Teorik 3D Kara Delik Modellemesi

Aydın ÜNLÜ

2023

Özet

Kara delikler, günümüzde teorik varsayımlarla öğretilmekte ve bu öğretilerin zihinde somutlaşabilmesi için teorik modeller kullanılmaktadır. Bilimsel araştırmalarda elde edilen kara delik bulgularıyla üretilmiş bu model üretilirken eklenen her ayrıntının hangi nedenlerle eklendiği bu makale ile açıklanmıştır.

Anahtar kelimeler: teorik, kara delik, model, 3d

Giriş

Bu çalışma, teorik gök cisimlerinden olan kara deliklerin öğretiminde kullanılabilecek destekleyici dijital materyal üretiminde, kusursuz bir üç boyutlu kara delik modeline en yakın modeli üretme amacıyla gerçekleştirilmiştir.

Kara deliklerin öğretiminde kullanılan dijital materyallerin yetersiz oluş nedenlerinin en önemli gerekçeleri arasında, kara deliklerin somut araçlarla fiziksel olarak üretilmekten oldukça uzak oluşu bulunmaktadır. Kara deliklerin yapısı gereği, üç boyutlu kara delik modelini fiziksel olarak üretmek imkansızdır. Bu bağlamda dijital teknolojilerden faydalanarak teorik kara delik modelini üç boyutlu şekilde animasyon olarak üretebiliyoruz.

Üretilen kara delik modeli ile öğrencilerin kara deliklerin ışık ile etkileşimi üzerine oluşturduğu fikirlerin son araştırmalarla elde edilen bulgularla olabildiğince örtüşmesi ve öğrencilerin doğru bilgiye ulaşmaları hedeflenmiştir.

Teorik 3D Kara Delik Modeli

Güncel Araştırmalar ve Elde Edilen Bulgular

Kara delikler hakkında basitçe bir başlangıç yapabilmek için, NASA’nın dört yaş çocuklar için hazırladığı makaledeki tanımına bakabiliriz; “Kara delik, uzayda yer çekiminin ışığın bile dışarı çıkamayacağı kadar güçlü olduğu bir yerdir. Yer çekimi çok güçlüdür çünkü madde küçük bir alana sıkıştırılmıştır. Bu, bir yıldız ölürken meydana gelebilir.” (NASA – What Is a Black Hole?)

Kara delik, yer çekiminin o kadar güçlü olduğu bir uzay-zaman bölgesidir ki, ışık ve diğer elektromanyetik dalgalar da dahil olmak üzere hiçbir şey ondan kaçmak için yeterli enerjiye sahip değildir. (Wald – 1984)

Kaçışın olmadığı sınıra olay ufku denir. Kendisine yaklaşan bir nesnenin davranışları ve geleceği üzerinde büyük bir etkiye sahip olmasına rağmen, genel göreliliğe göre yerel olarak tespit edilebilir bir özelliği yoktur. Eğer parlak bir nesne kara deliğin tam arkasında yer alıyorsa, parlak nesneden gelen ışık kara deliğin etrafında “Einstein halkası” adı verilen bir halka olarak görünecektir. (Hamilton – Journey into a Schwarzschild black hole.)

Tam olarak bu özelliği yerine getirmek için video başlangıcında ışık emisyonu yapacak materyalle üretilen “aydın ünlü’s theoretical black hole model” yazısı kara delik arkasına gönderilerek Einstein Halkası simüle edilmiştir.

NASA’nın İlk Kara Delik Fotoğrafının Analizi

NASA tarafından 2017 yılında Dünya’nın farklı noktalarından elde edilen görüntülerin birleştirilmesi sonucu elde edilen bu görsel ile kara delikler hakkında ilk defa teoriler dışında neye benzediği üzerine somut bir dayanak elde edilmiştir.

Bu görsel bizleri kara deliklerin ortalarının yüksek enerjili olduğu bilinmesine karşın parlamadığı sonucuna ulaştırmıştır. Bu ise Wald’ın da yukarıda belirttiği gibi “ışığın bile kaçamadığı” tezini desteklemektedir.

Görseleki kara delik bir kara deliğin kutbundan elde edilen görüntüsü olarak kabul edilmektedir. İncelemek üzerine renk değerlerini maksimum ve minimum ile çarparak aşağıdaki çıktıyı elde edebiliriz:

Bu resimde kara deliğin en yüksek enerjiye sahip kısmının beyaz, orta seviye enerjiye sahip kısmının mavi ve en düşük enerjiye sahip kısmının turkuaz renkte işaretlendiği görülmektedir.

