Nötron Yıldızları,Işığın Dahi Kaçamadı
advertisement
Var Olandan Olmaması Gerekeni Oluşturmak Tarih boyunca keşfedebildikleri üzerinde çalışan insanoğlu bir noktadan sonra teorik çalışmalara daha fazla ağırlık vermeye başlamıştır. Var olan çeşitli fenomenlerin antitezlerinin de olduğunu varsayarak çeşitli bulgulara ulaşmayı denemiştir. Bir şey doğada varsa, onun tam tersi de bulunmalıdır düşüncesi tarihin çoğu diliminde insanların kafa yorduğu konulardan olmuştur. Değeri karekök -1 olan i sayısı yoktur, karadeliklerin aksine evrene hiç yoktan madde saçan akdelikler yoktur, Doctor Who dizisinin rüya ve uyanıklığın tarşıldığı bir bölümünde işlenen etrafını soğutan bir yıldız türü yoktur. Karmaşık sayılar, yine kendileri gibi hayali bir varlık olan takyon parçacıklarının kütle değeridir. Bu parçacıklar hiçbir parçacığın erişemeyeceği hızın ışık hızı olduğu evrende en düşük hızı ışık hızından daha büyük olan hayali oluşumlardır. Akdelikler karadeliklerin antitezidir. Karadelik diye kendine yaklaşan her maddeyi, enerjiyi ve bilgiyi yutan fenomenler varsa, bunların tam tersini gerçekleştiren; evrene bunları saçan cisimler de olmalı mantığıyla ortaya atılmıştır. Solucandeliği isimli, uzayın ve zamanın iki farklı konumunu birbirine bağladığı farz edilen köprülerin bir ucunu oluşturması gerektiği düşünülür. Diğer uçta ise bir karadelik yer alacaktır. Evrendeki en parlak ve en yüksek enerjiye sahip cisimler olan kuasarlar keşfedildiklerinde bunlar hakkında düşünülen şeylerden biri bunların teoride var olan akdelikler olduklarıydı. Fakat sonradan bunların aslında birer karadelik sistemi olduğu ortaya çıktı. Merkezde bulunan karadelik etrafındaki bolca maddeyi etrafında yüksek hızda çevirip sıkıştırarak büyük enerjiler oluşmasına neden oluyordu. Soğuk yıldız ile ilgili herhangi bir hipoteze denk gelmedim. Doctor Who dizisinde bu konunun işlendiği bölümde karakterler sürekli olarak farklı iki durum arasında uyanıp rüyaya dalarak iki farklı evrende gidip geliyor ve hangisinin rüya olduğunu anlamaya çalışıyorlar. Bu iki durumdan birinde burada bahsedilen türde bir soğuk yıldız mevcut ve uzay gemileri olan TARDIS bu yıldıza doğru git gide yaklaşıyor, yaklaştıkça sıcaklık git gide düşüyor. Soğuk yıldız ifadesi normal şartlar altında sıcaklığı genel olarak yıldızların ortalama sıcaklığından daha düşük olan yıldızlar için kullanılan bir ifade. Doğal olarak bu konuda bilgisi olan olan herkes bir yıldızın oluşum şartlarını ve bir bütün halinde bulunması için gereken kesin yasaları bildiğinden bu tarz bir hipotezi ortaya atmak yürek isteyecektir. Evrendeki büyük çoğunluğu hidrojen olan serbest gaz ve diğer elementler kütleçekim etkisiyle bir araya gelerek yıldızın doğumuna neden olur ve bunun sonucu olarak yıldız yarattığı nükleer tepkimelerin etkisiyle her bir yanı yüksek ısı içeren bir küre halini alır. Dolayısıyla bir yıldızın yüksek sıcaklıktan bağımsız olarak düşünülmesi söz konusu değildir. Evrende soğuk bir şey varsa, bunun ismi de yıldız değildir. Kahverengi cüceler yıldız ve gezegen arasında kalmış gök cisimleridir ve gezegen kadar soğuk olmaları mümkündür fakat bunlar doğal