Okuma süresi: 7 dakika

Sahip olduğu sırlarla Einstein’ın 100 yıllık Görelilik Teorisi’ne bile halen meydan okumayabilen süper dev karadelikler, gökbilimcilerin doğrudan gözlemleyemediği nadir kozmik yapılardan biri. Karanlık madde gibi Evren’in her köşesinde yer alsa da sahip olduğumuz teknoloji karadelikleri görmek konusunda yetersiz kalıyor. Olağanüstü çekim gücü ile zamanı bile tutarak tek bir noktaya, merkezine çeken karadelikler, ışığın bile kaçamadığı korkutucu dehlizleri temsil ediyor. Bilim insanları, yaydıkları enerji ile X-ray teleskoplarıyla tespit edilebilen süper dev karadelikleri artık oldukları haliyle görmek istiyor. Bunun için de Dünya’yı kullanacakları bir proje üzerinde çalışıyorlar.

Olay Ufku Teleskobu (EHT), gezegenimizin etrafına dağılmış 9 radyo teleskop ile oluşturulan bir gözlem ağı. Senkronizasyonu en keskin atomik saatlerle yapılan EHT, doğrudan galaksimizin merkezine, yani orada yatan süper dev karadeliğe yönlendirilmiş durumda: Sagittarius A*. Güneş’in dört milyon katı kütleye sahip olduğu tahmin edilen Sagittarius A*, Samanyolu Galaksisi’nin yörünge hareketine enerji verirken, uzay boşluğuna anormal miktarda materyal saçıyor. EHT’nin bir sonraki hedefi, dev galaksi M87’nin merkezinde yatan süper dev karadelik.

Dünya’yı teleskoba dönüştürmeyi amaçlayan EHT, aslında sabırsızlıktan doğan yeni bir proje değil. Yaklaşık 10 yıldır üzerinde çalışılan proje, dünyanın en güçlü radyo teleskobu ağının da sisteme dahil edilmesiyle son derece güçlü bir hale geldi. Dünyanın en ıssız yeri kabul edilen Şili’nin Atacama çölünde, yerden yaklaşık 5000 metre yükselikte sıralanan 66 radyo anten, ALMA’yı milyarlarca ışık yılı ötedeki cisimleri net bir şekilde görüntüleyecek kapasiteye ulaştırıyor. ALMA’nın yanı sıra, EHT’ye dahil olan bir diğer teleskop Antarktika’da yer alan Güney Kutbu Teleskobu.

Sagittarius A*. [NASA]

Einstein’ın öngörüsü doğru çıkacak mı?

EHT, sistemin son halini almasıyla Nisan 2017’de gözlemlere başlayacak. Araştırmada yer alan Yale Üniversitesi’nden astrofizikçi Grant Tremblay, “İnsanlık tarihindeki ufuk açıcı gözlemlerden biri olacak… Sagittarius A*’nın görüntüsü, her ne görünürse görünsün, (insanlık tarihinde) elde edilen ilk 10 fotoğraftan biri olacak” ifadesini kullandı.

EHT, başarısız olan ilk karadelik gözlemlerini 2006 yılında gerçekleştirdi. Ancak 2007 yılı boyunca yapılan gözlemlerle elde edilen verilerin toplamı, gökbilimcilere karadelik boyutlu gök cisimlerinin çözünürlüğünü artırabilecekleri fikrini verdi. Gizmodo’ya bilgi veren proje üyesi Shep Doeleman, ilham aldıkları yöntemin ALMA ağında da yararlanılan Çok Uzun Hatlı İnterferometre (VLBI) olduğunu söyledi. Birçok teleskobu birleştirerek bir tane haline getirmeye dayanan yöntem ilk kez 1970’li yıllardaki bir makalade öne sürülmüştü. Ancak aradan geçen onlarca yıla rağmen bir karadeliğe ait elle tutulur görüntü elde edilemedi.

