John Michell tarafından 1780’lere kadar erken dönemde, Kara delikler en başından beri bilimsel dikkat çekiyor. Bununla birlikte, bu canavarlar hakkındaki en önemli ve modern teklif Einstein’ın genel görelilik teorisi ile geldi. 1687’de Isaac Newton, bu evrendeki her bir nesne arasında bir yerçekimi kuvvetinin hareket ettiğini belirledi, ancak bu varlığın kökeni hakkında hiçbir zaman çok net değildi. Ancak, Einstein Genel Görelilik Teorisinde yerçekimine tamamen yeni bir tanım verdi .

Ona göre, tüm büyük nesneler uzay-zamanda, yerçekimi olarak hissedilen bir bozulmaya neden olur. Bu, yer çekiminin uzay-zamanın çarpıtılmasından başka bir şey olmadığı anlamına gelir. Trambolin bezinin üzerine atladığınızda büküldüğü gibi, büyük nesneler de uzay-zamanı benzer şekilde çarpıştırır. Nesne daha ağır, daha belirgin bükülme!

Hala tüm zamanların en güzel ve zarif bilimsel teorilerinden biri olarak kabul edilen Einstein’ın bu teorisi, büyük bir yıldız öldüğünde, küçük, yoğun bir kalıntı çekirdeğin geride kaldığını gösterdi. Einstein’ın alan denklemlerinin olası çözümlerinden Karl Schwarzschild, çekirdeğin kütlesi Güneş kütlesinin yaklaşık üç katından fazla ise, yerçekimi kuvvetinin tüm diğer kuvvetleri boğması ve kara delik oluşturması sonucuna vardı.

Olay Ufku: Olay ufku, ötesinde hiçbir şeyin, hatta ışığın bile kaçamayacağı kritik sınırdır. Düşen maddenin referans çerçevesinde, her şey yolunda. Ancak, dışarıdaki bir gözlemciye, yerçekimi zaman genişlemesi nedeniyle işler farklı görünür. Yerçekimi çekme arttıkça, düşen malzemeden gelen ışık kırmızıya kaymaya başlar ve malzeme olay ufkuna ulaştığında, muazzam kırmızıya kayma nedeniyle kaybolur. Böylece, bir dış gözlemci karadeliğin olay ufkunun oluşumuna asla tanık olamaz.

Tekillik: Genel Göreliliğe göre, bir karadeliğin merkezinde yerçekimi tekilliği vardır. Tekillik, uzay-zaman eğriliğinin sonsuz olduğu bölgedir. Tekil bölge sıfır hacme sahiptir ve sonsuz yoğunluğa sahip olduğu düşünülmektedir. Genel görelilikte tekilliklerin ortaya çıkması, genellikle teorinin çöküşünü işaret etmek olarak algılanır.

Foton küresi: Foton küresi veya foton çemberi, yerçekiminin o kadar güçlü olduğu bir alan veya bölgedir; fotonlar yörüngelerde hareket etmeye zorlanır. Bu alana teğet üzerinde hareket eden fotonların karadelik etrafındaki dairesel bir yörüngede hapsedileceği sıfır kalınlığın küresel bir sınırıdır. Dönmeyen karadelikler için, foton küresi Schwarzschild yarıçapının 1,5 katı bir yarıçapa sahiptir . Dönen kara delikler ise 2 foton küresine sahiptir: biri kara delikle aynı yönde döner, diğeri ise ters yönde döner.

Ergosphere: Dönen karadelikler, sabit durmanın imkansız olduğu bir uzay-zaman bölgesi ile çevrilidir. Bu uzay-zaman bölgesine ergosfer denir. Nesneler ve radyasyon normal olarak ergosferden kaçabilir. Penrose işlemi ile nesneler ergosferden girdiklerinden daha fazla enerji ile ortaya çıkabilir. Bu enerji, karadeliğin dönme enerjisinden alınır, ikincisinin yavaşlamasına neden olur.

