Hawking Radyasyonu Nedir, Kara Delikler Nasıl Oluşur?

Hawking radyasyonu nedir ve nasıl oluşur? Bu yazımızda ünlü fizikçi Stephen William Hawking’in 1974 yılında yapmış olduğu teorik tahmini anlatacağız. Hawking radyasyonunu daha iyi anlayabilmek için yıldızların nasıl oluştuğunu, yıldızların nasıl öldüğünü ve kara deliklerin yapısını bilmekte fayda var bu yüzden yazımızda bu başlıklara da değineceğiz.

Bu gibi konularda daha fazla bilgi sahibi olmak için Fizik kategorimizi ziyaret edebilirsiniz.

Stephen William Hawking Kimdir?

Stephen Hawking, 8 Ocak 1942 yılında Oxford, İngiltere’de dünyaya gözlerini açtı. Hawking, eğitimini başarılı bir şekilde Oxford Üniversitesi’nde sürdürdü ve ardından doğa bilimleri dalında lisansını yaptı. Babası Hawking’in tıp okumasını istiyordu lakin o matematiğe aşık olmuştu. Okuduğu okulda matematik bölümü olmadığı için fizik öğrenmeye başladı. Daha sonra Hawking, kozmoloji hakkında araştırmalar yapmak üzere Cambridge Üniversitesi’ne gitti ve burada doktorasını yaptı. Hawking, Big Bang ve kara delikler hakkında büyük buluşlara imza attı. 1975 yılında yazımızın da konusu olan kara deliklerin radyasyon yayabileceği fikrini ortaya attı.

Ne yazık ki Hawking’e henüz 21 yaşındayken amiyotrofik lateral skleroz (ALS) adında bir hastalık teşhisi konuldu. Bu hastalık, sinir hücrelerinin zamanla zayıflamasına ve buna bağlı olarak zamanla felce yol açmaktadır. Doktorları Hawking’e sadece 2 yıl hayatta kalabileceğini söylemesine rağmen Hawking, 55 yıl boyunca bu hastalığa karşı mücadele etti. Maalesef hastalığı sebebiyle, 14 Mart 2018 tarihinde Stephen Hawking aramızdan ayrıldı.

Hawking Radyasyonu: Bir Yıldızın Doğumu

Genel olarak yıldızları uzayın nükleer reaktörleri olarak hayal edebilirsiniz. Yıldızlar, evrenin çeşitli bölgelerinde bulunan gaz ve toz bulutları sayesinde oluşmaktadır. Bu bulutlara en güzel örneklerden biri günümüzde bulunan Orion bulutsusudur. Bu bulutlar çoğunlukla hidrojen, helyum ve az miktarda daha ağır elementlerden oluşmaktadır. Bu gaz bulutları, bir dış etkiye (şok dalgası, bir yıldızın patlaması) bağlı olarak tepkimeye girer. Gerçekleşen dış etki sonucunda gaz bulutu tümüyle sıkışmaya başlar. Bu sıkışma süreci devam ettikçe, gaz bulutu içerisindeki maddeler bir araya gelmeye başlar, sıcaklığı artmaya başlar ve yoğunlaşır. Bu süreç yıldız çekirdeğinin oluşabileceği kıvama gelene kadar devam eder ve bu sırada yavaş yavaş ön yıldız oluşmaktadır. Sıcaklık ve basınç arttıkça, hidrojen ve helyum çekirdeklerinde termonükleer füzyon başlar ve bununla birlikte bu füzyon reaksiyonları, nükleer enerji üretir ve yıldızın parlamasını sağlayan ışığı ortaya çıkartır. En sonunda bu termonükleer füzyon reaksiyonları, dışarıya enerji yayarak yıldızı denge haline sokar. Yıldız hidrojeni helyuma dönüştürerek büyür, gelişir ve evrimleşir.

Hawking Radyasyonu: Kısaca Kara Delik Tarihçesi

Bir yıldızın nasıl oluştuğunu öğrendiğimize göre kara deliğin tarihçesine kısaca göz atabiliriz. Kara delik ilk önce Albert Einstein’ın 1915 yılında yayınladığı genel görelilik teorisiyle karşımıza çıkmaktadır. Genel görelilik, kütlenin uzay – zaman dokusunda eğrilmeye neden olduğunu, bu eğrilme yüzünden yerçekiminin oluştuğunu söyler. Bu eğrilme aynı zamanda ışığın bükülmesini, cismin hareketini, ve zamanını etkiler. Yani hızlı hareket eden bir cisme göre zaman daha yavaş akmaktadır. Daha sonra kütlesi yeterince yüksek olan bir yıldızın kendi üzerine çökerek kara delik oluşturabileceği düşüncesi Hintli astrofizikçi Subrahmanyan Chandrasekhar ve Amerikalı astrofizikçi William Alfred Fowler tarafından 1983 yılında matematiksel teori ile ortaya çıkmıştır. “Kara delik” terimini ise ilk önce fizikçi John Wheeler 1967 yılında ortaya çıkarmıştır. Sonraki yıllarda ise teknolojinin gelişmesiyle birlikte bilim insanları astronomik gözlemler yaparak kara delikler hakkında daha fazla bilgi sahibi olmaya başladı. Hatta bilim insanları 2019 yılında bir kara deliğin ilk defa fotoğrafını çekmeyi başardılar.