olarak yıldız tanımı içinde yer almaz. Karmaşık sayıların gelişimi konusuna daha ayrıntılı olarak bakalım. Her medeniyet kendi içinde matematiği geliştirerek farklı noktalara getirmiştir; fakat kökleri bugüne dayanan, bugünkü insanoğlundan oluşan medeniyetin geliştirdiği matematiği baz alarak olaya farklı bir açıdan yaklaşalım. Medeniyet dendiğinde bu tanım ırkları veya toplumları işaret etmez, toplumların birbiri ile ilişkileri sonucu ve yazının da icadıyla birlikte bulguların kalıcı hale gelmesiyle bugünkü insanoğlu tek bir medeniyet olarak alınabilir. Antik medeniyetlerin bundan ayrılmasının nedeni bir noktada tarih sahnesinden silinmeleri, çoğunun bulgularını kalıcı hale getirememesi ve dolayısıyla arada büyük bir kesinti oluşmasından kaynaklanır. O medeniyetlerin bulguları keşfedildikçe onlardan ufak çaplı olarak yararlanılır, fakat bu aynı tanıma girmelerini sağlamaya yetmez. Bugünkü medeniyetten devam edelim. Matematiği yavaştan kullanmaya başlayan insanlar için başlarda “0” diye bir sayı dahi yoktur. İnsanlar yokluğu ifade etmeye uzun bir süre gerek duymadı. Fakat birçok medeniyetin de yaptığı gibi sonunda bir şekilde bu sayı keşfedildi. Bir şeyin değeri varsa ve bu bir şekilde ifade edilebiliyorsa, aynı şekilde olmadığı durum da söz konusu olmalıydı. Artık ortada hiçlik ve pozitif sayılardan ibaret bir matematik bulunuyordu. Elbette bu kadarla sınırlı kalınmadı. İnsanoğlunun farklı bir yaklaşıma daha ihtiyacı vardı. Bu yaklaşım ise bir şeyin eksik olması olacaktı. Bunun sonucunda negatif sayılar ortaya atıldı. Varlıksal olarak ele gelir bir durumları olmasa da, bu kavram borç anlamına veya bir şeylerin olması gerektiği yerde o an olmaması gibi anlamlara geliyordu. Negatif sayılar gerçek hayatta direkt olarak bir varlığa sahip değildir. Yalnızca eksikliği ifade etmenin bir yoludur. Fakat bu insanoğlu için yeni bir yaklaşımdı. Bu kavram pozitif sayıların tersi olarak ortaya çıkmıştı. Karekök -1 gibi bir kavram da aynı mantıkla ortaya atılmıştır. Fakat negatif bir sayı gerçek anlamda yine bir anlama sahipken karekök -1 gibi bir sayının hiçbir şekilde bu evrende bulunmaması gerekir. İlk ortaya atıldığında matematikçiler için bir oyuncaktan ibaret olan bu kavram kuantum mekaniği gibi bilimsel alanların gelişimi ile birlikte, fiziğin derinliklerine inildiğinde her şeyin algılandığı gibi olmadığı keşfedildiğinde kendine yavaş yavaş yer bulmuştur. Kuantum da insan algısının dışındadır ve kuantum evreninde ilerleyebilmenin yolu yeni varsayımlar geliştirebilmektir. Bu yaklaşım elbette karmaşık sayıların var olduğu anlamına gelmez, yalnızca insanoğlunun bu aşamada yeni varsayımlara açık olması gerektiği ortaya çıktığında bir anahtar görevi görmeye başlamıştır. Bu yüzden bu kavramın ismi sanal sayıdır. Yine karmaşık sayılarla yapılan işlemlerden birçok bilim dalında ve çeşitli bilgisayar grafiklerinin oluşturulmasında faydalanılır. Evrendeki En Ağır Yıldız Türü: Nötron Yıldızları Yıldızlar yaşamlarının sonunda biçim değiştirirler. Nükleer reaksiyonlar süpernova patlamasına neden olur. Kütlelerine göre yıldızlar enerjisi tükendikten sonra kara delik, beyaz cüce