Sanatçının x-ışını jeti yayan süper kütleli bir kara deliğin konsept illüstrasyonu. Kredi: NASA/JPL-Caltech
2018’in sonlarında, yerçekimi dalgası gözlemevi LIGO, şimdiye kadar izlenen en uzak ve büyük uzay-zaman dalgalanma kaynağını tespit ettiklerini duyurdu: derin uzayda çarpışan karadelik çiftlerinin tetiklediği kütleçekim dalgaları. O zamanlar sadece yerçekimi ile tespit edilebilen bu görünmez astronomik cisimleri ancak 2015’ten beri gözlemleyebildik. Daha sonra 2019’daki bir atılımla Event Horizon Teleskobu, ilk kez bir kara deliğin ve gölgesinin görüntüsünü yakaladı.
Bu esrarengiz nesneleri avlamamızın tarihi 18. yüzyıla kadar uzanıyor, ancak kritik aşama insanlık tarihinin uygun bir şekilde karanlık bir döneminde – II. Dünya Savaşı’nda gerçekleşti.
Işığı hapsedecek ve böylece evrenin geri kalanı için görünmez hale gelecek bir cisim kavramı, ilk olarak 18. yüzyılda doğa filozofları John Michell ve daha sonra Pierre-Simon Laplace tarafından düşünülmüştü. Bir ışık parçacığının bir cisimden kaçış hızını Newton’un yerçekimi yasalarını kullanarak hesapladılar ve ışığın onlardan kaçamayacağı kadar yoğun yıldızların varlığını tahmin ettiler. Michell onlara “karanlık yıldızlar” dedi.
Ancak 1801’de ışığın dalga şeklini aldığının keşfinden sonra, Newton’un yerçekimi alanından ışığın nasıl etkileneceği belirsiz hale geldi ve böylece karanlık yıldızlar fikrinden vazgeçildi. Bir dalga şeklindeki ışığın yerçekimi alanının etkisi altında nasıl davranacağını anlamak, Albert Einstein’ın teorisiyle yaklaşık 115 yıl sürdü. Genel Görelilik Teorisi 1915’te ve Karl Schwarzschild’in bu soruna çözüm bir yıl sonra.
Schwarzschild ayrıca bir cismin kritik bir çevresinin varlığını da öngördü, bunun ötesinde ışığın geçemeyeceği Schwarzschild yarıçapı. Bu fikir Michell’inkine benziyordu, ancak şimdi bu kritik çevre aşılmaz bir engel olarak anlaşıldı.
Schwarzchild yarıçapı. Kredi: Tetra Quark/Wikimedia Commons, CC BY-SA
George Lemaitre ancak 1933’te gösterdi bu nüfuz edilemezliğin yalnızca uzak bir gözlemcinin sahip olabileceği bir yanılsama olduğunu. Fizikçi, şimdilerde ünlü olan Alice ve Bob illüstrasyonunu kullanarak, eğer Alice boşluğa atlarken Bob hareketsiz kalırsa, hipotezini kurdu. Kara delik, Bob, Alice’in görüntüsünün Schwarzschild yarıçapına ulaşmadan hemen önce donana kadar yavaşladığını görecekti. Lemaître ayrıca gerçekte Alice’in bu engeli aştığını da gösterdi: Bob ve Alice olayı farklı şekilde deneyimliyorlar.
Bu teoriye rağmen, o zamanlar böyle bir boyutta bilinen bir nesne yoktu, bir kara deliğin yakınında bile hiçbir şey yoktu. Sonuç olarak, hiç kimse Michell’in varsaydığı gibi karanlık yıldızlara benzer bir şeyin var olacağına inanmadı. Aslında, hiç kimse bu olasılığı ciddiye almaya cesaret edemedi. İkinci Dünya Savaşı’na kadar değil.
Karanlık yıldızlardan kara deliklere
1 Eylül 1939’da Nazi Alman ordusu Polonya’yı işgal etti ve dünya tarihini sonsuza dek değiştiren savaşın başlangıcını tetikledi. Dikkat çekici bir şekilde, aynı gün kara delikler üzerine ilk akademik makale yayınlandı. Şimdi beğenilen makale, Devam Eden Yerçekimi Kasılması Üzerineİki Amerikalı fizikçi J Robert Oppenheimer ve Hartland Snyder tarafından kara delikler tarihinde çok önemli bir noktaydı. Kara delikler teorisinin gelişiminde İkinci Dünya Savaşı’nın geri kalanının merkeziliğini düşündüğünüzde, bu zamanlama özellikle tuhaf görünüyor.