ALMA ve Güney Kutbu Teleskobu’nun EHT’ye dahil olmasıyla beraber bir karadeliğe ait en yüksek çözünürlüklü görüntüyü elde etme şansımız bulunuyor. Bugüne kadar yapılan astronomik keşiflerle doğruluğu birçok kez ispat edilen Görelilik Teorisi’ne göre, Sagittarius A* veya M87 galaksisinin ‘karanlık gölgeler’ halinde teleskoplara belirmesi gerekiyor. Karadeliklerle beraber görünür olacak ikinci önemli cisim, dev yapıların etrafındaki materyal diski olacak. Gökbilimciler, karadelik yörüngesindeki materyal disklerinin davranışları hakkında çok önemli bilgiler elde etme şansı bulacak.

M87 eliptik galaksisi. [NASA]

Güneş’ten Merkür’e kadar olan bir mesafe gözlemlenecek

Yer teleskoplarının karadelikleri görememesinin nedeni çok karanlık olması değil. Tersine, fazla aydınlık. Karadeliğin çekimi, alanına giren maddelerin ışk hızına ulaşmasını sağlıyor. Sıcak gaz içersindeki parçacıkların süper yoğun etkileşimi, ışığın gölgesini görmemizi engelleyen parlaklık ortaya çıkarıyor. Doeleman’a göre, karadelikler ile Dünya arasındaki yıldızlararası materyaller de (Dünya’nın atmosferi de dahil) gezegenimize ulaşan ışın dalgalarını bulanıklaştırıyor veya söndürüyor. Karadeliklerin ışık dahil her şeyi yuttuğunu biliyoruz. Ancak neden olduğu etkileşim ve materyal diski ile saçtığı enerji görünür ışık, morötesi, kızılötesi veya X-ray teleskopları ile kaynağı olduğu ışınların bir kısmını yakalamamızı sağlıyor. EHT ise saydığımız tüm bu spektrumları bir kenara bırakarak sadece radyo dalgalarını tespit ediyor. Daha uzun ışık ışınlarını temsil eden radyo dalgalarının oluşturduğu sapmalar en fazla 1 mm oluyor. Görünür ışık dalgalarının en yüksek dalgalanmaları arasındaki sapma ise binde bir ile on binde bir arasında değişebiliyor.

Sagittarius A*

Daha yüksek çözünürlüklü görüntü alınmasını sağlayan radyo teleskoplarının bu özelliğini artırmak için VLBI yöntemi kullanılıyor. Söz konusu yöntemde ‘ana hat’ (baseline) olarak ifade edilen teleskop çiftlerinden elde edilen bilgiler birleştiriliyor. Atomik saatlerle her bir teleskop dizine ışınların ulaştığı süre bölünemeyecek kadar küçük değerlere kadar hesaplanıyor; yine atomik saatlerle yapılan ölçümlerle radyo dalgası sinyalleri eş zamanlı değerlendiriliyor. Nihayetinde, ana hat görevi gören teleskoplar olağanüstü miktarda ışığın toplanmasıyla elde edilen veriyi toplayan tek bir teleskop görevi görüyor. Ardından, yazılımlar aracılığı ile her biri eşzamanlı olarak toplanmış gibi (tek bir teleskop varsayımı) ışın dalgalarının şekilleri ayırt ediliyor. Elde edilen veriler, en sonunda analiz için süperbilgisayarlara aktarılıyor. Gökbilimciler, bu sürecin sonunda süper yüksek çözünürlüklü görüntüler elde edebiliyor. ALMA’nın 66 anteniyle aktif hale geldiği Mart 2013’ten bu yana topladığı görüntüler VLBI yönteminin ne kadar başarılı olduğunu anlamak için yeterli.

ALMA, karadelik gözlemlerinde EHT’nin sadece bir kolunu oluşturacak. Sagittarius A* gözleminde Merkür ve Güneş arasındaki mesafe kadar bir alanı taramadan geçirebileceğimiz veri toplanacak. Süper dev karadeliğin 26,000 ışık yılı ötede olduğu düşünüldüğünde, EHT’nin kapasitesi hakkında da fikir elde edebiliriz. Bir iki de ek not düşelim: Sagittarius A*’nın çapı yaklaşık 44 milyon kilometre. Merkür’ün Güneş’ten günberi mesafesi ise 46 milyon kilometre. Kısaca EHT ile karadelik ve materyal diskine ait detaylı bir görüntü elde etmek mümkün olacak.

