Yeni bir çalışma, kara deliklerin Einstein’ın genel görelilik teorisinin öngördüğü gibi özelliksiz ve yapısız varlıklar olmayabileceğini öne sürüyor. Bunun yerine, bu kozmik canavarlar “donmuş yıldızlar” olarak bilinen tuhaf kuantum nesneleri olabilir.
Bu nesneler kara deliklerle bazı benzerlikler paylaşsa da, varsayımsal gökcisimleri önemli farklılıklara sahiptir ve bu, ünlü Hawking radyasyonu paradoksunu çözebilir (bu fenomen, onu öneren merhum fizikçi Stephen Hawking’in adıyla anılmaktadır). Bu paradoks, bir kara deliğin olay ufku tarafından yayılan teorik radyasyonun, kara deliği oluşturan madde hakkında hiçbir bilgi taşımıyor gibi görünmesinden kaynaklanır. Bu durum, bilginin yok edilemeyeceğini söyleyen kuantum mekaniğinin temel ilkesiyle çelişir.
Dahası, geleneksel kara deliklerin aksine, donmuş yıldızların merkezlerinde sonsuz yoğunluğa sahip bir tekilliğe sahip olmadığı düşünülmektedir; bu da kara deliklerin klasik modeli ile doğada sonsuzlukların var olamayacağına dair genel fizik kuralı arasındaki başka bir çelişkiyi çözmektedir. Teorilerde sonsuzluklar ortaya çıktığında, genellikle bu, teorinin sınırlarının bir işareti olarak kabul edilir.
İsrail’deki Ben-Gurion Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Ramy Brustein, Live Science’a e-posta yoluyla verdiği demeçte şöyle dedi:
Donmuş yıldızlar bir tür kara delik taklitçisidir; tekillik içermeyen, ufku olmayan, ancak yine de kara deliklerin gözlemlenebilir tüm özelliklerini taklit edebilen ultra kompakt, astrofiziksel nesnelerdir. Eğer gerçekten varlarsa, Einstein’ın genel görelilik kuramının değiştirilmesi gerektiğini göstereceklerdir.
Brustein, Temmuz ayında Physical Review D dergisinde yayımlanan donmuş yıldız teorisini anlatan bir çalışmanın ortak yazarıdır.
Paradoksu çözmek
1916’da Karl Schwarzschild tarafından ilk kez tanımlanan kara deliğin klasik modeli, kara deliklerin iki temel özelliğe sahip olduğunu öne sürer: Tüm kütlenin yoğunlaştığı bir tekillik ve ışığın bile kaçamadığı bir sınır olan “olay ufku”.
Ancak bu model, kuantum mekaniği devreye girdiğinde ciddi bir sorunla karşılaşır. 1970’lerde Stephen Hawking, olay ufku yakınlarındaki kuantum etkilerinin, uzayın boşluğundan parçacıkların oluşmasına yol açması gerektiğini keşfetti. Bu süreç, Hawking radyasyonu olarak bilinir. Bu radyasyon, kara deliğin kütlesini yavaşça kaybetmesine ve sonunda tamamen buharlaşmasına neden olur.
Paradoks; bu radyasyonun, kara deliği oluşturan madde hakkında herhangi bir bilgi taşımıyor gibi görünmesi nedeniyle ortaya çıkar. Eğer kara delik tamamen buharlaşırsa, bu bilginin sonsuza kadar kaybolduğu görülür, bu da bilginin korunması gerektiğini söyleyen kuantum mekaniği ilkeleriyle çelişir. Bu çelişki, bilgi kaybı paradoksu olarak bilinir ve teorik fiziğin en önemli zorluklarından biri olmuştur.
Yeni çalışmalarında Brustein ve Rhodes Üniversitesi’nden A.J.M. Medved ve Ben-Gurion Üniversitesi’nden Tamar Simhon, donmuş yıldız modelinin ayrıntılı bir teorik analizini yaptılar ve hem ufuk hem de tekillik içermediği için geleneksel modelin paradokslarını çözdüğünü buldular.
Yazarlar, kara deliklerin aslında kuantum yerçekimi teorisinin önde gelen adayı olan sicim teorisinden esinlenen ultra katı maddeden oluşan çok kompakt nesneler olması durumunda, sonsuz yoğun noktalara çökmediklerini ve geleneksel olay ufkundan biraz daha büyük bir boyuta sahip olduklarını ve ikincisinin oluşmasını engellediklerini buldular.
Brustein şöyle diyor:
Donmuş yıldızların ufukları olmamasına rağmen nasıl mükemmel emiciler gibi davrandıklarını ve yerçekimi dalgalarının kaynağı olarak hareket ettiklerini gösterdik. Dahası, geleneksel bir kara delik modeliyle aynı dış geometriye sahipler ve geleneksel termodinamik özelliklerini yeniden üretiyorlar.
Bir kara deliğin enerji jetleri yaydığını gösteren bir illüstrasyon (Görsel kaynağı: NASA/ESA)
Donmuş yıldız hipotezini test etmek
Donmuş yıldız modeli, geleneksel kara deliklerle ilişkili paradokslara potansiyel bir çözüm sunsa da, bilim insanlarının bunu deneysel olarak test etmeleri gerekiyor.
Ancak geleneksel kara deliklerin aksine, donmuş yıldızların kuantum kütleçekimi tarafından dikte edilen tuhaf özelliklere sahip olsa da bir iç yapıya sahip olması bekleniyor. Bu, ikisi arasında gözlemsel olarak ayrım yapmanın yolunu açıyor. Kanıtlar, kara delik birleşmeleri sırasında oluşan kütleçekim dalgalarında (uzay-zaman dokusundaki dalgalanmalar) mevcut olabilir.
Brustein, sözlerini şu ifadelerle tamamladı:
Farkların en belirgin olduğu anlar bu birleşmeler sırasında olacak. Ekip hala donmuş yıldızın iç yapısının tam olarak nasıl görüneceğini ve nötron yıldızları gibi diğer aşırı kozmik nesnelerden nasıl farklılaşacağını çözmek zorunda. Buradan hareketle, mevcut ve gelecekteki yerçekimsel dalga gözlemevlerinden gelen verileri analiz edebilirler çünkü birleşmeler sırasında yayılan yerçekimsel dalgalar son derece güçlüdür ve bu aşırı kompakt nesnelerin yapıları hakkında bilgi taşıyabilir. Donmuş yıldız modelinin herhangi bir tahmininin keşfi devrim niteliğinde bir etki yaratacaktır.
Kaynaklar ve İleri Okuma
- A. Feldman. Stephen Hawking’s black hole radiation paradox could finally be solved — if black holes aren’t what they seem. (2024). Alındığı Tarih: 22 Ekim 2024. Alındığı Yer: Live Science | Arşiv Bağlantısı
