‘Nereye bakarsak bakalım çörek görmeliyiz’

Bir şeyi ikinci kez keşfetmek, bilim adamlarının genellikle heyecanla koltuklarından fırlamasına neden olmaz. Ancak, görüntülenen ikinci kara delik olan Sgr A* (“sadge-ay-star” olarak telaffuz edilir) durumunda tam olarak olan buydu.

2019’da, Dünya’dan 50 milyon ışıkyılı uzaklıkta bir galaksideki süper kütleli bir kara delik olan M87*’nin görüntüsü, dünyadaki hemen hemen her haber kaynağının kapak sayfalarını süsledi. Bir kara deliğin görüntüsü ilk kez çekildi. Perşembe günü, Event Horizon Teleskop İşbirliği böyle bir nesnenin ikinci görüntüsünü sundu – bu sefer kendi Samanyolu’muzun merkezinde bulunan bir kara deliğin.

Sıradan bir gözlemci için, siyah bir gölgeyi çevreleyen turuncu parlayan bir halkanın iki görüntüsü neredeyse ayırt edilemez görünüyor. Yine de, astrofizikçileri huşu içinde fışkırtan tam da bu gerçektir.

EHT Bilim Konseyi üyesi astronomi ve fizik profesörü Feryal Özel, “Keşke üç yıl önce bir kara deliğin ilk görüntüsünü aldığımızda daha iyi olmadığını söyleyebilseydim, ama bu aslında daha iyi” dedi. ve UArizona College of Science’ın Steward Gözlemevi’nde araştırma için dekan yardımcısı. “Tamamen karanlığı çevreleyen parlak bir halka görüyoruz, bir kara deliğin haberci işareti. Şimdi, doğrudan geri dönüşü olmayan noktaya baktığımızı doğrulayabiliriz.”

Bir kara delik aşk ilişkisi

Özel, 20 yıl önce Sgr A*’ya “aşık olduğunu” söyledi. O zamanlar Harvard Üniversitesi’nde tezi üzerinde çalışan bir yüksek lisans öğrencisiydi ve çok az kişinin düşünmesinin bile mümkün olduğunu düşündüğü bir zorlukla mücadele etmeye karar verdiğinde: Bir kara deliğe gerçekten doğrudan bakmak için ne gerektiğini merak etti. Ne görecektik? Bir şey görecek miyiz?

Araştırması, 2000 yılında UArizona’da astronomi ve fizik profesörü ve uluslararası bilim dünyasının baş araştırmacısı olan Dimitrios Psaltis ile birlikte yayınladığı ufuk açıcı bir makaleyle sonuçlandı. Kara Delik PIRE Projesi. Bu makalede ve 2001’de yayınlanan bir takip makalesinde, şimdiye kadar görüntülenen ilk kara delik olan M87*’yi ve Sgr A*’yı fotoğraflarının çekilmesi için uzak bir şans bile sunan iki ideal kara delik olarak tanımladı. Bu, şimdi Event Horizon Teleskobu olan Dünya çapında bir gözlemevinin temel çalışmalarına katkıda bulundu.

M87*, Sgr A*’dan 1.500 kat daha büyük, ancak 2.000 kat daha uzak olduğu için, ikisi gökyüzünde kabaca eşit büyüklükte görünür. Ancak neredeyse aynı görünmelerine rağmen, tamamen farklı hayvanlardır.

M87*, 6 milyar güneşlik bir kütleye sahiptir ve devasa büyüklüktedir. Tüm güneş sistemimiz, karadeliğin geri dönüşü olmayan noktası olarak da bilinen olay ufkunun içine sığacaktı. Dünya’dan sadece 25.000 ışıkyılı uzaklıkta bulunan Sgr A*, kıyaslandığında cılızdır. “Yalnızca” 4 milyon güneş kütlesinde, güneşe en yakın gezegen olan Merkür’ün yörüngesine sığacak kadar küçüktür. Bir fotoğraf çekimi için iki kara delik sıralanırsa, M87* çerçeveyi doldururken Sgr A* tamamen yok olur. Ve M87* çevredeki maddeyi, belki de bütün yıldızları açgözlü bir şekilde yutup galakside alevler saçan bir enerjik parçacık jeti fırlatırken, Sgr A*’nın iştahı buna kıyasla çok az; Eğer bir insan olsaydı, araştırmacılara göre her milyon yılda bir pirinç tanesine eşdeğer miktarda tüketirdi.

Einstein’ın yerçekimi teorisinin en temel tahminlerinden biri, dedi Psaltis, bir kara deliğin görüntüsünün yalnızca kütlesiyle ölçeklenmesidir. Kütlesi diğerinden 1.000 kat daha küçük olan bir kara delik, yalnızca 1.000 kat daha küçük olacak çok benzer bir görüntüye sahip olacaktır. Psaltis, aynı şeyin diğer nesneler için geçerli olmadığını açıkladı.

