Hawking Işıması

Karadelikler adlarının ima ettiğinin aksine gerçekten de kara değildir. Bu gökcisimleri de diğer gökcisimleri gibi ışıma yaparlar ve bu süreç Hawking ışıması olarak adlandırılır. Öncelikle karadeliklerin genel özelliklerini özetleyelim, daha sonra da ışımanın nasıl gerçekleştiğini açıklayalım.

Bir gökcisminin çekiminden kurtulabilmek için sahip olunması gereken ilk hıza kurtulma hızı denir. Örneğin yeryüzünden saniyede yaklaşık 11 kilometre hızla uzaklaşan bir cisim Dünya’nın çekiminden kurtulabilir. Karadelikleri diğer gökcisimlerinden ayıran en önemli özellikse etraflarında bir olay ufku oluşmasıdır. Olay ufku karadeliği çevreleyen küresel bir yüzeydir ve bu yüzeyin üzerinde kurtulma hızı ışık hızına eşittir. Görelilik kuramına göre ışık hızının aşılması mümkün olmadığı için bir kez olay ufkunu geçerek karadeliğe düşen bir cisim bir daha geri çıkamaz. Peki, öyleyse karadeliklerin ışıma yapması nasıl mümkün oluyor?

Hawking ışıması olarak adlandırılan süreç boş uzaydaki kuantum dalgalanmaları sonucunda madde-antimadde çiftlerinin oluşmasıyla başlar. Bazen olay ufkunun yakınında oluşan parçacıklardan biri karadelikten uzaklaşırken diğeriyse karadeliğin içine düşer. Bu süreç sonunda karadeliğin dışında kalan parçacık pozitif enerjiye sahip olduğu için karadeliğin enerjisi ve dolayısıyla kütlesi azalır.

Karadelik mekaniği yasalarıyla termodinamik yasaları arasında çok büyük benzerlikler vardır. Bu benzerlikleri kullanarak karadeliklerin sıcaklığını olay ufkundaki kütleçekim alanı ile ilişkilendirmek mümkündür. Bir karadeliğin olay ufkunun yarıçapı karadeliğin kütlesiyle doğru orantılı olarak artarken olay ufkundaki kütleçekim alanının büyüklüğüyse karadeliğin kütlesiyle ters orantılı olarak azalır. Dolayısıyla kütlesi küçük olan karadelikler daha sıcaktır ve daha fazla ışıma yaparlar. Bu durum bir karadelik ışıma yaparak kütle kaybettikçe sıcaklığının artacağı ve daha hızlı kütle kaybetmeye başlayacağı anlamına da gelir. Örneğin kütlesi Güneş’inki kadar olan bir karadeliğin sıcaklığı yaklaşık olarak 10^-9 Kelvin (1 Kelvin’in milyarda biri) kadardır. Bu büyüklükte, çevresinden yalıtılmış bir karadeliğin ışıma yaparak yok olması yaklaşık 10⁶⁷ yıl sürer. Kütlesi Ay’ınki kadar olan bir karadeliğin sıcaklığıysa yaklaşık olarak 2,7 Kelvin, yani kozmik art alan ışımasının sıcaklığı kadardır.