veya nötron yıldızlarına dönüşürler. Bir yıldızın süpernova sonrasında nötron yıldızı olabilmesi için Güneşten 4 ila 8 kat büyük olması gerekir. Güneş kadar olan yıldızlar nötron değil, beyaz cüceye dönüşürler. Yıldız yapısında bulunan hidrojeni helyuma, helyumu da karbona dönüştürerek yaşamını sürdürür. Bu reaksiyonlar yıldızın kütle çekim kuvveti ile dış basıncının dengede olmasını sağlar. Normal şartlar altında bu füzyon tepkimeleri yıldızın boyutunu sabit tutup yaşamını devam ettirebilmesi için yeterlidir. Yapısında bulunan hidrojen tükenmeye başladığında yıldızın çekim kuvveti artar. Bu da yıldızın çekirdeğine doğru büzüşmesine neden olur. Çekirdeğinde kalan son hidrojenlerin füzyon tepkimesi yaptığı için yıldız az da olsa ışık yaymaya devam eder. Bu noktadan sonra helyum füzyonu gerçekleşir. Helyum atomları birleşerek karbonu oluşturur. Helyum füzyonunda aşırı derecede enerji açığa çıkar. Kütle çekim kuvveti etkisiz kalır ve yıldız hızla büyümeye başlar. Yıldız kırmızı dev halini alır. Çekirdekteki yoğunluk atomların birbirine girmesine neden olacak kadar yoğundur. Bu yoğunluk elektron ve protonların birleşerek nötronu oluşturmasına neden olur. Helyumu da tükenen dev yıldız hızlı bir şekilde çökmeye başlar. Geriye sadece çekirdeğine kadar aşırı derecede sıkışmış, nötrondan oluşan ve yüksek yoğunlukta ölü bir gök cismi kalır. Bir nötron yıldızının çapı 10 ile 20 km civarında olabilir. Ancak Güneşin 1,4 ile 2,1 arasında katı kütleye sahiptir. Nötron yıldızında ki yoğunluk o kadar fazladır ki, eğer nötron yıldızından 1 çay kaşığı nötron alabilseydik bu milyonlarca ton ağırlında olurdu. Nötron yıldızları saniyede 10 ila 100 defa döner. Manyetik alanları Dünya’nın manyetik alanının birkaç trilyon katıdır. Işık ve radyo gibi dalgaları dar demetler haline getirir. Bu demetler, yıldızın manyetik alanı doğrultusuna uygun hale gelerek, biri kutuptan diğer kutba doğru uzaya yayılan fışkırmaları oluşturur. Nötron yıldızının dönüş ekseni ile manyetik ekseni çakışmazsa bu fışkırmalar bir deniz fenerinin ışığına benzer şekilde uzayı tarar. Bu fışkırmaların hedefine giren gök cismi radyasyona maruz kalır. Bu yıldızlara Pulsar (Atar yıldız) denir. Işığın Dahi Gizemli Gök Karadelikler Kaçamadığı Cisimleri: Karadelikler güneşten birkaç kat daha büyük yıldızların son evresidir. Karadelikler, muazzam bir çekim gücüne sahip, ışığı dahi içine çekip kaçmasına izin vermeyen gök cisimleridir. Karadeliklerin sonsuz kütleye sahip oldukları varsayılır. Bu kütlelerine rağmen hacimleri çok küçüktür. Kilometrelerle ifade edilebilecek kadar küçüktürler. Karadelik kavramı Albert Einstein’ın genel görelilik kuramıyla ortaya çıkmıştır. Sonra Karl Schwarzschild “Einstein alan denklemleri” adlı kara deliğin varlığı ortaya atan bir yazı yayınlamıştır. 