Resmin gösterdiği enerji tablosuna göre kara deliği eğer net biçimde görebilseydik halihazırda üretilen modellerde bulunan “foton halkası” bölümünün kara deliğin olay ufku içinde kalan kısımlarında göremezdik. Kara delik olay ufkundan en yüksek enerjiye sahip olduğu noktaya doğru aniden başlayan enerjinin kesintisiz biçimde ve dalgalanmadan ilerlediği gözlenmektedir.

Foton halkasının karanlık bölgeye çizildiği görseller teorik olarak gerçek olsa da pratikte foton halkasının da görüntüde yutulduğunu gözlemleyebiliriz.

NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman tarafından hazırlanan 4 nolu görselde görülebileceği üzere foton halkası, karanlık bölgeyi bir miktar içeride aşarak oluşmuş bir ışık halkası şeklinde gösterilmiştir. Bu görüntü teorik olarak ya da hesaplama ile bulunsa bile gerçek kara delik görüntüsünde bu halkanın görülebilirliğiyle ilgili iz görülememektedir.

5 nolu görselde kırmızı ile işaretlenen dalgalanma hesaplamalara göre var olsa da görülebilirliği konusunda kesin bir veri olmaması nedeniyle kara delik modellemesinde bulunmasına gerek duyulmamış ve elde edilen sonuçlar ışığında yeni bir teorik kara delik modeli oluşturulmuştur.

Astrofizik Jetler

Astrofizik jetler genellikle kara deliklerin kutuplarına dik biçimde uzanan hiper radyoaktif uzantılardır. Işık hızına yakın hızlarda hareket eden küçük parçacıklar karadeliğin merkezine doğru hareket ederken x-ray ışıması yapar ve bu görüntü oluşur. Bir kara delik jeti güneşten altmış bin kat daha sıcaktır. Jet ışımasını doğru biçimde çizebilmek için Hubble Teleskobu’nun M87’ye ait astrofizik jetinden elde ettiği bu görüntü kullanılarak görsele benzeri yerleştirilmiştir ve Görsel 6’da gözlemleyebileceğiniz kutuplara bağlı mor-mavi renkte ışınımlar görselleştirilmiştir.

Sonuçlar, Öneriler ve Tartışma

Teorik kara delik modeli, somut verilerden elde edilen görüntüler esas alınarak yeniden tasarlanmış ve somutlaşmamış görsel ve verilerden arındırılmıştır.

2 nolu görselde görülen NASA bulguları ışığında üretilen kara delik modeline en yakın görsellerin elde edilmesi amacıyla kara delik içine yerleştirilen küresel parlak cisim kendiliğinden olay ufkunun dışında parlamıştır. Olay ufkunu siyah küreden ayıran bölgede bir foton halkası ve kesintisiz olarak devam eden yığılma diski bağlantısı eklenmiştir. Bu iki bölge arasında siyah halka gözlemler sonucu elde edilen verilerde bulunmadığı için eklenmemiştir.

Olay ufkundan merkeze kadar olan kısım ışığı yutacak şekilde oluşturulmuş ve sonuçlar doğal izleme ile elde edilmiştir. Bu model henüz gelişim aşamasında olup zamanla daha iyi bir forma bürünecektir.

Bu makalenin verilerinin somutlaşmış hali yakında yayınlanacak olup şu an bulut tarla üzerinde render aşamasındadır. Render işlemleri hızlandırılmış olup 27 Kasım 2023 ile başlayan hafta içinde YouTube üzerinden yayınlanması planlanmaktadır.

Kaynakça

Hamilton, A. – “Journey into a Schwarzschild black hole.”

Adres: https://jila.colorado.edu/~ajsh/insidebh/schw.html

NASA – “First Image of a Black Hole”

Adres: https://science.nasa.gov/resource/first-image-of-a-black-hole/

NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

Adres: https://www.nasa.gov/universe/nasa-visualization-shows-a-black-holes-warped-world/

NASA – “What Is a Black Hole?”

Adres: https://www.nasa.gov/learning-resources/for-kids-and-students/what-is-a-black-hole-grades-k-4/

Wald, Robert M (1984) – General Relativity, 299–300.