Kara Delik Nedir ve Nasıl Oluşur?

Yıldızlar yaşamak için hidrojene ihtiyaç duyar. Yıldızlar, çekirdeklerinde gerçekleşen füzyon tepkimeleri sayesinde hidrojen gazını helyum gazına çevirir. Tıpkı bizlerin hayatta kalabilmesi için oksijen gazını karbondioksit gazına çevirmesi gibi. Bu nedenle hidrojen tükenmeye başladıkça yıldızların çekirdeği büyük bir baskı altına girmeye başlar. Baskıya dayanamayan çekirdek, kendi kütle çekimi yüzünden devasa bir basınca maruz kalır. Devamında çekirdek bu basınca daha fazla dayanamaz ve çökerek kara deliği oluşturur. Kara delikler, olay ufku, ergosfer ve tekillik olmak üzere üç temel bölümden oluşmaktadır. Olay ufku, kara deliğin dış sınırı olarak tanımlanır. Herhangi bir nesne olay ufkunu geçtiği zaman yerçekiminin oluşturduğu etki yüzünden asla kaçamaz. Ergosfer, Kara deliğin çevresindeki bölgedir. Bu bölgede cisimler neredeyse ışık hızına yakın bir şekilde hareket etmektedir. Ve bu olay zamanın akışını değiştirir. Tekillik ise kara deliğin merkezindeki sonsuz yoğunluğa sahip bir noktadır. Dolayısı ile bu noktada fizik yasaları tamamen çökmektedir. Ayrıca bu noktada cisme ne olduğu, nereye gittiği tam olarak bilinmemektedir.

Kara Delik Çeşitleri:

Kara deliklerin ne olduğunu ve nasıl oluştuğunu anladığımıza göre kara deliklerin çeşitlerini öğrenebiliriz zira kozmosta tek bir kara delik türü yok. Evrende Yıldız kara delikleri, dev kütleli kara delikler ve orta düzey kara delikler olmak üzere başlıca üç temel kara delik türü bulunmaktadır. Bunları sırayla el alacak olursak;

• Yıldız kara delikleri, Kütlesi Güneşimizin kütlesinin 100 katı kadar üzerinde olabilen yıldızların enerjilerini bitirip kendi üzerlerine çökmesiyle oluşur.
• Dev kütleli kara delikler, galaksilerin merkez noktasında bulunur. Bizim de içinde bulunduğumuz Samanyolu Galaksisi’nin merkezinde “Sagittarius A” adında dev kütleli bir kara delik bulunmaktadır ve bu tür kara deliklerin kütleleri Güneş’in milyonlarca katı üzerinde olabilir.
• Orta düzey kara delikler ise, diğer iki kara delik türünün arasında bir kütleye sahiptir.

Peki, Güneş kara deliğe dönüşebilir mi? Hayır Güneşimiz kara delik oluşturabilecek kadar yüksek kütleye sahip değildir. Güneş, yaklaşık 5 milyar yıl içinde kırmızı dev aşamasına ulaşacak ve bu sırada Merkür, Venüs ve Dünyayı yutacaktır. Daha sonra Güneş, dış katmanlarını uzaya püskürtecek ve beyaz cüce olarak hayatına kaldığı yerden devam edecektir.

Kara Delikler Kara ise Nasıl Tespit Ediliyor?

Kara delikler yapısı gereği siyahtır ve bu yüzden onları doğrudan gözlemlemek çok zordur bu yüzden bu yapıları tespit etmenin iki yolu vardır. Kara delik, bir yıldızı yutmaya başladığında kara deliğin toplanma diskinde bulunan gazlar çok yüksek derecelere ulaşarak ısınmaya başlar. Bu ısınma sonucu etrafa X ışınları yayılmaya başlar. Bütün bu olanlar olay ufku dışında gerçekleştiği için X ışınları kara delikten kaçabilir. Kara delikleri tespit etmenin bir diğer yolu ise “kütleçekimsel merceklenme” denilen olay sayesinde mümkün olmaktadır. kütlesi yüksek olan cisimler uzay – zaman dokusunu büker. Herhangi bir kaynaktan yayılan ışığın yolu, kütlesi büyük olan cismin uzayı büktüğü bölgeyle kesişirse ışık o noktada bükülür. Bu noktaya bakan gözlemci bu bükülmeyi gözlemleyerek o noktada uzay – zaman dokusunu büken bir cisim olduğunu anlayabilir. Soldaki görselde kütleçekimsel merceklenme olayına maruz kalarak bükülüyormuş gibi görünen yıldızları ve galaksileri görebilirsiniz.

