Yıldız Kütleli Kara Delikler
Çok büyük kütleli bir yıldızın çekirdeği, herhangi bir basıncın destekleyemeyeceği kadar ağır olduğunda, sınırsızca bir kara deliğe çöker; bu, yerçekimi o kadar güçlü olan bir bölgedir ki ışıktan bile kaçamaz.
Tanım
Yıldız kütleli bir kara delik, büyük kütleli bir yıldızın çekirdeğinin çökmesiyle oluşan, yerçekimi o kadar güçlü olan yoğun bir kalıntıdır ki, bir olay ufku ile sınırlanmış bir bölgeden ışık da dahil olmak üzere hiçbir şeyin kaçmasına izin vermez.
Kapsam
Konu, büyük kütleli yıldız çekirdeklerinin çökmesiyle yıldız kütleli kara deliklerin oluşumunu, genel göreliliğin Schwarzschild ve Kerr çözümleriyle tanımlanmalarını, olay ufkunu ve en içteki kararlı yörüngeyi, X-ışını ikilileri ve kütleçekim dalgaları aracılığıyla tespit edilmelerini ve onları nötron yıldızlarından ayıran kütle aralığını kapsamaktadır.
Temel sorular
- Yıldız kütleli bir kara delik nasıl oluşur?
- Olay ufku nedir?
- Işık yaymayan bir şeyi nasıl tespit edebiliriz?
- Yıldız kütleli kara delikler hangi kütlelere sahiptir?
Anahtar kavramlar
- olay ufku
- Schwarzschild yarıçapı
- Kerr kara deliği
- yığılma diski (accretion disk)
- X-ışını ikilisi
- kütleçekim dalgaları
- kütle boşluğu
Temel kuramlar
- Kara deliğe durdurulamaz çöküş
- Çöken bir yıldız çekirdeği, dejenere ve nükleer kuvvetlerin destekleyebileceği maksimum kütleyi aşarsa, bilinen hiçbir basınç onu durduramaz; genel görelilik, Oppenheimer ve Snyder tarafından idealize edilmiş çöküş için ilk kez gösterildiği gibi, bir olay ufku içinde sürekli çöküşü öngörmektedir.
- Yığılma ve kütleçekim dalgalarıyla tespit
- Yıldız kütleli kara delikler, bir eşlikçiden madde yığdıklarında ve X-ışınları yaydıklarında ortaya çıkmakta ve iki kara deliğin birbirine doğru sarmal çizerek birleştiğinde yayılan, ilk kez 2015'te tespit edilen kütleçekim dalgalarıyla tespit edilmektedir; bu dalgalar kütlelerini ve dönüşlerini doğrudan ölçmektedir.
Mekanizmalar
Yeterince büyük kütleli bir yıldızın çöken çekirdeği, tüm basınç desteğini aşar ve Schwarzschild yarıçapının içine düşerek bir olay ufku oluşturur. Böyle bir kara delik, eşlik eden bir yıldızdan gelen gazın sıcak bir yığılma diski (accretion disk) aracılığıyla içeri doğru sarmal çizerek X-ışınları yaydığında veya iki kara delik birleşip kütleçekim dalgaları olarak enerji yaydığında gözlemlenebilir hale gelir.
Klinik önem
Yıldız kütleli kara delikler, genel göreliliği güçlü alan rejiminde test etmekte, X-ışını ikililerindeki yığılma fiziği (accretion physics) ve göreceli jetlerin incelenmesine temel oluşturmakta ve yer tabanlı kütleçekim dalgası gözlemevleri tarafından tespit edilen baskın kaynaklar olup, yoğun kalıntıları saymak ve büyük kütleli yıldız evrimini araştırmak için yeni bir yol açmaktadır.
Tarihçe
Schwarzschild, 1916'da Einstein denklemlerini bir nokta kütle için çözmüş, Oppenheimer ve Snyder, 1939'da kütleçekimsel çöküşü modellemiş, Kerr, 1963'te dönen çözümü bulmuş ve ilk yıldız kütleli kara delikler Cygnus X-1 gibi X-ışını ikililerinde tanımlanmış ve daha sonra kütleçekim dalgası tespitleriyle topluca doğrulanmıştır.
Tartışmalar
- Nötron yıldızları ile kara delikler arasındaki kütle boşluğu
- En ağır nötron yıldızları ile en hafif kara delikler arasındaki kütle dağılımında bir boşluk olup olmadığı ve bu sınırın nerede olduğu tartışılmaktadır; bu aralıktaki kütlelere sahip kütleçekim dalgası olayları, böyle bir boşluğun var olup olmadığını test etmektedir.
Öne çıkan isimler
- J. Robert Oppenheimer
- Karl Schwarzschild
- Roy Kerr
- Roger Penrose
İlgili konular
Temel eserler
- abbott2016
- shapiro1983
Sıkça sorulan sorular
- Işık ondan kaçamıyorsa bir kara deliği nasıl gözlemleyebiliriz?
- Kara delikleri dolaylı yoldan tespit etmekteyiz: birine doğru düşen gaz, ufku geçmeden önce ısınır ve X-ışınları yayar; eşlik eden yıldızların yörüngeleri görünmeyen büyük kütleli bir nesneyi ortaya çıkarır; ve birleşen kara delikler, Dünya'daki dedektörlerin ölçebileceği kütleçekim dalgaları yayar.
- Yıldız kütleli kara delikler ne kadar kütlelidir?
- Genellikle Güneş'in birkaç ila birkaç on katı kütlesine sahiptirler ve büyük kütleli yıldızların çökmesiyle oluşurlar; bu durum onları galaksi merkezlerinde bulunan milyonlarca ila milyarlarca Güneş kütlesindeki süper kütleli kara deliklerden ayırır.