Kara Delikler İkiye Bölünebilir Mi?

İki kara delik çarpışarak tek bir kara deliğe dönüşebiliyor. Peki, bunun tersi mümkün mü? Tek bir kara delik iki küçük kara deliğe ayrılabilir mi? Physical Review D dergisinde yayımlanan yeni bir teorik araştırma, bu soruya yanıt arıyor.

Haber Merkezi / Araştırmacılar, kara deliklerin bölünmesini engelleyen fiziksel yasaları ve belirli koşullar altında bu sürecin mümkün olup olamayacağını inceliyor.

Araştırmanın ortak yazarlarından, İtalya’daki Napoli Federico II Üniversitesi’nde fizik profesörü olan ve Güney Danimarka Üniversitesi Kuantum Alan Teorisi Merkezi’nde görev yapan Francesco Sannino, araştırmanın temel amacının kara deliklerin neden normalde ikiye bölünemediğini anlamak olduğunu belirtiyor. Sannino’ya göre ekip, aynı zamanda belirli fiziksel koşulların bu bölünmeye izin verip vermeyeceğini de araştırıyor.

Araştırmanın diğer yazarları arasında Paris’teki CNRS-Sorbonne Üniversitesi ortak laboratuvarı Laboratoire de Physique Théorique et Hautes Énergies’de görev yapan CNRS araştırmacısı Giacomo Cacciapaglia ile Güney Danimarka Üniversitesi Kuantum Alan Teorisi Merkezi’nden Manuel Del Piano ve Vania Vellucci bulunuyor.

Kara delikler neden normalde bölünemiyor?

Kara deliklerin bölünmesini zorlaştıran temel etkenlerden biri termodinamik yasalarıdır. Bu noktada öne çıkan kavram ise entropidir.

Entropi, bir sistemin mikroskobik düzeyde sahip olabileceği farklı durumların sayısıyla ilişkili fiziksel bir büyüklüktür. Kara deliklerin de entropisi vardır ve bu değer, kara deliğin olay ufkunun alanıyla bağlantılıdır.

Sıradan, dönmeyen bir kara deliğin iki daha küçük kara deliğe ayrılması, toplam entropinin azalmasına yol açabilir. Bu durum, süreci termodinamik açıdan elverişsiz hâle getirir. Dolayısıyla kara deliklerin kendiliğinden parçalanması, bilinen fizik çerçevesinde kolayca gerçekleşebilecek bir olay değildir.

Ancak hızlı dönen kara deliklerde durum farklılaşabilir. Araştırmacıların hesaplamaları, bu tür kara deliklerin bölünme ihtimalinin teorik olarak değerlendirilebileceğini gösteriyor.

Olay ufku pantolon benzeri bir şekil alabilir

Araştırmada ele alınan olası bölünme senaryosunda, kara deliğin olay ufku zaman içinde tek bir yapıdan iki ayrı yapıya dönüşüyor. Bu süreçte başlangıçta tek parça olan olay ufku, iki kola ayrılarak pantolonu andıran bir şekil oluşturuyor.

Araştırmanın başlığındaki “pantolon benzeri topolojiler” ifadesi de bu geometrik benzetmeden kaynaklanıyor. Buradaki topoloji, bir yapının temel geometrik ve bağlantısal özelliklerini tanımlıyor.

Bununla birlikte, olay ufkunun iki kola ayrılabilmesi tek başına bölünmenin fiziksel olarak gerçekleşebileceği anlamına gelmiyor. Ortaya çıkan iki kara deliğin birbirinden uzaklaşabilmesi de gerekiyor. Aksi hâlde iki kara delik yeniden birleşebilir.

Sannino, bu koşul hesaba katıldığında bölünmenin mümkün olabileceği parametre aralığının büyük ölçüde daraldığını belirtiyor. Ona göre olasılık, özellikle mümkün olan en yüksek dönüş hızlarına yakın dönen kara deliklerde daha fazla önem kazanıyor.

Ek boyutlar bölünmeyi kolaylaştırabilir mi?

Araştırmacılar, standart fiziksel senaryoların yanı sıra uzayın ek boyutlara sahip olduğu teorileri de değerlendiriyor. Bu tür teorilerde, kara deliklere benzeyen bazı nesnelerin kararsız hâle gelerek parçalanabileceği öngörülüyor.

Belirli koşullar altında, özellikle bölünme sonucunda ortaya çıkan kara deliklerden birinin diğerinden çok daha küçük olması durumunda, süreç termodinamik açıdan daha elverişli hâle gelebiliyor.

Ancak araştırmacılar, bu tür teorik olasılıkların bölünmenin gerçekten gerçekleşeceğini kanıtlamadığının altını çiziyor. Kara deliklerin parçalanıp parçalanamayacağı, kullanılan fiziksel modele ve yerçekiminin nasıl işlediğine ilişkin varsayımlara bağlı.

Kara deliklerin bölünmesi gözlemlenebilir mi?

Araştırmacılara göre kara deliklerin bölünme olasılığına ilişkin henüz kesin bir değer vermek mümkün değil. Bu olasılığı hesaplamak, Einstein’ın genel görelilik teorisinin ötesindeki fiziksel süreçlerin daha iyi anlaşılmasını gerektiriyor.

Sannino, küçük ilkel kara deliklerin, çok daha büyük astrofiziksel kara deliklere kıyasla bölünmeye daha yatkın olabileceğini düşünüyor. İlkel kara delikler, evrenin erken dönemlerinde oluşmuş olabilecek varsayımsal kara deliklerdir.

Araştırmacılar, bu tür süreçlerin doğrudan gözlemlenmesi mümkün olmasa bile dolaylı işaretlerinin aranabileceğini belirtiyor. Örneğin Fermi-LAT gibi gama ışını teleskopları, bu süreçlerle bağlantılı olabilecek yüksek enerjili ışınımı inceleyebilir.

Bununla birlikte, olası gama ışını sinyallerinin kara delik bölünmesine bağlanabilmesi için başka açıklamaların da değerlendirilmesi gerekir.

Yeni araştırma, kara deliklerin bölünmesinin kesin olarak mümkün olduğunu ortaya koymuyor. Bunun yerine, bilinen fizik yasalarının bu olaya hangi koşullarda izin verebileceğini araştırıyor. Bulgular, kara deliklerin kararlılığına ve yerçekiminin henüz tam olarak anlaşılmamış yönlerine ilişkin yeni sorular ortaya koyuyor.