BİLİMAKADEMİSİ KONFERANSLARI – 12 bilimakademisi.org

Kara Delikler

21 Mart 2013

• Kara Delik Nedir? (Kara Delik Fikrinin Evrimi)

• Kara Delikler Gözlendi mi, Evrende Var mı?

• İlginç Fikirler, Gelişmeler…

“KARA DELİK” Önce askeri argoda..

1756: “Kalküta’nın Kara Deliği”

Mirza Muhammad Siraj ud-Daulah

( Bengal Naibi ) (devletin ışığı)

G. Galilei (1564-1642)

I. Newton (1643-1727)

Öklid Geometrisi = Evrenin Geometrisi

1964: “Kara Delik” Bir Fizik Deyimi..

1687: Principia Mathematica

Evrensel Yerçekimi Yasası

Ole Roemer (1676):

Işık sonlu bir hızla yol alır!

1783: John Mitchell

Kaçış hızı:

Dünya’dan:

P. S. de Laplace

1795

18. yüzyıl:

• Üranüs’ün keşfi (1781)

• Güneş sisteminin kararlılığı … 19. yüzyıl:

20. Yüzyılın başında:

2 problem!

• Ayın yörüngesinde uyuşmazlık,

• Merkür’ün yörüngesinde kayma;

Bir yüzyılda: Ölçülen: 5600″

Teorik: 5557″

Fark: 43 ″ ??

• 3 cisim problemi,

• Neptün’ün kestirimi ve keşfi

(1846; J.C. Adams, U.J.J. Verrier,

J. Galle).

T

i KdA

RIEMANN GEOMETRİSİ

(1777-1855)

(1826-1866)

g

R

Metrik:

Eğrilik:

(1792-1856) 1845-1879 Evrenin Geometrisi

Fiziksel Bir Sorundur!

MAXWELL TEORİSİ (1861)

H. Hertz (1888 )

Elektromanyetik Dalgalar

(1831-1879)

Gözlemevleri:

• Uzayda

• Havalanabilen

• Yeryüzünde

• (Yeraltında)

2008

Hubble 1990

X-ışını Gözlemevi 1999

Radyo Astronomi:

1940’larda;

X-Işını: 1960’larda

VLA Socorro New Mexico (Photo by Hajor 2004)

1915: GENEL GÖRELİLİK

TG

“uzay-zaman”

Yerçekimi = Uzay-zamanın geometrisi

• Zayıf yerçekimi, düşük hızlarda: Newton Teorisi..

• Işığın yolu eğiliyor..

• Gravitasyonel kızıla kayma var..

• Gravitasyonel dalgalar!

K. Schwarzschild (1916)

“Schwarzschild tekilliği”

Birkhoff – Jensen Teoremi..

G = 6.7 × 10−11 m3·kg−1·s−2

c = 3 × 108 m /s

Schwarzschild Yarıçapı

Güneş:

Dünya:

NASA

YILDIZLARIN EVRİMİ

Beyaz Cüceler

Yoğunluk

Güneş: 1.4 g/

Dünya: 5.5 g/

Sirius B: 4 ton/

1 Işık Yılı:

≈ 10 Trilyon km

Uzaklık ölçüsü!

Sirius B

• Dünya’dan 8.6 ışık yılı uzakta,

• Kütlesi ≈ Güneş kütlesi (0.85)

• Dünya yarıçapında

S. Chandrasekhar

(1910 – 1995) Beyaz Cüceler için bir kütle sınırı var!

Chandrasekhar Limiti: (1931)

W. Baade

F. Zwicky L. Landau

1937

1932: Nötronların keşfi

1934 APS

Süpernova,

Nötron Yıldızı

SN 1987A

23/02/1987’den sonra 1987’den önce

Sanduleak: 168 000 ışık yılı uzakta..

168 000 yıl önce!

Yengeç Nebulası (1054 yılında kaydı var; 2000’deki görünüm)

R. Oppenheimer

Oppenheimer ve Volkoff (1939)

Oppenheimer ve Snyder (1939):

Küresel simetrik bir toz bulutunun

gravitasyonel çökmesi:

• Dışı Schwarzschild çözümü.