1971 yılında ilk karadelik Uhuru uydusu tarafından Kuğu takımyıldızında tespit edilmiştir. Karadelikten bahsedebilmemiz için önce yıldızlardan bahsetmemiz gerek. Öncelikle küçük gaz ve toz bulutlarından büyük bulutlar oluşur. Bulutlar birbirleriyle birleşerek büyürler. Çekimsel güç bulutun büzülmesini sağlar. İç ısınma basıncın oluşmasına neden olur. Bulut büzülme ile parçalara ayrılır. Gaz parçacıkları hızlanır ve çarpışırlar. Sıcaklık artar. Bu durum basıncın artmasına neden olur. Çökme yavaşlar veya durur. Enerji yayılmaya başlar. Yıldızın merkezi yoğunlaşmaya başlar. Bu yoğunlaşma yıldızın doğmasını sağlar. Yıldızlar hidrojen ve helyumdan oluşan gaz kütleleridir. Füzyon tepkimeleriyle hidrojen çekirdeği helyuma, helyum çekirdeği karbona dönüştürür. Hidrojeni tükenen yıldız soğumaya ve büzüşmeye başlar. Bünyesindeki helyumu karbona dönüştürür. Kütlelerine göre yıldızlar yakıtı tükendikten sonra beyaz cüce, nötron, pulsar ya da bir karadelik olur. Yıldız, ne kadar büyük kütleli ise, o derecede yakıtını çabuk bitirir. Kütlesel çekimi dengelemek için, daha çok ısıya ihtiyaç duyar ve böylece yakıtını çok çabuk bitirir. Yıldız ne kadar büyükse ömrü o kadar kısa olur. Kararsızlaşan yıldız dış kabuğunu uzaya fırlatır. Kütle çekim kuvveti basınç kuvvetinden fazla olur ve yıldız çekirdeğe doğru sıkışmaya başlar. Çekirdek yoğunlaştıkça çekim kuvveti artar ve artık yıldız kendi yaydığı ışığı kendine doğru çeker. Bunun sonucunda Karadelik dediğimiz devasa çekim gücüne sahip, ancak çapı kilometrelerle ölçülebilecek bir gökcismi oluşur. Karadeliklerin kendi ışığını çekebilecek bir çekim gücüne sahip olduğu için ışık yaymaz ve siyah bir cisim halini alır. Olay Ufku Olay ufku ışığın ve maddenin kaçamadığı bölgenin sınırıdır. Olay ufkunu incelemek mümkün değildir. Çünkü olay ufku içerisinde devasa bir çekim gücü bulunmaktadır. Işık dahi olay ufkuna girdiği anda kara deliğin çekim gücüne kapılır ve kaçamaz. Bu yüzden olay ufku sınırlarını içerisi hep bir sır olarak kalacaktır. Eğer güneş içine çöküp karadelik olsaydı olay ufku sadece birkaç kilometre olurdu. Karadelik Teorileri Karadelikler bilim insanları için bir sır küpüdür. Bu gizemli gökcisimleri uzun bir zaman sır olarak kalacaktır. Belki de hiçbir zaman ulaşılamayacaktır. Bir kara deliğe ulaşırsak ne ile karşılaşırız sorusu bilim insanlarının aklını her zaman kurcalamıştır. Bu yüzden karadelikler hakkında birçok teori ortaya atılmıştır. Bu teoriler arasında en dikkat çekenleri Solucan deliği, zamanda yolculuk ve hologram teorileridir. Her biri ancak deneme yoluyla kesin kanıta ulaşılabilecek teorilerdir. Günümüz teknolojisiyle bir kara deliğe ulaşmak mümkün olmadığı için bunlar şimdilik sadece teori olarak kalmaktadır. Solucan Deliği Solucan deliği Albet Einstein tarafından ileri sürülmüştür. Solucan deliği uzay-zamanda bir kısayol olabileceğini varsayan bir kuramdır. Solucan deliği bir karadelik ve bir beyaz delik arasındaki bağlantıya denir. Yani bu Dünya’nın etrafında dönmek yerine Dünya’nın içinden geçmek gibi bir durumdur. Solucan deliğinin orta noktası durak noktasıdır. Burada birkaç saniye içinde yıldızların ölümünü görebilirsiniz. Ancak buradan çıkabilmek için ışıktan daha hızlı hareket etmeniz gerekir. Eğer çıkamazsanız enerji ve gaz kütlesi haline dönüşürsüz. Bu yüzden bu teori imkansız gibi görünüyor. Ancak modern fizik bunun aksini henüz kanıtlayamamıştır. Zamanda Yolculuk Mümkün müdür? Filmlere dahi konu olan zamanda yolculuk üzerine araştırmalar