Kara delikler bilim dünyası tarafından çok uzun yıllardır biliniyor ve üzerlerinde çalışmalar yapılıyor. 10 Nisan’da basınla paylaşılan ilk kara delik fotoğrafını ise görmeyen kalmadı. Ancak daha önce hiçbir kara delik fotoğrafı çekilmemişti.
Kara delik fotoğrafı, bilim ve teknolojinin birlikte neleri başarabileceğinin en büyük kanıtı oldu. Dünyamızdan 53 milyon ışık yılı uzaklıkta olan kara delik, Güneş’ten 6,5 milyon kat daha büyük bir gök cismiydi. Peki bu tarihi görüntünün ardında nasıl bir teknoloji var? Fotoğrafta turuncu bir halka neden var?
Virgo galaksi kümesindeki M87 adlı galakside bulununan 40 milyar km çapıyla Dünya’dan tam üç milyon kat daha büyük ve yaklaşık 53 milyon ışık yılı uzaktaki kara deliğin fotoğrafını çekmek için dünyanın farklı bölgelerinde yer alan Olay Ufku Teleskobu (Event Horizon Telescope) adıyla 2017’de bir araya getirilen 8 teleskop kullanıldı.
Samanyolu’nun merkezinde bulunan Sagittarius A kara delik M87’ninkine göre daha küçük ve daha hızlı döndüğünden dolayı fotoğrafını çekmek daha zordur; bu nedenle bilim insanları öncelikle daha kolay yani daha yavaş dönen bir karadeliği görüntülemek için çalışmalar yaptı.
Einstein’in Genel Rölativistik Manyetohidrodinamik (General Relativistic Magnetohydrodynamic) simülasyonununda oluşturan görüntü ile gerçek fotoğraf arasında benzerlik olması raslantı değil. Tanım itibariyle kara delikler görünmezdir çünkü cismin kütle çekiminden ışık bile kaçamaz.
İzafiyet teorisinde belirttiği üzere olay ufkunda ise durum farklıdır. Özel koşullara sahip olan bu bölgede ışık, kara delikten kaçmayı başarır ancak aşırı şekilde bükülür. Bu ışıklardan oluşan çembere de olay ufku denir. Bu bölgenin etrafındaki gazlar, büyük bir hızla dönüp deliğin içerisinde girerken, yüksek ısı ve enerjileriyle ışık saçıyorlar. Bu sayede merkezdeki karartının etrafında bir ışık görmek mümkün oluyor.
Olay Ufku Teleskobu sistemindeki teleskoplar, kara deliğin kendisini değil, etrafındaki ışığı gözlemleyerek veri topladılar. Toplanan bu veriler, ışığın farklı boylarını içeriyordu. Fotoğrafta alt tarafı daha parlak olan bir çember görülüyor. Bu da karadeliğin etrafındaki maddenin saat yönünde döndüğü anlamına geliyor.
Görseldeki turuncu parlama ise gazların gerçekte aldıkları renk değil. EHT araştırmacılarının salınımın parlaklığı için seçtiği renk kodlarına uygunluğu açısından oluşturulan görüntü. Sarı en yoğun salınmı gösterirken kırmızı daha az olan bölgeleri gösteriyor. Siyah kısımlarda ise salınım ya yok ya da yok denecek kadar az. Eğer optik gözlem yapılmış olsaydı olay ufkunu muhtemelen beyaz olarak görecektik.
Oldukça kompakt cisimler olmasına rağmen kara deliklerin kütleleri oldukça fazla. Fotoğraftaki cismin kütlesi, Güneş’in kütlesinin 6.5 milyar katı büyüklüğünde. Bu kadar büyük kütlenin bu kadar küçük alanda toplanması uzay-zamanı büküyor ve etrafındaki gaz ve tozları da çok yüksek sıcaklıklara getiriyor.
M87 tam olarak gezegenimize en yakın kara delik sayılmaz ancak boyut olarak oldukça iri olması, gözlemlenebilirliği açısından kendisini ideal hedef haline getiriyor.
10 Nisan 2019’da gerçekleştirilen canlı yayında, tarihin ilk kara delik fotoğrafını yayınlayan insanlar, şöyle bir benzetme yaptılar:
“Brüksel’den Washington DC’deki bir hardal tanesinin görüntülenmesiyle eş değer”
Türkiye’ye uyarlamak gerekirse şöyle biz de şöyle bir benzetme yapabiliriz:
“Türkiye’nin en batısı Gökçeada’dan bakıp, en doğusu olan Iğdır’daki bir bulgur tanesini görüntülemek”
Şimdi oldukça özet haliyle, tarihin ilk kara delik fotoğrafı arkasındaki teknolojiye, mühendisliğe yakından bakalım.
Normal şartlarda 53 milyon 490 bin ışık yılı uzaklığı görüntülemek için Dünya boyutunda bir radyo teleskobu gerekiyor. Peki bu durum nasıl aşıldı?
Bunun için günümüzdeki teleskopların çalışma mantığını temel olarak bilmekte fayda var. Her biri çanak antene benzeyen bu teleskoplar, son derece hassas şekilde istenilen hedefe doğru yönlendirilebiliyorlar. Bunun dışında Dünya’nın hareketlerine göre yönlendirilebilen sabit teleskoplar da var.
Her ne olursa olsun, yeryüzünde uzayı görmek için aşılamayan fiziksel engeller mevcut.
