kara delikler - Bilim Akademisi

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)
1964: “Kara Delik” Bir Fizik Deyimi..
G. Galilei (1564-1642)
I. Newton (1643-1727)
1687: Principia Mathematica
Öklid Geometrisi = Evrenin Geometrisi
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:
19. yüzyıl:
• Üranüs’ün keşfi (1781)
• Güneş sisteminin kararlılığı …
• 3 cisim problemi,
• Neptün’ün kestirimi ve keşfi
(1846; J.C. Adams, U.J.J. Verrier,
J. Galle).
20. Yüzyılın başında:
2 problem!
• Ayın yörüngesinde uyuşmazlık,
• Merkür’ün yörüngesinde kayma;
Bir yüzyılda: Ölçülen: 5600″
Teorik: 5557″
Fark: 43 ″ ??
RIEMANN GEOMETRİSİ

i
    KdA
T
(1777-1855)
Metrik:
Eğrilik:
(1792-1856)
1845-1879
g
R 
(1826-1866)
Evrenin Geometrisi
Fiziksel Bir Sorundur!
MAXWELL TEORİSİ (1861)
Elektromanyetik Dalgalar
(1831-1879)
Gözlemevleri:
• Uzayda
• Havalanabilen
• Yeryüzünde
• (Yeraltında)
H. Hertz (1888 )
Radyo Astronomi:
1940’larda;
2008
X-Işını: 1960’larda
Hubble 1990
X-ışını Gözlemevi 1999
VLA Socorro New Mexico
(Photo by Hajor 2004)
1915: GENEL GÖRELİLİK
“uzay-zaman”
G   T 
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..
Schwarzschild Yarıçapı
G = 6.7 × 10−11 m3·kg−1·s−2
c = 3 × 108 m /s
Güneş:
Dünya:
YILDIZLARIN EVRİMİ
Beyaz Cüceler
1 Işık Yılı:
≈ 10 Trilyon km
Uzaklık ölçüsü!
NASA
Sirius B
Yoğunluk
Güneş: 1.4 g/
Dünya: 5.5 g/
Sirius B: 4 ton/
• Dünya’dan 8.6 ışık yılı uzakta,
• Kütlesi ≈ Güneş kütlesi (0.85)
• Dünya yarıçapında
Beyaz Cüceler için bir kütle sınırı var!
Chandrasekhar Limiti:
S. Chandrasekhar
(1910 – 1995)
(1931)
W. Baade
1934 APS
1932: Nötronların keşfi
Süpernova,
Nötron Yıldızı
L. Landau
1937
F. Zwicky
SN 1987A
Sanduleak: 168 000 ışık yılı uzakta..
23/02/1987’den sonra
168 000 yıl önce!
1987’den önce
Yengeç Nebulası
(1054 yılında kaydı var; 2000’deki görünüm)
Oppenheimer ve Volkoff (1939)
Nötron yıldızları için de bir kütle sınırı var!
Oppenheimer ve Snyder (1939):
Küresel simetrik bir toz bulutunun
gravitasyonel çökmesi:
R. Oppenheimer
• 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”
Olay Ufku
J. A. Wheeler (1911-2008 )
Ya. B. Zel’dovich (1914-1987)
Yıldız yeterince kütleli ise, gravitasyonel çökme kaçınılmaz!
Mümkün denge konumları:
• Beyaz cüceler
• Nötron yıldızları
• Kara delikler
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!..
1965: Tekillik Teoremleri..
• Kara Deliklerin Genel Tanımı..
• Durağan => Eksensel simetrik..
• “Olay Ufkunun Yüzey Gravitesi: κ ” ..
• Hawking Yüzölçümü Teoremi
R. Penrose
Sıcaklık: T ↔ κ
Entropi: S ↔ A
S. Hawking
Kara Delik Mekaniğinin Yasaları
Termodinamik Yasalarıyla Aynı Şekle Sahip!
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..
Kozmik Sansür ?
• 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..
KARA DELİKLER GÖZLENDİ Mİ, EVRENDE VAR MI?
10 Milyar Işık Yılı
Galaksi
Süperkümesi
1 Milyar
10 Işık Yılı
Güneş
Sistemi
Yüzbin
Kümeler
Virgo
• Evrende:
≈ 200 Milyar
Galaksi
Samanyolu
• Samanyolunda:
≈ 200 Milyar
Yıldız
Virgo
Yerel Grup
50 Milyon
2 Milyon
• 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.
r = 6M
r=M
Enerji Verimliliği:
Termonükleer: % 1
Schwarzschild ISCO: %6
Ekstrem Kerr ISCO: % 42
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 dustobscured 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)
M ≈ 100 Milyon ton
Ekstrem Kara Delikler..
“Mini Kara Delikler” ?
• Gravitasyon Dalgaları Astronomisi!
Evrende gözlendi;
Yeryüzünde henüz
saptanamadı..
PSR B1913+16
% 0.3 duyarlılık..
LIGO: Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory
EGO-VIRGO: European Gravitational Observatory
LISA: Laser Interforemeter Space Antenna
KAGRA: Large Scale Cryogenic Gravitational Wave Project..
• 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)