“Genel olarak, küçük şeyler tipik olarak büyük şeylerden çok farklı görünür ve bu tesadüf değildir” dedi. “Karınca ve filin birbirinden çok farklı görünmesinin iyi bir nedeni var, çünkü biri diğerinden daha fazla kütleye sahip.”

Başka bir deyişle, doğanın ölçek yasaları, iki varlığın çok farklı boyutlarda olduğu zaman, tipik olarak birbirinden farklı görüneceklerini belirtir. Buna karşılık kara delikler, görünümlerini değiştirmeden ölçeklenir. Fil olsalardı, ister tipik bir fil kadar büyük, ister bir karınca kadar küçücük olsun, hepsi fillere benzerdi.

Psaltis, iki kara delik görüntüsünü bu kadar önemli yapan şeyin katı sadelik olduğunu açıkladı, çünkü şimdiye kadar sadece teori tarafından tahmin edilen şeyi doğruluyorlar: Onlar, yalnızca bir doğa yasasına – yerçekimine – cevap veren, var olan tek nesneler gibi görünüyorlar.

Psaltis, “Işığın içindeki siyah gölgeyle birlikte bir halka gibi görünmesi, size bunun tamamen yerçekimi olduğunu söylüyor.” Dedi. “Her şey, evrende ölçeği umursamayan tek teori olan Einstein’ın genel görelilik teorisi tarafından tahmin ediliyor.”

Bilim adamları, yaklaşık 10 güneş kütlesine sahip gerçekten küçük bir kara deliğin fotoğrafını çekebilselerdi (ki bu mümkün değildir, çünkü Dünya boyutundaki EHT bile gerekli çözünürlük gücüne sahip değildir) ve bunu 6 milyar katı olan M87* ile karşılaştırabilirse. Psaltis’e göre güneş kütlesi, ikisi çok benzer görünecekti.

“Nereye bakarsak bakalım, çörek görmeliyiz ve hepsi aşağı yukarı aynı görünmelidir” dedi ve “bunun önemli olmasının nedeni – tahminimizi doğrulamasının yanı sıra – kimsenin bundan hoşlanmamasıdır. Fizikte , şeylerin bir bağlantı noktasının, tanımlanmış bir ölçeğin olmadığı bir dünyadan hoşlanmama eğilimindeyiz.”

‘Goldilocks kara delikleri’

Kara delikler o kadar yabancı cisimler ki, Albert Einstein bile varlıklarını uzlaştırmak için mücadele etti. Yerçekimi o kadar güçlüdür ki ışık bile kaçamaz, bu da tanım gereği görmelerini imkansız hale getirir. Gökbilimcilerin bu fotoğrafları çekebilmelerinin tek nedeni, kara deliğin etrafında dönen gazın yaydığı elektromanyetik dalgaları tespit eden radyo teleskopları kullanmalarıydı.

Özel, “Uzayda kara deliğe bakıyor olsaydınız kesinlikle hiçbir şey göremezsiniz” dedi. “Parlama, gözün göremediği dalga boylarındadır.”

Bu nedenle M87* ve Sgr A*, Özel ve Psaltis’in 20 yılı aşkın bir süre önce kaleme aldıkları yayında Event Horizon Teleskobu için tek uygulanabilir hedefler olarak belirlendi.

Özel, “Her ikisinin de ‘kara deliklerin altın kilitleri’ olduğunu söyleyebilirsiniz” dedi. “Ortamları doğru ve bu yüzden onları görebiliyoruz.”

Özel ve Psaltis gibi astrofizikçiler için kara delikler, genel göreliliği test etmelerine izin veren ve hatta onları, şimdiye kadar anlaşılması zor olan kuantum mekaniği ile yerçekimini birleştiren bir teoriye yaklaştırabilecek doğal laboratuvarlardır.

EHT Bilim Kurulu’nun kuruluşundan bu yana üyesi olan ve modelleme ve analiz grubuna liderlik eden Özel, “İmgeye ulaşmanın kolay bir yolculuk olmadığını” söyledi. Sgr A*’nın nihai görüntüsünü analiz etmek ve doğrulamak için dünya çapında bir işbirliği, birkaç yıl, petabaytlarca veri ve daha önce çoğu bilimsel çabaya ayrılmış olandan daha fazla ilgili algoritmalar gerekti.

Özel, ilerlemeye devam ederken, EHT İşbirliğinin özellikle kara deliklerin zaman içinde nasıl değiştiğiyle ilgilendiğini söyledi.

“Kaynağa bir gün ile bir sonraki yıl ya da bir yıl ile bir sonraki yıl arasında baksaydınız, bu nasıl değişirdi ve farklı dalga boylarında ne kadar ışık yayardı?” dedi. “Bunun hakkında ne tahmin edebiliriz? Kara deliğin çevresini anlamak için gözlemlerimizi nasıl kullanabiliriz?

Özel, “Bu ortak çalışmanın kilit noktalarından biri, genel göreliliği test etmek ve varsa sınırının nerede olduğunu bulmaktır” dedi.