AstroNotlar’dan merhaba. 3 yıl önce, 10 Nisan 2019’da, karanlığın ortasında duran turuncu bir simitin görüntüsüyle yer yerinden oynamıştı. Kimilerinin tost makinesiyle çekildiğini iddia ettiği bu görüntü, aslında bilimin o güne kadar yaptığı işbirliğinin ve ortaklaşa çalışmanın belki de en büyüklerinden biriydi. Sanırım herkes neyden bahsettiğimizi anladı. M87 gökadasının merkezindeki süper kütleli karadeliğin görüntülerinin yayınlanmasından 3 yıl sonra, 12 Mayıs 2022’de bu kez kendi gökadamızdaki süper kütleli kara deliğin görüntüsü yayınlandı.
Konuşulacak çok konu, sorulacak çok soru var. Hemen ilkiyle başlayalım: Bu yeni görüntünün 3 yıl öncekinden ne farkı var?
İki görüntüyü yan yana koyunca biraz “aradaki 7 farkı bulun” oyunu gibi bir şey çıkıyor ortaya ama bu beklenen bir durum aslında, sonuçta iki cisim de aynı tür. Bunlar kara delik, başka bir şey görmeyi ummuyorduk zaten. İkisinin arasındaki farka gelince, 3 yıl önce yayımlanan ilk görüntü Başak takımyıldızı yöresindeki devasa bir eliptik gökada olan Messier 87’nin merkezindeki süper kütleli kara delikti. Kısaca M87* olarak anacağımız bu kara delik, kara delik standartları için bile devasa boyutlarda. Kütlesi Güneş’in kütlesinin 6.5 milyar katı. Öte yandan, görüntüsüne yeni kavuştuğumuz Samayolu’nun merkezindeki Sagittarius A*, kısaca Yay A* kara deliğinin kütlesi Güneş’ten 4 milyon kat daha fazla.
Şimdi soracağımız soru 3 yıl önce de sorulmuştu ama, hatırlamakta fayda var. Samanyolu’nun merkezindeki YayA* bizim yanı başımızda olduğu için, ilk akla gelen şey onun gözlemlenmesinin, 55 milyon ışık yılı uzaktaki M87*’dan daha kolay olması gerektiği. Belli ki durum böyle değil çünkü YayA* görüntüsüne kavuşmak için 3 yıl daha beklemek gerekti. Neden?
İlk bakışta durum böyle görünüyor ama kendi gökadamızın merkezinin gözlemlenmesinin de bazı zorlukları var. En önemli sebep şu: biz Dünya üzerinden M87’ye tepeden bakıyoruz. Direk merkezine bakabiliyoruz yani. Fakat Samayolu’nun merkezine yandan bakıyoruz, içindeyiz çünkü. Bu yüzden YayA*’a bakmaya çalışırken, 27 bin ışık yılı boyunca aradaki tüm galaktik tozu da görmek zorunda kalıyoruz. Şöyle düşün: YayA* ile aramızda çoğu dalga boyundaki ışığı emip bize ulaşmasını engelleyen bir perde var. M87’de böyle bir durum yok. Ek olarak, M87 çok daha uzakta olmasına rağmen YayA*’dan yaklaşık 1000 kat daha büyük. Bu yüzden iki kara deliğin açısal büyüklüğü hemen hemen aynı. E aradaki perde de olmayınca, M87*’ı gözlemlemek çok daha kolay oluyor. Ek olarak bir de şu var: İki karadeliğin de etrafındaki madde ışık hızına yakın hızlarda dönüyor. M87* çok büyük olduğu için etrafındaki gazın bir turu haftalar alıyor. Bu yüzden 2017 yılında 10 gün boyunca yapılan gözlemlerde M87* diski hemen hemen aynı görünüyordu. Ama YayA* etrafındaki maddenin kara deliği turlaması yalnızca dakikalar alıyor. Bu yüzden her gözlemde YayA* farklı görünüyordu. Yani bu az ışıkta hareketli bir cismin fotoğrafını çekmek gibi bir şey. Bu durum veri analizi işini fazlasıyla zorlaştırdı, gökbilimciler farklı analiz teknikleri geliştirmek zorunda kaldı. Toplamda 6000 terabayt veri analiz edildi. Sonrasında, bu toplanan verilerle, bilgisayar modelleri karşılaştırıldı. Bu bilgisayar modelleri hazırlanırken çeşitli dalga boyundan gelen teleskop verileri, Einstein’ın genel görelilik teorisi, manyetik alanın etkisi, kara deliğin çevresindeki maddenin hangi dalga boyunda ne kadar ışıma yaptığının tahmini gibi çeşitli etkiler hesaba katıldı. Yapılan gözleme uygun modeli bulabilmek için araştırmacıların 5 milyondan fazla modeli süper bilgisayarlarda çalıştırması gerekti ve nihayetinde yapılan tüm gözlemlerin bir ortalaması olarak bizlere sunulan bu görüntü ortaya çıktı.
Biraz da süreçten bahsedelim. Bu kısmı 84 numaralı “Kara Delik Fotoğrafı Nasıl Çekildi?” adlı bölümümüzde işlemiştik ama kısaca tekrarlamanın zararı olmaz.