ALMA teleskop ağı. [ESO/NAOJ/NRAO]

İki günlük bir iş değil

EHT projesi, kullanılacak teleskoplar hesaba katıldığında fazlasıyla zorlayıcı bir görev. Bir karadeliğin net görüntüsünü elde etmeyi amaçlayan bir çalışma bugüne kadar yapılmadığı gibi hazırlık süreci de kolay olmayacak. Projede yer alan Arizona Üniversitesi Astronomi Bölümü’nden Dan Marrone, ALMA’nın diğer teleskoplarla senkronize hale getirilmesi, donanım ve yazılımların hazırlanması, anormal miktarda verinin toplanacağı perabyte kapasiteli hardisklerin ve atomik saatlerin ayarlanmasının uzun bir süre alacağını söyledi.

ALMA’da görevli olan Violette Impellizzeri ise sadece dört yıl önce aktif hale gelen ALMA’nın bir anda EHT’ye dahil olamayacağını belirterek, “ALMA’nın zamanında hazır olması için yeterince baskı yaşandığını ve ALMA ile EHT’yi senkronize etmek için zamanlamanın çok ideal olmadığını” ifade etti.

EHT ağını oluşturan teleskopların konumu. [University of Arizona]
EHT’nin ALMA’nın birçok hedefi arasında yer aldığını belirten Impellizzeri, “Eğer galaksilere bakmak istiyorsanız daha büyük açısal bir teleskop gerekiyor” derken, ALMA’nın yaptığı gözlemlere kıyasla EHT ile mikroskopla bakarmış gibi uzaydaki çok daha küçük ve belli ışık kaynaklarını görebileceklerini söyledi.

Gizmodo’ya konuşan Impellizzeri, EHT projesinin ALMA yönetimi için öncelik olup olmadığı konusunda ikilem yaşandığını ancak zamanla bu karışıklığı aşarak projede karar kıldıklarını belirtti. EHT’nin iki hafta sürecek karadelik gözleminde ALMA zincirdeki en önemli halkayı temsil ediyor. Eğer Nisan 2017 için planlanan gözlemde beklenenin aksine Atacama’da kar veya yağış olursa, EHT’nin çalışması ertelenecek.

Karadelik avı nasıl yapılacak?

Antarktika’daki Güney Kutbu Teleskobu dahil, EHT’nin tüm parçalarının gözlem esnasında kötü hava şartlarına maruz kalmaması çok önemli. “Aksi takdirde Dünya boyutlu bir teleskobun bir parçasını söküp atmış olursunuz” diyor Doeleman.

EHT’nin çalışacağı süre zarfında, gökbilimciler ağırlıklı olarak teleskopları denetleyecek ve bakım gerçekleştirecek. Gözlemlerin ilk günlerinde, 3 milimetre ışın dalgaları, geri kalan süreçte ise 1 mm ve daha ince ışın dalgaları toplanacak. Farklı ışınlar ile farklı görüntüler elde edilmesi amaçlanacak. İki haftalık sürecin ardından toplanan perabyte’lar dolusu veri, biri Massachussetts’te yer alan Haystack Radyo Gözlemevi’ndeki, diğeri de Almanya’nın Bonn kentindeki süperbilgisayarlara gönderilecek. Büyük Veri analizleri ile ışın dalgalarının zamanları ilişkilendirilecek, hazırlanacak matematiksel modeller ile karadeliğin görüntüsü inşa edilecek. Tüm bunların yapılabilmesi için anormal boyuttaki verilerin desenlerini (patern değil!) birleştiren ve veri makine öğrenimi algoritmaları kullanılacak. Yapay zekanın üst limitlerinde gezerek, sayısız fotoğraftan arasından oluşturulmak istenen tabloya yerleştirilmek üzere seçim yapılacak.