Bir kara deliğin fotoğrafını çekebilmek için yapılan çalışmalar da bundan 20 yıl öncesine dayanıyor. ABD Ulusal Bilim Vakfı öncülüğünde bir araya gelen gökbilimciler, Dünya boyutunda bir teleskop inşa etmek son derece güç olduğundan yeni bir yaklaşım geliştiriyorlar:
Yukarıda gördüğünüz 8 teleskop, Olay Ufku Teleskobu adı altında tek bir çalışma ağına dahil ediliyor. Her bir teleskop, 2017’nin Nisan ayında tek bir hedefe yönlendiriliyor. Bu hedef ise bizden 53 milyon ışık yılı uzaklıkta bulunan Messier 87 Galaksisi’nin merkezindeki süper kütleli kara deliğin ta kendisi.
Teleskopların konumları şu şekilde:
Her şey mükemmel görünüyor, ancak yeryüzünden uzaya bakıyorsanız bir engel daha aşmak zorundasınız: Atmosfer.
Hepsi aynı yere bakan 8 teleskobun aynı anda ölçüm yapabilmesi için haritada gördüğünüz 8 farklı bölgede de hava durumunun buna elverişli olması gerekiyor. Atmosferden toplanan meteorolojiik bilgilerle, yapılan olasılık hesaplarıyla, teleskopların ne zaman aynı anda gözlem yapacağı önceden belirleniyor. Eğer hesaplar doğruysa, planlanan zaman dilimlerinde teleskoplar devreye girerek gözlemi yapıyor.
Kaydedilen verilerin birleştirilmesi de başlı başına bir süreç. Bunun için de yazılım mühendisliğine ihtiyaç var. Bilgisayar bilimcisi Katie Bouman ise burada tarihi bir görev üstlenerek, 8 farklı teleskoptan gelen toplamda 5 petabayt boyutundaki veriyi işleyecek bir yazılım geliştiriyor.
Bu yazılım hâlâ son derece az araştırma merkezinde bulunan süper bilgisayarlarla çalışıyor. Bu sırada, Antarktika ve Şili gibi uç bölgelerden gelen verilerin hepsi, Max Planck Astronomi Enstitüsü ve MIT’de bulunan süper bilgisayarlar tarafından işleniyor.
Peki ışığı bile yutan bir şeyin nasıl fotoğrafı çekiliyor?
Araya girip bu soruyu kısaca cevaplamak gerekiyor. Nitekim yapılan işlemler, bizim sıradan kameralarımızla yaptığımız gibi deklanşöre dokunup fotoğraf çekmek kadar basit değil.
Olay Ufku Teleskobu sistemindeki teleskoplar, kara deliğin kendisini değil, etrafındaki ışığı gözlemleyerek veri topladılar. Toplanan bu veriler, ışığın farklı boylarını içeriyordu. Yani gözümüzle göremediğimiz, Newton’un yüzlerce yıl önce keşfettiği dalga boylarını…
Bu verilerin renklendirilmesi ise hangi değere hangi renk tonunun geleceğini belirleyen yazılımlar sayesinde yapılıyor. 5 petabaytlık matematiksel ve grafiksel veriyi renkli bir görüntüye çevirme işlemi de süper bilgisayarlara kalıyor. Her bir piksel, aslında o renge denk gelen veriyle meydana getiriliyor. Ortaya çıkan karedeki piksellerin tek tek oluşması için pek çok işlem sürecinin atlatılması gerekiyor.
Teleskopların çalışma mantığı, frekanslar ve daha net görüntüler için yapılması gerekenler:
Öncelikle, Olay Ufku Teleskobu için kullanılan 8 teleskobun uzun bir süredir zaten gözlemlerde kullanıldığını bilmekte fayda var. Olay Ufku Teleskobu projesinin arkasındaki sistem olan Very Large Baseline Array (VLBA), yani çok sayıda antenin bulunduğu bir teleskop sistemine ihtiyaç duyuluyor.
Bu sistem halihazırda çok sayıda çanağın bulunduğu teleskoplarda kullanılıyor. Olay Ufku Sistemine dahil olan teleskoplar da benzer bir mantığa sahip çalışıyorlar. Aralarındaki en önemli fark, VLBA teleskoplarındaki çanakların birbirlerine çok yakın olmaları. Ulay Ufku Teleskobu’ndaki çanaklar ise Dünya’nın farklı köşelerine yayılmış durumda.
Bu da Dünya’nın eğimli yüzeyinden dolayı, bazı bölgelere sinyallerin daha geç gitmesine yol açıyor. Nitekim süper güçlü bilgisayarlar, bu küçük zaman farkını atom saatlerine göre hesaplıyorlar. Böylece 4 farklı kıtada bulunan 8 farklı teleskobun 30’u aşkın çanak anteni, sanki düz bir zemindeymiş gibi hesap yapılabiliyor.
Bu teleskopların 5’inde gözlem gerçekleştiren NASA’da çalışan Dr. Umut Yıldız’a göre, tüm sistemin aynı frekans üzerinde çalışma gerçekleştirmesi çok önemli. Söz konusu sisteme dahil olan tüm teleskoplar 230 GHz frekans algılayabiliyor. Bu teleskopların deniz seviyesinden yüksekte bulunmaları, atmosfer engelinin nispeten aşılması anlamına geliyor.
Dr. Umut Yıldız’a göre daha net görüntüler alabilmek için daha çok teleskoba ihtiyaç duyuluyor. Daha çok teleskop ise daha çok para harcamak demek. Yeni teknolojilerle inşa edilecek Olay Ufku Teleskobu gibi sistemlerin sayısı artarsa, yeryüzünü bir teleskop olarak kullanmak mümkün olacak. Böylece daha hassas verilerle daha net görüntüler çekebileceğiz.