalıdır.

Bu durum, yıldızın başlangıç ​​kütlesine bağlı olarak üç farklı formdan birini alabilir; her durumda, süper yoğun bir nesne oluşturulur. Bu nesnelerden ikisi - bir beyaz cüce ve bir nötron yıldızıdır. Üçüncüsü, kara deliğin kendisidir.

 

Beyaz Cüce Nasıl Oluşur?

Güneş, öldüğünde yaratılan üç süper yoğun cismin ilkine, beyaz bir cüceye dönüşmeye mahkumdur. Bundan milyarlarca yıl sonra, yıldızımız çekirdeğindeki nükleer reaksiyonları körükleyen hidrojeni tüketmeye başlayacak. Hidrojenin çoğu gittiğinde çekirdek hem daha yoğun hem de daha sıcak hale gelecektir.

Bu fazladan ısı, Güneş'in dış katmanlarının dışarıya doğru genişlemesine ve onu şimdikinden yüzlerce kat daha büyük muazzam bir yıldıza dönüştürmesine neden olacaktır; aslında, yüzeyi Merkür ve Venüs'ün yörüngelerini yutacak, bu gezegenleri yok edecek ve Dünya'nın yüzeyi (daha sonra güneş sistemindeki en içteki gezegen olacak) bir yüksek fırında olduğu gibi kızartılacak.

Bununla birlikte, güneşin yeni yüzeyi gerilecek ve eskisinden daha fazla yayılacağından, herhangi bir kısmı biraz daha serin olacaktır. Böylece yıldızın rengi sıcak sarıdan soğuk kırmızıya dönecektir. Bu nedenle bu kadar genişlemiş, soğuk yıldızlara kırmızı devler denir.

Sonunda, kırmızı dev güneşin çekirdeği tamamen hidrojenden yoksun kalacak ve bu noktada bir sonraki en ağır element olan helyumu yakmaya başlayacaktır. Tabii ki, helyum da yakında tükenecek ve zamanla yıldız artık nükleer reaksiyonlar üretmek için yakıt kalmayacak. Bu noktada, yıldızı sabit tutan hassas denge zayıflayacaktır. Kaçan enerjinin dışarıya doğru olan basıncı azalacak ve içeriye doğru olan basınç ise artacaktır.

 

Nötron Yıldızı Nedir?

Gökbilimciler, ortalama büyüklükteki yıldızların (Güneş kütlesinin 1,4 katı kadar kütleye (veya 1,4 güneş kütlesi) sahip olanların) nihai kaderinin beyaz cüceler haline geleceğini belirlediler. Peki ya 1.4'ten fazla güneş kütlesine sahip olan yıldızlar? Belli ki daha güçlü yerçekimleri var. Bu nedenle, sonlarının daha şiddetli olması ve beyaz bir cüceden daha yoğun bir nesnenin oluşumuyla sonuçlanması mantıklıdır.

Gerçekten de, 1.4 ila belki de 8 güneş kütlesine sahip bir yıldız, beyaz cüce aşamasını atlar ve kara deliğe giden yolda bir sonraki durağa doğru ilerler. Bu daha ağır yıldız, Güneş büyüklüğünde bir yıldızla aynı başlangıç ​​adımlarından geçer - hidrojenin tükenmesi, kırmızı bir deve genişleme ve helyumun yanması. Ancak bundan sonra, Begelman ve Rees'in açıkladığı gibi, işler çok farklı şekilde gerçekleşir:

Devasa yıldızlar, daha ağır elementleri içeren bir dizi nükleer reaksiyonla güçlenir. Her nükleer yakıt tükendiğinde-hidrojen helyuma, daha sonra helyuma karbon ve oksijene vb. kaynaştırılır.- yıldızın iç kısmı daha da ısınıyor... Bu süreç demire kadar devam ederdi. Bu noktaya kadar her aşamada, daha ağır atom çekirdeklerinin yaratılması, kütleçekimsel çöküşü engelleyen enerjiyi serbest bırakır.

Ancak demirden enerji açığa çıkarabilecek nükleer reaksiyon yoktur; demir, bir yıldız için nükleer yolun sonudur. Bundan sonra olan, astronomide bilinen en muhteşem olaylardan biridir…Demirden enerji elde edebilecek nükleer reaksiyon olmadığından, yakıt ikmali kesilir ve çekirdek ani ve feci bir çöküş yaşar ...bir saniyeden kısa sürede…. Çöken çekirdeğin yoğunluğu o kadar büyük olur ki, protonlar ve elektronlar [atomlarının yüklü parçacıkları] nötronlar, elektriksel olarak nötr atom altı parçacıklar oluşturmak için bir araya getirilir.

Böyle bir nesne neredeyse tamamen nötronlardan oluştuğu için (birçok bilim insanının nötronuyum dediği bir cisim oluşturur), buna nötron yıldızı denir.