Bu, Oppenheimer’ın astrofizik alanındaki üçüncü ve son makalesiydi. İçinde, o ve Snyder, bir yıldızın kendi yerçekimi alanının etkisi altında devam eden büzülmesini tahmin ederek, ışığın bile ondan kaçamayacağı yoğun bir çekim kuvvetine sahip bir vücut yaratır. Bu, modern bir kara delik kavramının ilk versiyonuydu, astronomik bir cisim o kadar büyük ki sadece yerçekimi çekimi ile tespit edilebilir.
1939’da bu hâlâ inanılamayacak kadar tuhaf bir fikirdi. Fizikçilerin Oppenheimer tarafından tanımlanan devam eden daralmanın sonuçlarını kabul etmeye başlaması için kavramın yeterince geliştirilmesi yirmi yıl alacaktı. Ve ABD hükümetinin araştırmaya yaptığı yatırım nedeniyle II. atom bombaları.
Einstein ve Oppenheimer, 1950 civarında. Kredi: Wikimedia Commons
Küllerinden yeniden doğdu
Oppenheimer elbette sadece karadelik tarihinde önemli bir karakter değildi. Daha sonra örgütün başkanı olacaktı. Manhattan Projesiatom silahlarının geliştirilmesine yol açan araştırma merkezi.
Politikacılar, askeri avantaj sağlamak için bilime yatırım yapmanın önemini anladılar. Sonuç olarak, savaşla ilgili devrimci fizik araştırmalarına, nükleer fizik ve yeni teknolojilerin geliştirilmesine geniş bir yatırım yapıldı. Her türden fizikçi kendilerini bu tür araştırmalara adadı ve bunun doğrudan bir sonucu olarak, Oppenheimer’ın makalesi de dahil olmak üzere kozmoloji ve astrofizik alanları çoğunlukla unutuldu.
Büyük ölçekli astronomik araştırmalarda kaybedilen on yıla rağmen, fizik disiplini savaşın bir sonucu olarak bir bütün olarak gelişti – aslında, askeri fizik astronomiyi güçlendirdi. ABD, modern fiziğin merkezi olarak savaşı terk etti. Doktora sayısı fırlamışve yeni bir doktora sonrası eğitim geleneği kuruldu.
Savaşın sonunda, evren incelemesi yeniden alevlendi. Bir zamanlar hafife alınan genel görelilik kuramında bir rönesans vardı. Savaş, fiziği yapma şeklimizi değiştirdi ve nihayetinde bu, kozmoloji ve genel görelilik alanlarının hak ettikleri tanınmayı elde etmesine yol açtı. Ve bu, kara deliklerin kabulü ve anlaşılması için temeldi.
Princeton Üniversitesi sonra yeni nesil görecilerin merkezi oldu. Daha sonra “kara delik” adını popüler hale getiren nükleer fizikçi John A Wheeler, genel görelilik ile ilk temasını orada yaptı ve Oppenheimer’ın çalışmalarını yeniden analiz etti. İlk başta şüpheci olan yakın görelilikçilerin etkisi, hesaplamalı simülasyondaki yeni ilerlemeler ve savaş sırasında geliştirilen radyo teknolojisi, onu Oppenheimer’ın savaşın patlak verdiği 1 Eylül 1939 tarihli tahmininin en büyük meraklısı haline getirdi.
O zamandan beri, karadeliklerin yeni özellikleri ve türleri teorize edildi ve keşfedildi, ancak tüm bunlar ancak 2015’te doruğa ulaştı. yerçekimi dalgaları bir kara delik ikili sisteminde yaratılan, kara deliklerin var olduğunun ilk somut kanıtıydı.
Max Planck Bilim Tarihi Enstitüsü’nden Misafir Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi Carla Rodrigues Almeida tarafından yazılmıştır.
Bu makale ilk olarak Konuşma.