yapılan bir konudur. Kimi fizikçilere göre karadelikler ve solucan deliği zamanda bir kapı açabilir. Kimisine göre de karadeliklerin çekim kuvveti ve uzay-zamanı bükmesi zamanda yolculuğu mümkün kılabilir. Zamanda yolculuk eğer mümkünse bile geçmişe yolculuk başlı başına bir sorundur. Geçmişe yolcuğunun olabilmesi için evrenin bizim yaşadığımı her anı kaydediyor olması gerekir. Geçmişe yolculuk konusunda birçok paradoks bulunmaktadır. Büyükbaba Paradoksu Paradoks cevaplanmadan bu konu hakkında kesin bilgi vermek mümkün değildir. Eğer geçmişe giderek büyükbabanızı öldürürseniz, siz doğmamış olursunuz. Eğer siz doğmadıysanız geçmişe gidip büyükbabanızı öldüremezsiniz. Büyükbabanız ölmezse siz doğarsınız . Kimi fizikçilere göre geçmişe giderseniz paralel evrende başka bir dünyaya gitmiş olursunuz. Ancak bu kesin bir cevap değildir. Bu paradoks başlı başına bir sorun olarak kalmıştır. Zaman Tüneli Paradoksu Büyükbaba paradoksuna benzer bir paradoksu da Stephen Hawking ortaya atmıştır. Eğer geçmişe giden bir zaman makinesi olsaydı ve siz 1 dakika öncesine bir kapı açsaydınız. Kendinizi 1 dakika önce kendini öldürmeye hazırlanan kendinizi görürdünüz. Ve onu 1 dakika öncesindeki haliyle öldürürseniz siz hiç olmazsanız ve geçmişe gidip kendini öldüren biri olmazdı. Bu durumda siz yaşıyor olurdunuz ve geçmişe gidip kendini öldürmeye hazırlanırdınız. Bu paradoks döngüdür ve bir çıkmazdır. Bu yüzden bu paradokslar cevaplanmadan geçmişe yolculuk yapılabilir demek olanaksızdır. Geçmiş yolculuk imkansız gibi görünüyor ancak geleceğe yolculuk olabilir. Bunun bir yolu uzay-zamanın büküldüğü solucan deliğidir. Diğer bir teori ise ışık hızına ulaşmaktır. Geleceğe yolculuk yapılabilir mi sorusuna cevap verebilmemiz için bir kara deliğe gitmemiz gerekir. Samanyolu galaksisinde devasa bir karadelik bulunmaktadır. Galaksinin en büyük kara deliğidir. Ancak ışık hızında hareket edebilsek de bu kara deliğe ulaşmak binlerce yıl alır. Günümüz teknolojisi ışık hızına dahi ulaşmakta aşırı derecede yetersiz kalmaktadır. Işık hızına ulaşınca enerji olma durumu da söz konusudur. Işık hızında hareket edebilecek bir araç yapabilsek bile bu aracın saniyede 300.000 kilometre hıza ulaşınca enerjiye dönüşme, atomlarına ayrılma durumu gerçekleşebilir. Eğer galaksinin en büyük kara deliğine mekikle gitme şansımız olsaydı ve bu mekik kara deliğin olay ufkuna girmeden çevresinde kara deliğin çekim gücünün de verdiği etkiyle dolaşabilseydi zamanı bükebilirdi. Teoriye göre kara deliğin zamanı bükmesinden de yararlanabilecekti. Ve mekiktekiler için zaman Dünyaya oranla yarı yarıya olacaktı. Bu durumda onlar için 1 yıl geçtiğinde dünyadakiler için 2 yıl geçmiş olacaktı. Evrene bir sınır konulamaz. Çünkü evren ışığın hızından daha hızlı bir şekilde, daha da hızlanarak genişlemektedir. Dünya ise bu evrenin içinde tarif edilemeyecek kadar küçük bir gezegendir. Bu yüzden evrenin sırrını çözebilmemiz bir hayal gibi görünüyor. Görülebilir evrende milyarlarca yıldız, gezegen karadelik, kuasar ve galaksiler bulunur. Işık hızına ulaşabilsek bile galaksiden çıkmamız binlerce yılı bulabilmektedir. Dünya ya en yakın