Uzay
Dr. Öğr. Üyesi Ayşegül F. Yelkenci
15/07/2022 - 09:00

Kara Delik Modeli Yapalım

Yaş:
14
Zorluk:
Orta

Albert Einstein kütlenin uzayzamanı büktüğünü ortaya koydu. Tasarla ve Yap köşesinin bu projesinde, büyük kütleli bir yıldızın veya bir kara deliğin etrafındaki uzayzamanı nasıl büktüğünü anlamaya çalışıyoruz.

Bilmekte Fayda Var! 

Kütlesi olan her şey çevresinde bir kütle çekim alanı oluşturur ve uzayzamanı büker. Bir cismin kütlesi ne kadar büyükse ürettiği kütle çekim alanı da o kadar büyüktür. Bu nedenle uzayzamanı da o kadar çok büker. Örneğin Dünya’nın kütle çekimi Ay'dan daha güçlüdür. Bu nedenle Dünya, Ay’a kıyasla çevresinde daha büyük bir kütle çekim çukuru oluşturur. 

Kara deliklerin etrafında olay ufku olarak adlandırılan hayali bir sınır vardır. Kara deliklerin çekimi o kadar güçlüdür ki bir kez olay ufkunu geçerek kara deliğe düşen bir cisim bir daha olay ufkunun dışına çıkmayı başaramaz.

Olay ufkunun içinde kurtulma hızı ışık hızından daha büyüktür. Dolayısıyla kara deliğe düşen ışığın hızı kara deliğin çekiminden kurtulmaya yetmez. Bu yüzden de kara delikler doğrudan gözlenemez. Ancak etraflarında oluşturdukları etkiler sayesinde dolaylı yoldan tespit edilebilirler.

Kara deliklerin çoğu, Güneş’ten birkaç ila yüzlerce kat daha kütleli dev yıldızların ömürlerinin son aşamasında oluşur. Yakıtını tüketen yıldız birkaç aşama sonunda büyük bir süpernova patlaması geçirerek atmosferinin çoğunu uzaya fırlatır. Merkezde ise çökmeye engel olacak bir kuvvet olmadığı için ölü yıldızdan kalan malzeme, kütle çekiminin etkisiyle küçücük bir hacme sıkışır. Çok büyük bir kütlenin çok küçük bir hacme sıkışması, uzayzamanı o kadar çok büker ki sanki derin bir kuyu meydana gelir. Böylece çevrelerinde aşırı büyük kütle çekim alanları oluşturan kara delikler ortaya çıkar. 

Nelere İhtiyacımız Var?

  • Penye veya havlu elastik çarşaf 
  • Büyük leğen (Yaklaşık 43 cm çaplı)
  • Pergel
  • Mermer bilye (ağır), lastik top (orta ağırlığa sahip), pinpon topu (hafif)
  • Lastik ip
  • CD ve beyaz tahta kalemi
  • Makas 
  • Cetvel
  • Metre
  • İletki

Ne Yapıyoruz?

Ne Oldu?

Çarşafın üzerinde herhangi bir ağırlık yokken çizgiler eşit aralıklıdır. Bu, düz uzayzamanın nasıl olduğunu gösterir. Mermer bilyeyi çarşafın üzerine bıraktığımızda çizgiler esner. Bu çizgilere bakarak büyük kütleli bir yıldızın etrafında uzayzamanın nasıl büküldüğünü hayal edebiliriz. 

Bu projede kullandığımız mermer bilye, Güneş’ten milyarlarca kat daha kütleli bir kara deliği; pinpon topu ve lastik top ise uzaydaki daha küçük kütleli diğer gök cisimlerini temsil ediyor. Kütlesi daha büyük olan mermer bilye, uzayzamanı daha hafif olan lastik topa ve pinpon topuna göre daha fazla büktü. Bu nedenle lastik top ve pinpon topu daha ağır olan mermer bilyeye doğru yuvarlandı ve dibine düştü.

Uzayzamanı en çok büyük kütleli kara delikler büker. Diğer gök cisimlerinin kara deliklerin etrafında yığışma diski oluşturduklarını veya belirli bir yörüngede hareket ettiklerini gözleyebiliriz. Samanyolu Gök Adası’nın merkezindeki süper kütleli kara delik de kara deliğin etrafındaki gök cisimlerinin belirli bir yörüngede hareket ettiği gözlenerek bulunmuştu.

Düşünelim!

Alternatif olarak mermer bilyeden daha hafif bir bilyeyi modelimizin ortasına yerleştirip lastik topun ve pinpon topunun yörüngedeki hareketleri arasındaki farklılıkları inceleyebiliriz.

Sözlük:

Yığışma diski: Büyük kütleli bir cismin etrafında yörünge hareketi yapan, diskli biçimli hacmin içine dağılmış madde. 

Kaynaklar:

Yazar Hakkında:

Dr. Öğr. Üyesi Ayşegül F. Yelkenci
İstanbul Kültür Üniversitesi Fizik Bölümü, 
Türk Astronomi Derneği, Uluslararası Astronomi Birliği Astronomi Eğitimi Ofisi Türkiye Koordinatörü (IAU-OAE NAEC Turkey)
 

Uzay

2022 Antalya Gökyüzü Gözlem Etkinliği başvuruları başladı. Başvuru için son tarih 5 Ağustos. 

Doç. Dr. Selçuk Topal, Bilim Genç sesli yayınının yeni bölümünde Dünya’nın düz olmadığına dair kanıtları açıklıyor.