Bu iki kara delik görüntüsünün mimarı Event Horizon Telescope Collaboration, yani Olay Ufku Teleskopu İşbirliği. Bu işbirliğine Dünya çapında 80 merkezden 300’den fazla araştımacı dahil. Olay Ufku Teleskopu bildiğimiz teleskoplardan değil, dünyanın çeşitli yerlerindeki milimetre ve milimetre altı 8 radyo teleskoptan oluşuyor. Bir radyo teleskobun açıklığı, yani büyüklüğü ne kadar artarsa alınan görüntünün çözünürlüğü de o kadar artar. EHT İşbirliğinin amacı da Dünya’nın en büyük açıklığa sahip radyo teleskopunu yapmak. Bunun için bu 8 teleskop senkronize edilerek aynı anda aynı yere bakılıyor ve alınan veriler sanki tek bir radyo teleskopla gözlem yapılmış gibi analiz ediliyor. Oluşan bu hayali dev teleskopun çapı neredeyse Dünya’nın çapı boyutlarında. Bu yöntemin adı ise Very Long Baseline Interferometry, Türkçe’ye çevirince çok uzun bazlı girişimölçer gibi bir şey oluyor. Aslında her iki kara delik gözlemi de 2017 yılında yapıldı. 2017 yılından bu yana EHT’ye 3 yeni teleskop daha dahil oldu ve bu sayede netlik biraz daha iyileşti. Teleskop sayısı arttıkça netlik artacak ama çözünürlük sınırı var, o da Dünya’nın çapı ile sınırlı. ilerleyen zamanlarda bu sorunu aşmak için uzaya radyo teleskoplar gönderilip onları da EHT’ye dahil etme fikri düşünülüyor.
Peki bu çalışmanın sonucunda bilimsel olarak neler öğrendik?
İlk olarak Samanyolu’nun merkezinde hakikaten de süper kütleli bir karadelik olduğunu gözlemsel olarak teyit ettik. Bu uzun zamandan beri kuramsal olarak öngörülüyordu aslında. Gökbilimciler Andrea Ghez ve Reinhard Genzel 2000’lerin başında, Samanyolu’nun merkezindeki yıldızlara dair yıllar boyunca gerçekleştirdikleri gözlemlediklere dayanan bir çalışma yayımladılar. Bu yıldızlar çok küçük bir alanda çok yoğun ve görünmeyen bir cismin etrafında dolanıyorlardı. Bu cisim olsa olsa bir kara delik olabilirdi. Ghez ve Genzel İkilisi bu çalışmayla 2020 yılında Nobel fizik ödülünü Roger Penrose ile paylaştı. Bu konu hakkında daha fazla bilgi için 41 numaralı “2020 Nobel Ödülleri” başlıklı podcastimizi dinleyebilirsiniz.
Ayrıca, hiç şaşırtıcı olmayan bir şekilde Einstein’ın genel görelilik teorisinin çalıştığı da bir kez daha gösterilmiş oldu.
Olay Ufku Teleskobu tamamen radyo teleskoplardan oluşuyor. Kara delikleri başka dalga boylarında göremiyor muyuz?
Aslında her cisim gibi kara deliklerin etrafındaki madde de her dalga boyunda ışıma yapıyor, ama radyo ve X-ışını dalga boylarında ışıma yoğunluğu daha yüksek. Burada amaç görüntü almak olduğu için radyo dalgaları kullanıldı. Çünkü bir fotonun enerjisi arttıkça geliş yönünü tespit etmek zorlaşır. X-ışınları çok daha enerjiktir. Ama bu, X-ışını dalgaboyunda gözlem yapılmadı demek değil. 2017 yılında Olay Ufku Teleskobu Samanyolu’nun merkezine bakarken, farklı dalgaboylarında gözlem yapan çeşitli teleskoplar da aynı yere yöneltilmişti. Bu gözlemler sırasında Chandra, Swift ve NuSTAR gözlemevleri YayA* bölgesinde X ışını parlamaları tespit etti. Özellikle Chandra daha önce bunun gibi X ışını parlamaları gözlemlemişti ama bu kez tam da EHT’nin gözlem yaptığı sırada X ışını parlaması tespit etti. Bu parlamalardan hemen sonra birkaç saat içinde EHT, milimetre dalga boyundaki ışınların yoğunluğunun ve değişkenliğinin arttığını tespit etti. Chandra’nın gözlemleri sayesinde kara deliğin etrafındaki maddenin nasıl yakalandığı ve olay ufkuna nasıl düştüğü konularında da bilgi sahibi olabileceğiz.
Yani Olay Ufku Teleskobu İşbirliği sayesinde hem genel olarak karadeliklere dair bilgi edinmiş hem de kendi gökadamızdaki karadeliğin neye benzediğini görmüş olduk. Bunlar daha emekleme dönemleri, ileride uzaya gönderilecek teleskoplarla büyütülen EHT’den çok daha detaylı ve net görüntüler alabileceğiz.
Kaynakça:
https://www.eso.org/public/turkey/news/eso2208-eht-mw/?lang
https://eventhorizontelescope.org/
https://news.mit.edu/2022/first-supermassive-black-hole-sagitarrius-0512
https://www.bbc.com/news/science-environment-61412463
https://www.nature.com/articles/d41586-022-01320-y
https://www.space.com/milky-way-monster-black-hole-first-image-eht