karadelik milyonlarca kilometre uzaktadır. Bu yüzden karadelikler hakkında kesin bir bilgiye ulaşmamız güçtür. Kuasar Nedir, Ne Değildir Evrenin geri kalanında yer alan gözlemlenebilir objelerle kıyaslandığında çevresine muazzam güçte enerji yayan gök cisimlerine kuasar deniyor. İngilizcede Quasar ismi “Yıldız benzeri radyo kaynağı” anlamına gelen “Quasi-stellar radio source” ifadesinden gelmekte. Standart bir galaksiye nazaran milyonlarca kat küçük boyutlarda olmalarına rağmen bu gök cisimleri bir galaksiden çok daha parlak ve yüksek enerjiye sahip olarak gözlemleniyor. Radyo dalgaları dahi yayabilen bu cisimler ilk keşfedildiklerinde bunların dünyanın gözlemlenebilir evreninde yalnızca en uzak köşelerde, en yaşlı gök cisimleri oldukları düşünülüyordu. Bundan dolayı galaksilerin en ilkel biçimleri olarak görülmüşlerdi. Bunun nedeni o zamanlarda keşfedilen bireylerinin yüksek kırmızıya kayma oranlarıydı. Kırmızıya kayma en basitinden bir nesnenin ne kadar hızlı uzaklaştığını gösteren bir hesaplama metodu. Işık dalgalarının uzaklaştıkça dalgaboyunun artmasına bağlı olarak renginin kırmızıya yaklaşmasından kaynaklanıyor. Kuasarların akdelik olabileceğini düşünenler de vardı. Akdelikler evrende var olması mümkün olmamasına rağmen matematiksel hesaplara göre olabilecek gökcisimleri. Karadeliklerin tam tersi nitelik sergiliyor. Karadelikler çevresindeki bütün maddeyi emerken teorik bir akdelik ise etrafına sürekli olarak madde püskürtüyor. Solucan deliği fikri de buradan çıkıyor. Bir akdelik ve bir karadelik birbirine kısa bir yoldan bağlandığı zaman uzayzaman üzerinde bir geçit açılıyor. Bu geçit farklı iki zaman veya farklı iki mekan arasında olabilecek bir yol izliyor. Fakat karadelikler maddeyi yok etmez, yalnızca merkezindeki tekillikte biriktirirler. Akdeliklerin gerçek olabilmesi için karadeliklerin bu maddeyi fiziksel olarak varken yok edebilmesi gerekir ki bir akdelik de madde yaratabilsin. Bilinen fizik kurallarına göre madde ve enerji yoktan var, vardan yok edilemez; daima birbirlerine dönüşerek evrende sabit kalır. Bu hipotezler ancak bu evrenin fiziksel kurallarının geçerliliğini yitirdiği bir başka evrende gerçekleşebilir. Bugün son yapılan gözlemlerin etkisiyle biliniyor ki, dünyadan birkaç yüz milyon ışıkyılı uzaklıkta kuasarlar da bulunmakta. Kuasarların mesafesindeki bu hesaplama yanlışı geçmişte kırmızıya kayma metodunun yanlış kullanımından kaynaklanıyor. Başka değişkenler hesaba katılmaksızın bir kuasarın uzaklığı direkt olarak kırmızıya kayma oranından ölçülemez. Geçmişte bu şekilde düşünüldüğünden dolayı böyle bir algı oluşmasına neden olundu. Galaksiler ve kuasarların birbirine uzak olmayarak birbiri ile madde alışverişi yaptığı gözlemlendiğinde bu algı artık yıkıldı. Fakat halen kuasarların yüksek kırmızıya kayma sergileme nedenleri hakkında bir teori mevcut değil. Kuasarların bu yüksek enerjilerinin içlerinde bulunan dev kütleli karadelikten kaynaklandığı düşünülüyor. Karadelikler etrafındaki gazları yutarken etrafında tur attırarak emer. Böylece gazlar çok yüksek sıcaklığa ve enerjiye sahip olarak bu muazzam parlaklığa ulaşır. Yazının videosu:
