Kara deliğin fotoğrafı nasıl çekilir

Samanyolu'nun kalbinde, dönen bir sıcak gaz bulutunu besleyen, ışık dâhil yanına yaklaşmaya teşebbüs eden her şeyi yutan çok büyük bir kara delik var. Biz onu göremeyiz, fakat onun ufuk çizgisi gölge yapıyor ve bu gölgenin resmi, evren hakkındaki bazı önemli soruların cevaplanmasına yardımcı olabilir. Bilim adamları bu tür bir resmi meydana getirmenin dünya büyüklüğünde bir teleskobu gerektirdiğini düşünürlerdi -- ta ki Katie Bouman ve astronom takımı ortaya mantıklı bir alternatif koyana kadar. Zifiri karanlıkta nasıl görebildiğimiz hakkında daha fazlasını öğrenin.

"Yıldızlararası" filminde

süper büyük kara deliğe yakından bakalım.

Parlak gazın zeminine karşı kurulmuş olan

kara deliğin büyük çekimi kuvveti

ışığı halka şeklinde büker.

Buna rağmen, bu gerçek bir fotoğraf değil

bilgisayar grafik uygulamasıdır -

kara deliğin nasıl görülebileceğine
dair artistik bir yorumlama.

Yüz yıl önce,

Albert Einstein kendi teorisi olan
izafiyet teorisini ilk defa yayımladı.

Ondan sonraki yıllarda

bilim adamları teoriyi destekleyen
birçok kanıt sundular.

Fakat bu teoriden tek
çıkarım yapılıyor, kara delik

hâlen direkt olarak gözlemlenmedi.

Kara deliğin nasıl görünebileceğine
dair bazı düşüncelerimiz olsa da

daha önce bir fotoğrafı hiç çekilmedi.

Buna rağmen, bunun sonunda
değişebileceğini bilmek sizi şaşırtabilir.

Önümüzdeki birkaç yıl içerisinde
kara deliğe ait ilk fotoğrafı görebiliriz.

İlk resmi almak uluslararası
bilim adamları takımına,

dünya büyüklüğünde teleskopa

ve son fotoğrafı bir araya getirecek
algoritmaya düşecektir.

Bugün size kara deliğin gerçek fotoğrafını
gösteremeyecek olmama rağmen

ilk resmi almayı içeren çabalara
kısa bir bakış atmanızı

sağlamak istiyorum.

Benim adım Katie Bouman

ve MIT'te PhD öğrencisiyim.

Bir bilgisayar laboratuvarında,
fotoğraf ve videolarla

gören bilgisayarlar üzerine çalışıyorum.

Astronom olmamama rağmen

mevcut projeye nasıl katkıda bulunduğumu

size göstermek istiyorum.

Eğer bu akşam parlak şehir
ışıklarının ötesine çıkarsanız,

samanyolunun şaşırtıcı
görüntüsünü görmek için

yeterince şanslı olabilirsiniz.

Milyonlarca yıldızın ötesine
yakınlaştırma yapabilirseniz,

samanyolunun kalbine
doğru 26.000 ışık yılı,

en sonunda tam merkezdeki
yıldız kümesine ulaşacağız.

Tüm galaktik toz bulutunun
ötesini kızıl ötesi teleskopla

gözetleyen astronomlar bu
yıldızları 16 yıldır izliyorlar.

Fakat onların görmediği,
bunun en muhteşem şey olması.

Bu yıldızlar görünmeyen bir
objenin etrafında dönüyor gibi.

Bu yıldızların yolunu izleyerek

astronomlar, bu harekete sebep olan şeyin,

yeterince küçük ve ağır, büyük bir
kara delik olduğu sonucuna vardılar-

ışık dâhil, yanına çok yaklaşan

herhangi bir şeyi içine çekebilecek
yoğunlukta olan bir obje.

Eğer biz daha ötesine yakınlaştırma
yapabilseydik ne olurdu?

Böyle bir şeyi görmek mümkün mü,
tanım olarak, görmek imkânsız mı?

Peki, eğer biz radyo dalga
boylarında yakınlaştırma yapabilseydik,

kara deliğin etrafında
sıkışmış sıcak plazmanın

çekimsel mercekleşmesi oluşan
bir ışık halkası görmeyi beklerdik.

Diğer bir deyişle,

karanlık bir alan yaratan
parlak materyaller

zeminine gölge oluşturuyor.

Bu aydınlık halka çekim kuvvetinin,
ışığın dahi kaçamayacağı kadar büyük

olduğu yerdeki kara deliğin
çevresindeki sınırları açığa çıkarır.

Einstein denklemi bu halkanın
şeklini ve büyüklüğünü tahmin eder,

bu sebeple bunun resmini çekmek
sadece mükemmel olmayacak,

ayrıca denklemin, kara delikteki
olağanüstü durumlarda

geçerliliğinin doğrulanmasına
yardım edecektir.

Buna rağmen, bu kara delik
bizden çok uzakta ki

dünyadan bu halka
olağanüstü küçük görülüyor

-ayın üzerindeki portakal gibi.