En uyumlu görüntüyü tespit eden algoritmanın yazarı, Massachussets Teknoloji Enstitüsü (MIT) mezunu Katie Bouman. Algoritması, gözlemin konseptini belirleyen fiziksel bakış açısına en uygun görüntüleri tespit edecek makine öğrenimi algoritmasına dayanıyor.

Büyük Veri analizlerinin alacağı süresi ele alındığında, beynimize takla attırmasını umduğumuz görüntünün en erken 2018 sonunda ortaya çıkacağını söyleyebiliriz. EHT’de yer alan teleskopların takvimi de ele alındığında, ilk sonuçların alınması aylar sürecek.

Ne elde edeceğimizi bilmiyorum ama hepimizin aklını başından alacağına eminim.

Ne göreceğiz?

Aslına bakılırsa galaksimizin merkezini doğrudan Güney Kutbu’ndan gözlemleyebiliyoruz. Ancak Sagittarius A* ile Dünya arasında yer alan manyetik alanlardan olsa gerek, karadeliğin Güney Kutbu Teleskobu ile net bir görüntüsünü yakalama girişimleri başarıyla sonuçlanmıyor. EHT ile yapılacak gözlemlerin ardından karşımıza ne çıkacağı sorusunun cevabı da belirsiz.

Tremblay, “Eğer deli miktarda güneş gözlüğünüz, 1 trilyon güneş kremi ve sihirli bir uzay aracınız olsaydı belki bir karadeliğe yakından bakabilir ve Interstellar filmindeki gibi bir görüntüyle karşılaşırdınız” dedi. Yani, çekim kuvvetiyle güneş tutulması benzeri bir görüntüye bürünen ışınların sardığı karanlık bir disk. Etrafında ise yörüngesini kaplayan materyal diski.

Doleman’ın simülasyonları ise karadelğin arka plandaki gölgesi içinde hilal şeklindeki Ay’a benzeyen bir ışın demeti içeriyor. Bunun anlamı, karadeliğin üst ve alt kısımlarından jet akımları gibi ışık saçıyor olabileceği. Tremblay, “Ne bulacak olursak olalum, cevap kesinlikle akıllara zarar verici olacak” diyor.

Doeleman, nasıl göründüklerinin yanı sıra Sagittarius A* ve M87’nin merkezinde yatan karadelik ile önemli bir bilgiye daha ulaşmayı ümit ediyor. Cevabı aranan soru, Sagittarius A* ve isim koyma zahmetinde bulunmadıkları M87 karadeliğinin yörüngesindeki materyalin nasıl bu kadar hızlı hareket ettiği ve devasa boylara nasıl ulaştıkları.

EHT ile yapılacak ilk çalışmaların ardından proje ekibi araştırma çapını daha da artırmayı planlıyor. Grönland’a eklenecek yeni bir radyo teleskop ile M87 galaksininin çok daha net görüntüleri yakalanabilecek. MIT Haystack Gözlemevi’nden Lynn Matthews, gelecekte kuasarları ve aktif galaksilerin çekirdek jetlerini, hatta çekim kaynaklarının yörüngesindeki hızlanma diskleri gibi birçok kozmik yapıyı gözlemleyebileceklerini söyledi. Pulsarlar ve ölmekte olan yıldızları da listeye ekleyen Waterloo Üniversitesi’nden Avery Broderick ise “Neden gezegenimizden daha büyük bir teleskop yapmayalım” fikrini öne sürdü. “Fiyat etiketine birçok sıfır ekleyecek de olsak, Dünya’yı daha büyük hale getirmiş olurduk.”

Bilim insanlarının hayal gücü bizi şu an için sabitlendiğimiz noktadan daha da öteye taşıyacak gibi görünüyor. Evren’in dört bir yanından gelen ışınları daha iyi yakalayarak, geleceği daha iyi görebileceğiz. Impellizzeri, Nisan ayında her şeyin yolunda gitmesini umarak, “Biraz korkuyorum. Endişeli değilim ama gerginim” ifadesini kullandı.

İlginizi çekebilir: Karadeliklerin içinde tuğla duvar mı var?