• Schwarzschild yarıçapı tek yönlü bir zar gibi..

• Sonlu bir has zamanda yıldızın tümü bir tekilliğe çöküyor..

• Uzaktan bakan yıldızın Schwarzschild yarıçapında

donduğunu ve çabucak karardığını görüyor..

“Donmuş Yıldızlar”, “Çökmüş Yıldızlar”

Nötron yıldızları için de bir kütle sınırı var!

Olay Ufku

J. A. Wheeler (1911-2008 ) Ya. B. Zel’dovich (1914-1987)

Yıldız yeterince kütleli ise, gravitasyonel çökme kaçınılmaz!

• Beyaz cüceler

• Nötron yıldızları

• Kara delikler

Mümkün denge konumları:

1963: Kerr Çözümü, Dönen Kara Delikler

İki parametreli: ( Q ile 3..)

M: kütle

a: açısal momentum

• a = 0 → Schwarzschild.

• Olay ufku var.

• “Ergoküre” ..

• Tekillik var, yapısı değişik.

• Eylemsiz referans sistemleri

sürükleniyor..

Penrose süreci, Üstünışınım…

1963: Kuvazarların Keşfi

2.4 Milyar ışık yılı uzakta, Güneş sistemi boyutunda;

M ≈ 900 Milyon Güneş Kütleli, Güneşten 4 Trilyon daha parlak!..

R. Penrose

S. Hawking

1965: Tekillik Teoremleri..

• Kara Deliklerin Genel Tanımı..

• Durağan => Eksensel simetrik..

• “Olay Ufkunun Yüzey Gravitesi: κ ” ..

• Hawking Yüzölçümü Teoremi

Kara Delik Mekaniğinin Yasaları

Termodinamik Yasalarıyla Aynı Şekle Sahip!

Sıcaklık: T ↔ κ

Entropi: S ↔ A

1967: Nötron Yıldızlarının Keşfi..

• Evrende çok güçlü gravitasyon alanları var!

Genel Görelilik gerek. “Kara Delik Astrofiziği”...

• Kara Delik Denge Konumları Çok Basit!

• Kütle, Açısal Momentum, Elektrik Yük..

• 1982: Çözüm Tek!

KARA DELİKLER EINSTEIN TEORİSİNİN BİR ÖNGÖRÜSÜ

• Kuramsal olarak her boyutta olabilir; çok küçük veya çok büyük..

• Delik akla “boşluk” getirmesin. Tersine çok kütleli cisimler!

• Kara Delikler de bütün diğer cisimler gibi yerçekimi yasasına uyar,

aklına estiğince evrende dolanıp önüne geleni yutmaz..

Kozmik Sansür ?

KARA DELİKLER GÖZLENDİ Mİ, EVRENDE VAR MI?

10 Milyar Işık Yılı

Galaksi

Süperkümesi

1 Milyar

Kümeler

Virgo

50 Milyon

Virgo Yerel Grup

2 Milyon

Güneş

Sistemi

Samanyolu

Yüzbin

10 Işık Yılı

• Evrende:

≈ 200 Milyar

Galaksi

• Samanyolunda:

≈ 200 Milyar

Yıldız

• En aşağı Pluto’dan ötede; ≈ 4 Işık Yılı uzakta olmalı..

Samanyolu’nda: ≈ 1 Milyar Kara Delik..

• Bu uzaklıkta 10 km çapında tek başına bir Kara Delik

çözünürlülük gerektiriyor. Bir saç telinin aydan gözlenmesi..

• Yıldız Çiftlerinde.. “Yıldız Kütleli Delikler”

Yüzbin kadar yıldız çifti kayıtlı..

Bin kadarının eşinin Kara Delik olması tahmin ediliyor..

20 kadar Kara Delik saptanmış durumda..

• 2 Milyon Işık Yılı uzaklıktaki Andromeda’da bulmak 400 kez

daha zor..

• Galaksi Merkezlerinde.. “Süperkütleli Kara Delikler”

Milyonlarca! Samanyolu’nun: Sagittarius A* (Sgr A*)

Yıldız Kütleli Kara Delikler: ≈ ( 4 – 20 ) Güneş Kütlesi

Aktif Galaktik Çekirdekler

NGC4261

•Tipik bir galaksinin tüm yıldızlarından 10 000 kez daha parlak!