Bir nötron yıldızı yaratan çöküş o kadar şiddetli ki, ikincil bir felaketi, muazzam bir patlamayı tetikliyor. Süpernova adı verilen bu muhteşem patlamada, yıldızın dış katmanlarının önemli kısımları uzaya fırlar. Bu malzeme, genellikle bir süpernova kalıntısı olarak adlandırılan, binlerce hatta milyonlarca yıl boyunca dışarıya doğru genişleyen ve gittikçe incelen bir gaz bulutu oluşturur.

Yıldızın orijinal kütlesinin geri kalanı, kabaca büyük bir şehrin büyüklüğü olan yaklaşık on ila yirmi mil arasında bir nötron topunda yoğunlaşmıştır. Bir nötron yıldızının içindeki madde o kadar yoğundur ki, bir çorba kaşığı en az birkaç trilyon ton ağırlığındadır.  Dahası, böyle bir yıldızın kaçış hızı saniyede yaklaşık 125.000 mil, ışık hızının yaklaşık üçte ikisi.

Tüm bunlar teoride inandırıcı geliyor. Ancak gökbilimcilerin, Pulsar denen nesnelerin bulunmaya başladığı 1960'ların sonlarına kadar nötron yıldızlarının varlığına dair doğrudan bir kanıtı yoktu. Örneğin 1968'de gökbilimciler Yengeç Bulutsusunun merkezinde garip bir nesne keşfettiler.

Boğa takımyıldızında bulunan, bu parlak, hızla genişleyen gaz bulutu, 1054'te meydana gelen ve Çinli ve Japon gözlemciler tarafından kaydedilen bir süpernovanın kalıntısıdır.

Modern gökbilimciler, bulutsunun merkezindeki nesnenin saniyede otuz oranında düzenli, yoğun radyasyon patlamaları veya atımları yaydığını belirttiler. Buna göre, bu ve diğer benzer nesneleri Pulsarlar olarak adlandırdılar.

Kısa süre sonra, Pulsarların inanılmaz hızlarda dönen (dönen) nötron yıldızları olduğu anlaşıldı. Bu hızlı dönüş, yıldızın süper yoğun bir topa dönüşmesi sırasında meydana gelen muazzam içe doğru enerji akışından kaynaklanır.

 

Yıldızlar Nasıl Kara Deliğe Dönüşür? Yıldız Kara Delikler!

Bilimciler artık Yengeç Bulutsusundaki gibi nötron yıldızlarının, muhteşem bir yıldız çöküşü hikayesinde tabiri caizse son söz olmadığını biliyorlar. Bu kara deliğe aittir. Işık, bir nötron yıldızının derin yerçekimi alanından zar zor kaçabilir, bu yüzden bir anlamda neredeyse kara delik statüsüne sahiptir. Aslında, John Gribbin, "Bir nötron yıldızı, kara delik olmanın tam eşiğinde durur" diyor.

Kara delikleri nötron yıldızlarından ayıran önemli bir faktör, kara delikten hiçbir ışığın kaçamayacağıdır; ışık ve bir kara deliğe çok yaklaşan her şey, sonsuza dek onun yerçekimi içinde sıkışıp kalır.

Güneş'in sekiz katından fazla kütleye sahip bir yıldızın çöküşünden yıldız kara delik oluşur. Akan maddenin gücü o kadar güçlüdür ki hem beyaz cüce hem de nötron yıldızı aşamalarını atlar ve bu maddeyi daha da yoğun bir duruma sıkıştırır.

Aslında, madde bir tür bitmeyen ölüm sarmalında yıldızın yerçekimine iyice çökmeye devam ediyor. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, bu süper yoğun nesneler, çok büyük miktarda malzemeyi çok küçük bir alana sıkıştırır. Bu nedenle yıldız bir kara delik şaşırtıcı derecede küçüktür. Sekiz güneş kütlesine sahip bir yıldızın ölümü sırasında oluşan biri muhtemelen sadece küçük bir evin büyüklüğündedir.

Eski yıldızın orijinal maddesinin çoğunun hala kara deliğin içinde olduğunu hatırlamak önemlidir. (Yıldızın çöküşüne eşlik eden süpernova sırasında maddesinin bir kısmı uzaya fırlatıldı.) Bu, nesnenin çekim kuvvetinin kabaca orijinal yıldızınkiyle aynı olacağı anlamına gelir.

Çöküşünden önce bir yıldızın etrafında dönen herhangi bir gezegen, kara deliğin etrafında dönmeye devam ederdi, bu da ona çok yaklaşmadıkça onları yakalamaz ve tüketmezdi.

Ancak, bir gezegenin hayatta kalması ve içinde yaşayabilecek canlıların hayatta kalması iki farklı şeydir. Bir kara delik haline gelen bir yıldızın etrafında dönen gezegenlerde var olan yaşam formlarının çoğu, çöküş ve süpernova sırasında salınan güçlü radyasyondan ölecektir.

Ve bu felaketten kurtulma talihsizliği olan herhangi bir hayat, yıldız ışık ve ısı yaymayı bıraktıktan sonra hızla donarak ölecektir. Açıktır ki, yıldız şeklinde bir kara deliğin oluşumu, doğada meydana gelebilecek en korkunç ve potansiyel olarak ölümcül olaylardan biridir.