Bir karadeliğin fotoğrafını çekmek

Uluslarası bir bilimsel işbirliği olan 'Event Horizon Telescope” (EHT - “Olay Ufku Teleskobu”) grubu, Dünya’dan 55 milyon ışık yılı uzaklıkta bir galaksi olan Messier 87’nin merkezinde yer aldığı düşünülen karadeliğin gölgesinin fotoğrafını yayımladı.
soL - Bilim ve Aydınlanma
Cuma, 12 Nisan 2019 10:06

Einstein’ın ünlü Genel Görelilik Kuramı’nın öngörülerinden olan karadelikler, modern bilimi popüler düzeyde takip eden pek çok insan için en çok ilgi çeken konulardan bir tanesidir. Bilim camiası içinde de benzer bir popülerliğe sahip olduklarını söylemek mümkündür. Bununla birlikte, gözlemsel olarak incelenmesi de bir o kadar zor olan nesnelerdir. Zira, isimden de anlaşılacağı üzere, ışık dahil hiçbir nesnenin kurtulamayacağı kadar şiddetli bir kütleçekim alanına sahiptirler. Dolayısıyla, karadeliklerle ilgili gözlemsel bilginin esasen kütleçekim etkileriyle elde edilebileceği akla gelebilir.

Tabii olası hiçbir gözlemsel kısıt, bilim insanları tarafından bir engel olarak algılanmaz. Örneğin, herhangi bir nesnenin ışık yoluyla gözlenemeyebileceğini söyleyen bir kuramınız varsa, o nesnenin üzerine ışık tutmanız gerekir. Kuramınızın öngörülerinin doğruluk düzeyini ancak onu zorlayarak belirleyebilirsiniz.

Neyse ki, Genel Görelilik Kuramı karadeliklerin bize hiçbir ışık sinyali göndermeyeceğini söylemiyordu. Bir karadeliğin olduğu yerde esasen “kara” olan bölge, “olay ufku” olarak adlandırılan ve ışık dahil hiçbir nesnenin dışına çıkamadığı bir yüzeyin içinde kalan bölgedir.

Olay ufkunun dışında olup, yine de karadeliğin kütleçekim etkisiyle onun etrafında kümelenen başka madde grupları da bulunabilir. Böyle bir durumda, olay ufkunun etrafındaki madde yoğun kütleçekiminin etkisiyle fazlasıyla sıkışır ve ısınır. Bu aşırı ısınma, yüksek miktarda elektromanyetik radyasyonun (genelleştirerek söylersek, “ışığın”) evrene yayılmasına neden olur, ki karadeliğin etrafında görmeyi beklediğimiz tam da bu radyasyondur.

Şekil 1: EHT grubunun elde ettiği karadelik ve gölgesinin fotoğrafı

Uluslarası bir bilimsel işbirliği olan “Event Horizon Telescope” (EHT - “Olay Ufku Teleskobu”) grubu, Messier 87 galaksisinin merkezinde bulunduğu düşünülen karadeliğin konumuna odaklandı ve orada bir karadelik gördü. Elde edilen görüntü, esasen karadeliğin etrafındaki maddeden yayılan radyasyonun görüntüsüdür. Görüntüdeki parlak bölge, karadeliğin etrafındaki maddenin bir kısmını göstermektedir. Karadeliğin olay ufku aslında daha küçük, siyah bölgenin yarısından daha küçük bir bölgeyi çevrelemektedir.

Fotoğrafı haberleştiren kaynaklarda bu duruma pek değinilmese de, EHT grubunun web sitesi https://eventhorizontelescope.org 'da yayınlanan haberde bu ayrıntı ifade edilmektedir. Bu durumun sebebi, olay ufkuna yakın bölgelerdeki madde yoğunluğunun yayılan elektromanyetik radyasyonun parlaklığını azaltması veya bu bölgeden yayılan radyasyonun EHT verilerinin duyarlı olduğu dalgaboyu aralığı dışında kalması gibi olgular olabilir. Sonuçta, olay ufkundan biraz genişçe bir bölgenin fotoğrafı karanlık olarak çekilmiştir; fotoğraflanan bölgeye karadeliğin “gölgesi” denmesinin nedeni de budur.

KOLEKTİF ÇALIŞMA

Çalışmayı önemli kılan hususlardan biri çok zor olduğu ifade edilen bir bilimsel problemin üstesinden gelinmiş olması ise bir diğeri de bu başarının dünya genelinde bilim insanlarının ortaya koyduğu kolektif bir çabanın ürünü olmasıdır.

Event Horizon Telescope (EHT) aslında tek başına bir teleskop değildir; çeşitli ülkelerdeki teleskop dizilerinin senkronize ölçüm yapacak şekilde koordine edilmesiyle elde edilen bir “sanal teleskop”tur. Zira bir teleskobun çözünürlüğü, yani görebileceği en fazla ayrıntının ölçütü, teleskobun büyüklüğü ile ilişkilidir. Söz konusu bir karadelik olunca, gereken teleskop büyüklüğü neredeyse Dünya çapında olmalıdır. Böyle bir teleskobu inşa etmek yerine, Dünya üzerinde farklı konumlarda bulunan teleskopların birlikte işlemesi fikri üzerine yoğunlaşılmıştır. Çalışmaya dahil olan teleskopların konumları aşağıdaki şekilde görülmektedir.

Şekil 2: EHT grubuna dahil olan teleskopların konumları.

Dünya üzerine dağılmış durumdaki teleskoplar, senkronize atom saatleri kullanarak ölçüm zamanlarını büyük bir hassasiyetle takip edilebilir kılmıştır. Dünyanın rotasyonu sırasında incelenen bölgenin her seferinde belirli bir parçasına odaklanarak görüntüler elde edilmiş ve bunlar veri işleyen ekiplerce analiz edilip birleştirilebilmiştir. Elde edilen görüntü, “karadeliğin fotoğrafı” olarak bildiğimiz görüntüdür.

Bu vesileyle, işlenen veri miktarının ne kadar büyük olduğunu da belirtelim. Verileri kaydetmek için gereken sabit disklerin toplam kütlesinin ton mertebesine yaklaşması, ne kadar fazla efor harcandığını ve çeşitli disiplinlerden bilim insanlarının kolektif çalışmasının neden yaşamsal olduğunu ortaya koymaktadır.


Kaynaklar:

https://eventhorizontelescope.org

https://www.theguardian.com/science/2019/apr/10/black-hole-picture-captu...

https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/black-hole-image-makes-h...

https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_EHT

https://www.sciencemag.org/news/2019/04/black-hole

https://www.esa.int/gsp/ACT/phy/Projects/Blackholes/WebGL.html