En İçteki Kararlı Dairesel Yörünge: Newton’un yer çekimine göre, test parçacıkları merkezi bir nesneden bazı keyfi mesafelerde sabit bir şekilde yörüngede kalabilir. Bununla birlikte, genel görelilik içinde, içlerinde dairesel bir yörüngeye herhangi bir sonsuz sapma, kara deliğe inspiral yol açacak en içteki sabit bir dairesel yörünge (genellikle ISCO olarak adlandırılır) vardır.

Kara Deliklerin Sınıflandırılması:

Genel olarak, kara delikler üç ana kategoriye ayrılır. Onlar:

..Mikro kara delikler

..Yıldız kütlesi kara delikleri

..Süper kütleli kara delikler

Şimdi bunların her birini tek tek öğrenelim.

Mikro Kara Delikler

Kuantum mekanik kara delikler olarak da bilinen mikro kara delikler varsayımsaldır. Yıldız kütlesinden daha küçük kara deliklerin oluşabilmesi ilk olarak 1971’de Stephen Hawking tarafından teorize edilmiştir. Bu mikro kara deliklerin belirli bir kütle sınırı vardır. Schwarzchild yarıçapı ve Compton dalga boyu kavramına göre, bir mikro kara deliğin minimum kütlesi, Planck kütlesi olarak da bilinen 22 mikro gramdır.

Kuantum mekanik karadelikler, erken evrende muazzam enerji ve yoğunlukta önemli bir rol oynamış olmalı. Bununla birlikte, bu tür kara delikler kararsızdı ve Hawking radyasyonundan buharlaşmış olmalıdır . 1975’te Hawking, kuantum mekanik etkilerden dolayı, karadeliğin ne kadar küçük olduğunu, daha hızlı buharlaşacağını gösterdi. Böylece mikro kara delik aniden patladığında ani bir partikül patlamasıyla sonuçlanır. Matematik bize bu mikro kara delikleri oluşturmak için gereken enerjinin 10 ^ 19 GeV civarında olduğunu söyler. Bu, mevcut teknoloji ile elde edebileceğimiz maksimum enerjiden çok daha fazlasıdır.

Yıldız Kütlesi Kara Delikler

Kara deliklerin sınıflandırılmasında ikincisi, yıldız kütleli bir kara deliktir. Bunlar en çok incelenen kara deliklerden biridir ve mikro olanlardan farklı olarak doğada bulunurlar. Oluşum mekanizmaları bilim adamları tarafından da bilinir. Adından da anlaşılacağı gibi, büyük bir yıldız çöktüğünde yıldız kütleli bir kara delik oluşur. Büyük yıldızlar, çekirdeklerindeki ağır elementlerin tam ölçekli füzyonuna ev sahipliği yapma potansiyeline sahiptir. Karbon, neon, oksijen, silikon, kükürt ve benzeri elementleri kademeli olarak kaynaştırırlar. 

Bu alfa merdiveni nikel-56’ya ulaştığında, reaksiyon zinciri durur. Nikelin çinkoya daha fazla kaynaşması termodinamik olarak uygun değildir. Bu, çekirdeğin kapanmasına neden olur. Böyle bir senaryoda, yıldız kendi yerçekimi altında çöker. Yıldız oldukça büyükse, hiçbir şey bu çöküşü durduramaz ve yıldız bir kara deliğe ezilir.

Süper kütleli Karadelikler

Adından da anlaşılacağı gibi, süper kütleli karadelikler galaksilerin merkezlerinde bulunan en büyük karadeliklerdir. Güneş’ten milyarlarca kat daha büyük olabilirler. Ancak bu kara delikler suyunkinden daha az bir yoğunluğa sahip olabilir. Nedeni basit: Karadeliğin Schwarzchild yarıçapı kütlesiyle doğru orantılıdır ve hacim yarıçap küpüyle orantılıdır. Bu, yoğunluğun kütlenin karesiyle ters orantılı olmasını sağlar. Bu nedenle, daha fazla kütle, kara deliğin yoğunluğu daha azdır.

