Zayıflayan Karadelikler – Hawking Işınımı

by Hüseyin Acar · 2 Ekim 2018

Evrenin esrarengiz ve bir o kadar da ilgi çekici varlıkları olan karadelikler teori olarak ortaya atıldıkları tarihten beri uzay meraklılarının ilgisini çekmeyi başarmıştır. Kara Deliklerin tarihçesine bakacak olursak ilk fikirlerin ortaya atıldığı yıllarda bilim insanları tarafından korkutucu bulunmuş ve bazıları tarafından da inkar edilmiştir. Muhtemelen yazımızı okuduğunuza göre gök bilimine ilginiz var ve karadelikler hakkındaki bu korkutucu söylemleri yersiz buluyorsunuz.

Konumuza dönecek olursak başlangıçta bilim insanları: Bu karadeliklerin olay ufkundan ışık bile kaçamıyor dolayısıyla bir cismin kütle kaybedebilmesi için gerekli olan ışımayı ve madde atınımını da atamadığına göre bu varlıkların ölümsüz oldukları varsayımını gündeme getirmişler. Karadeliklerin ölümsüz ve sonsuza kadar büyüyen bir mekanizma olmaları hepimizi ürkütürdü değil mi? Ünlü fizikçi Stephen Hawking in öne sürdüğü ‘’Hawking Işıması’’ karadeliklerin ömrüne bir sınır koyuyordu. Kuantum mekaniğine göre evren de boşluk yoktur yani bizim boş olarak gördüğümüz yerlerde( uzay boşluğu gibi) zamanın en ufak birimlerinde katmilyarlarca parçacık-antiparçacık çifti oluşup yok olur.

Şimdi bilgilerimizi kara deliğe uyarlayalım kara deliğin olay ufku yakınlarında, kuantum mekaniksel ölçekte + ve – enerjili parçacıklar oluşur (madde-antimadde çiftleri) – enerjili parçacık olay ufkundan içeri girer ve karadelik tarafından yutulur – enerjili parçacık kara deliğin hanesine eksi kütle olarak yazılacağı için karadeliğe kütle kaybettirir, geriye kalan + enerjili parçacık ise boş uzaya savrulur uzay boşluğuna saçılan + enerjili parçacık wien kayma yasası gereği radyo dalgası olarak salınım yapar.

Matematiksel İspatı

Bir karadeliğin olay ufkunun yarıçapı karadeliğin kütlesi ile doğru orantılı olarak artarken olay ufkundaki kütleçekim alanının büyüklüğü ise karadeliğin kütlesiyle ters orantılı olarak azalır. Dolayısıyla kütlesi küçük olan karadelikler daha sıcaktır ve yine sıcak olan karadelik daha fazla ışıma yapar burdan çıkacak sonuç karadeliğin kütle kaybettikçe sıcaklığı artacak ve dolayısıyla daha fazla ışıma yapacak yani karadelik kütle kaybettikçe kütle kaybetme oranı daha fazla olacak. Peki bir karadeliğin hawking ışıması nedeni ile buharlaşması ne kadar zaman alır? Karadeliğimiz makro boyutlarda ise bu süreç trilyonlarca yıl sürebilir fakat söz konusu mikro karadelikler olursa kuantumsal ölçekte olan bu var oluşum-yok oluşum sebebiyle zamanın küçük bir kesrinde buharlaşabilirler.

Matematiksel denklem ispatı.

Hawking ışıması yapan karadeliklerin sıcaklığını bulmak için kullandığımız bağıntıya bakarsak artan kütlenin sıcaklık üzerinde ters etkide bulunduğunu görürüz. Buradan güneş kütlesine sahip bir karadeliğin sıcaklığı yaklaşık 10-9 Kelvin kadardır. Bu büyüklükte, çevresinden yalıtılmış bir karadeliğin ışıma yaparak yok olması yaklaşık 1067 yıl sürer. Kütlesi Ay’ınki kadar olan bir karadeliğin sıcaklığı ise yaklaşık 2,7 Kelvin’dir yani kozmik art alan ışımasının sıcaklığı kadardır. Hawking ışıması elbette bilim dünyasında şiddetli tartışmalara neden olması ve gözlemlenmesinin zorluğu nedeniyle, olaya bir varsayım fakat Matematiksel olarak ispatlanmış bir varsayım olarak bakmak en doğrusu olacaktır.