Hawking Radyasyonu Nedir?

Hawking radyasyonu, fizikçi Profesör Stephen Hawking’in 1974 yılında yaptığı, kuantum mekaniği ile genel görelilik arasındaki ilişkiyi ortaya çıkaran teorik bir tahmindir. Hawking’in bu araştırmada özellikle odaklandığı nokta, kara deliklerin sadece maddeleri yakalayıp yutması değil aynı zamanda enerji yayarak buharlaştıkları fikriydi. Hawking bu konuda, kara deliklerin kuantum mekaniği ve görelilik kuramını birleştirerek araştırma yapmıştır. Bu teoriye göre kara delikler, olay ufku yakınında kuantum etkileri nedeniyle zayıf bir radyasyon yaydıkları düşünüldüğü için tamamen kara değildir. Teori, kara deliğin olay ufku yakınında sürekli olarak parçacık ve anti parçacık çiftlerinin üretilip yok edildiğini öne sürüyor. Bazen parçacıklardan biri kara deliğe düşerken diğeri ise radyasyon olarak geri kaçar. Bu süreç Hawking radyasyonu olarak adlandırılır ve kara deliğin sıcaklık sahibi olduğunu gösteren enerji parlamaları oluşturması gerektiğini söyler. Bütün bu olanlar, kara deliklerin yavaş yavaş enerji kaybettiğini anlatmaktadır. Hawking’in teorisi kara deliklerin son derece uzun bir zaman sonunda buharlaştığını ima ediyor. Teori deneyle kanıtlanmıştır fakat doğrudan gözlemlenememiştir.

Özetle Hawking Radyasyonu

Kısaca açıklamak gerekirse Hawking radyasyonu, fizikçi Profesör Stephen Hawking tarafından 1974 yılında kuantum mekaniği ile genel göreliliği birleştirerek yapmış olduğu teorik bir çalışmadır. Hawking’in bu teorisi, kara deliğin olay ufku yakınında sürekli olarak parçacık ve anti parçacık çiftlerinin üretilip yok edildiğini öne sürüyor. Bazen bu parçacıklardan biri kara deliğe düşerken diğer parçacık ise radyasyon olarak kara delikten geri kaçmaktadır. Bu yüzden kara delikler yavaş yavaş enerji yaymaya başlar ve buna bağlı olarak buharlaşıp yok olur. Hawking’in bu teorisi deneyle kanıtlanmış olsa da henüz doğrudan gözlemlenemediğini belirtmekte fayda var.

Kaynakça

1. Yıldız Oluşumu | Astrofizik Merkezi | Harvard ve Smithsonian . (nd). https://www.cfa.harvard.edu/research/topic/star-formation
2. Christensen, MBE (2019). Yıldızlar nasıl oluşur? Genç Zihinlerin Sınırları , 7 . https://doi.org/10.3389/frym.2019.00092
3. Yıldız-Vikipedi . (2005, 20 Kasım). https://tr.wikipedia.org/wiki/Y%C4%B1ld%C4%B1z
4. Yıldızlar – NASA Bilimi . (nd). https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/how-do-stars-form-and-evolve
5. Kara Delikler – NASA Bilimi . (nd). https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/black-holes
6. Personel, S. (2020, 9 Haziran). Hawking radyasyonu nedir? : Bilim Uyarısı . Bilim Uyarısı. https://www.sciencealert.com/hawking-radiation
7. Vikipedi’ye katkıda bulunanlar. (2023, 26 Kasım). Hawking radyasyonu . Vikipedi. https://en.wikipedia.org/wiki/Hawking_radiation
8. Dobrijeviç, D., Tillman, NT ve Dutfield, S. (2023, 13 Mayıs). Stephen Hawking biyografisi: Teoriler, kitaplar ve alıntılar . Space.com. https://www.space.com/15923-stephen-hawking.html
9. Vikipedi’ye katkıda bulunanlar. (2023a, 19 Kasım). Yerçekimi zaman genişlemesi . Vikipedi. https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_time_dilation
10. Güneş-Vikipedi . (2005, 30 Mayıs).