Ayrıca, böyle bir kara deliğin gelgit kuvveti çok daha azdır. Olay ufkundaki bir cisim üzerindeki gelgit kuvveti de kütlenin karesiyle ters orantılıdır. Böylece Dünya yüzeyinde bir kişi ve 10 milyon M olay ufkunda bir kişi? (10 milyon güneş kütlesi) karadelik, başları ve ayakları arasında yaklaşık olarak aynı gelgit kuvveti yaşar.

Bu tür tuhaf nesnelerin doğduğu mekanizma hala bir gizem ve Astrofizikte açık bir araştırma alanıdır. Birkaç hipotez var. Bir hipotez, tohumların büyük yıldızların patlamaları ile geride kalan ve madde birikimi ile büyüyen onlarca veya belki de yüzlerce güneş kütlesinin kara delikleri olmasıdır. Bazı bilim adamları, evrendeki ilk yıldızların ölümünden oluşan yıldız kütleli kara deliklerin bu tür süper kütleli kara deliklere yol açabileceğini düşünüyor. Ancak doğru açıklama henüz gelmedi.

Kara deliklerin tespiti:

Karadeliklerin kendileri varsayımsal Hawking radyasyonu dışında herhangi bir elektromanyetik radyasyon  yaymadığından , bunları doğrudan tespit etmek kesinlikle mümkün değildir. Bu nedenle, kara delik arayan astrofizikçiler dolaylı gözlemlere güvenmek zorundadır. Bu dolaylı gözlemler, interferometreler kullanılarak yerçekimi dalgaları tespit edilerek yapılır . Bunun dışında, yerçekimi mercekleme, bazı görünmez kuvvet etrafındaki nesnelerin gizemli hareketinin analizi, maddenin birikmesi vb. Kara deliklerin tespit edilmesine de yardımcı olur.

Karadelik için ilk güçlü aday olan Cygnus X-1, 1972’de bu dolaylı gözlemler kullanılarak keşfedildi. Bununla birlikte, kara deliklerin araştırılmasındaki önemli atılımlardan biri geçen yıl geldi. 10 Nisan 2019’da, komşu galaksimizdeki bir kara deliğin ilk simüle edilmiş görüntüsü, süper bilgisayarlar ve Event Horizon Teleskopu ile silahlanmış yaklaşık 200 astronomun 2 yıllık zorlu çalışmasından sonra piyasaya sürüldü.

Her ne kadar bugün bizimle bir kara delik ilk resmimiz var. Yine de, kara deliklerin gerçekliği konusunda farklı bilimsel topluluklar arasında birçok fikir farklılığı bulunmaktadır. Bazıları bu dev yaratıklara inanırken, diğerleri onları tamamen yok eder. Tüm tartışmalara rağmen, Kara delikler hala evrenimizin bir bütün olarak çalışmasının ana bölümlerinden birini işgal ediyor.

Kara Delikler Gerçekten Var Mı?

Başından beri gökbilimciler, Genel Görelilik tarafından öngörülen gerçek matematiksel kara deliklerin varlığı hakkındaki görüşlerini böldüler. Einstein, Eddington, McCrea, Mitra gibi bilim adamları, gerçek matematiksel kara deliklerin varlığına inanmadılar. Öte yandan Hawking, Chandrasekhar, Thorne gibi bilim adamlarının da farklı görüşleri vardı. Zamanla, şu anda kabul edilen kara delik modelinde birçok kusur bulundu ve birçok alternatif model önerildi. Bunlardan bazıları gravastarlar, çıplak tekillikler ve MECO’dur.

Tüm bu modellerden MECO oldukça umut vericidir. MECO, Magnetosferik ebedi çöken nesneyi temsil eder ve önce Hintli astrofizikçi Abhas Mitra tarafından önerildi ve daha sonra Darryl J. Leiter ve Stanley L. Robertson tarafından genelleştirildi . Gerçek kara delikler ve MECO’lar arasındaki en büyük farklardan biri, ikincisinin gözlem tarafından desteklenen bir gerçek olan kendi manyetik alanlarını üretebilmesidir. Ayrıca, halihazırda kabul edilen modelde belirtildiği gibi, MECO’lar tekillikte çökmezler. MECO’lar sonsuza dek çöken nesnelerdir. Sadece sonsuzlukta tekillik vuracaklar.