• Boyutları küçük; 0.08 Işık Yılı (galaksi ≈ 100 000 Işık Yılı..)

• Geniş bir tayfa sahip; termal değil..

• Milyonlarca Işık Yılı uzunluğunda Radyo Jetleri var..

• Kuvasarlar da bir tür AGÇ

Süperkütleli Kara Delikler ≈ ( 1 Milyon – 1 Milyar) G. K.

Enerji Verimliliği: Termonükleer: % 1

Schwarzschild ISCO: %6

Ekstrem Kerr ISCO: % 42

r = 6M

r = M

Mission News

NASA's WISE Survey Uncovers Millions of Black Holes 08.29.12

PASADENA, Calif. -- NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) mission has led to a

bonanza of newfound supermassive black holes and extreme galaxies called hot DOGs, or dust-

obscured galaxies. Images from the telescope have revealed millions of dusty black hole candidates

across the universe and about 1,000 even dustier objects thought to be among the brightest galaxies

ever found. These powerful galaxies, which burn brightly with infrared light, are nicknamed hot

DOGs.

Measuring the universe’s ‘exit door’

For the first time, an international team has measured the radius of

a black hole. Jennifer Chu, MIT News Office

September 27, 2012

The point of no return: In astronomy, it’s known as a black hole — a region in space

where the pull of gravity is so strong that nothing, not even light, can escape. Black

holes that can be billions of times more massive than our sun may reside at the heart of

most galaxies. Such supermassive black holes are so powerful that activity at their

boundaries can ripple throughout their host galaxies. Now, an international team, led by

researchers at MIT’s Haystack Observatory, has for the first time measured the radius of

a black hole at the center of a distant galaxy — the closest distance at which matter can

approach before being irretrievably pulled into the black hole.

4 6 | N AT U R E | VO L 4 9 0 | 4 O C T O B E R 2 0 1 2

Two black holes found in a star cluster The detection of two candidate black holes in a dense system of stars in the Milky

Way suggests that a larger population of such objects might be lurking in this

system. See Letter p.71

İLGİNÇ FİKİRLER; GELİŞMELER:

• Hawking Işıması (1974)

“Mini Kara Delikler” ?

M ≈ 100 Milyon ton

Ekstrem Kara Delikler..

• Gravitasyon Dalgaları Astronomisi!

LIGO: Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory

EGO-VIRGO: European Gravitational Observatory

LISA: Laser Interforemeter Space Antenna

KAGRA: Large Scale Cryogenic Gravitational Wave Project..

Evrende gözlendi;

Yeryüzünde henüz

saptanamadı..

PSR B1913+16

% 0.3 duyarlılık..

• Saç-Yok Teoremlerinin Aşılması..

• Yüksek Boyutlarda: Kara p-zarlar..

• İkna olmayanlar da var!..

OBSERVATIONAL EVIDENCE FOR BLACK HOLES

IN THE UNIVERSE

Proceedings of the 2nd Kolkata Conference on Observational

Evidence for Black Holes in the Universe held in Kolkata India,

10–15 February 2008 and the Satellite Meeting on Black Holes,

Neutron Stars, and Gamma‐Ray Bursts held 16–17 February 2008

Date: 10–15 February 2008

Location: Kolkata (India) ISBN: 978-0-7354-0582-0

Editor(s): Sandip K. Chakrabarti, Archan S. Majumdar

One of the real pleasures of doing science – which will continue

to be true, I believe, on any given day for the next few centuries –

is that we have so much knowledge to build upon, yet there is

still be so much for us to discover.

These two aspects of science remind us that science is a method,

not a finished product. We don’t know where it will lead or what

new, seemingly magical powers it will give us in the future. We

never know whether what we find will turn out to be useful, but

we do know that in the past, whenever we made a major step

forward in our understanding of how the world works, we’ve

ultimately been able to solve more problems, including very

practical problems. I think that’s the only way we can proceed

as basic scientists: We try to see what we can understand, and

we hope it opens more possibilities for what we can do in the

world.

(S. Perlmutter, 2011 Nobel Lecture)