Bu durum fotoğrafının çekilmesini
çok zorlaştırmaktadır.

Sebebi nedir?

Peki, bunların hepsi basit
bir denkleme indirgeniyor.

Difraksiyon olarak adlandırılan
fenomen nedeniyle,

görebileceğimiz küçük objeler
için temel limitler vardır.

Bu yönetici denklem, çok çok
küçük görmek için teleskobumuzu

çok çok büyük yapmamız gerektiğini söyler.

Fakat, dünyadaki en büyük teleskopla dahi,

ayın yüzeyini resmetmek için

gerekli çözünürlüğe yaklaşamadık.

Aslında, burada size ayın dünyadan
çekilen en yüksek çözünürlüklü

fotoğrafını gösteriyorum.

Yaklaşık olarak 13.000 piksel.

ve her bir piksel 1,5 milyondan
fazla portakal içermektedir.

Yani, ayın üzerindeki her bir portakalı

ve ilave olarak bizim
kara deliği görmek için

ne kadar büyük bir
teleskoba ihtiyacımız var?

Büyük hesaplar yaparak,
bu, dünya büyüklüğünde

teleskoba ihtiyacınız olduğunu kolayca
hesaplayabileceğinizi ortaya koyuyor.

(Gülüşme)

Eğer dünya büyüklüğünde
teleskop yapabilirsek

kara deliğin ufuk sınırını gösteren
bu belirgin ışık halkasını

ancak fark etmeye başlayabiliriz.

Bu fotoğraf bilgisayardaki
grafik görüntülerinde

gördüğümüz tüm detayları içermese de,

kara deliğin yakın çevresine
güvenle ilk bakışı atmamıza

imkân verecektir.

Yine de, hayal ettiğiniz gibi,

dünya boyutunda Single-Dish (Tek Tabaka)
teleskop yapımı imkânsızdır.

Fakat, Mick Jagger'ın
ünlü şarkısındaki gibi

"Her zaman her istediğini alamazsın,

fakat bazen denersen, istediğini almanın

yolunu bulabilirsin."

Dünyanın tüm teleskopları
birbirine bağlayarak,

"Event Horizon Teleskop"u olarak
adlandırılan uluslararası işbirliği

kara deliğin ufuk sınırının
büyüklüğünü çözebilecek

yapıda dünya büyüklüğünde

sanal teleskop yaratabiliyor.

Bu teleskop ağı gelecek yıl
kara deliğin ilk fotoğrafını

çekmek için planlandı.

Dünya çapındaki herbir
teleskop beraber çalışıyor.

Atomik saat ile birbirlerine bağlandılar.

Herbir yerdeki araştırma ekipleri binlerce

terabayt veri toplayarak ışığı donduruyor.

Bu veri daha sonra tam burada
Massachusett'de işlemden geçiriliyor.

Peki, bu nasıl çalışıyor?

Hatırlayın, eğer galaksinin ortasında
kara delik görmek istiyorsak

bu dünya büyüklüğünde teleskop
yapmamız gerekmektedir.

Bir saniye, dünya büyüklüğünde
teleskop yapmış gibi davranalım.

Bu biraz dünyayı büyük
dönen kocaman bir disko

topuna dönüştürmeye benzeyecektir.

Herbir ayna ışık toplayacak

ki daha sonra biz bunları
bir araya getirelim.

Buna rağmen, biz bunları
birçoğunu attık dersek,

sadece elimizde birkaç tane kalır.

Hâlâ bunları bir araya
getirmeye çalışabiliriz,

fakat şimdi çok fazla delik var.

Kalan bu aynalar teleskoplarımızın
yerlerini temsil eder.

Bu, fotoğraf elde etmek için
oldukça küçük sayı da ölçümlerdir.

Fakat, sadece birkaç teleskop
konumundan ışık toplamamıza rağmen

Dünya dönerken, diğer yeni
ölçümleri görmeye başlarız.

Diğer bir değişle, disko topunun döndüğü
gibi, bu aynalar konumlarını değiştiriyor

ve biz resmin değişik parçalarını
gözlemlemeye başlıyoruz.

Geliştirdiğimiz bu resim algoritması,
altta yatan kara delik resmini yeniden

kurmak için disko topundaki
boşlukları doldurur.

Dünyada her yerde konuşlanmış
teleskobumuz olsa idi,

yani, tam bir disko topu olsa idi

bu çok önemsiz olurdu.

Buna rağmen, sadece birkaç örnek
görüyoruz ve bu nedenle

bizim teleskop ölçümlerimiz
ile tam olarak tutarlı

sonsuz sayıda olası resim var.

Buna rağmen, tüm resimler eşit yapılmadı.

Bu resimlerden bazıları,

diğerlerine nazaran resim olduğunu
düşündüğümüz şeyler gibi görünüyor.

Kara deliğin ilk resminin
alınmasındaki benim rolüm

mümkün olan en makul resmi
bulacak ve aynı zamanda

teleskop ölçülerine uyduracak
algoritmayı dizayn etmektir.

Olay yeri incelemecinin, yüz yapısına
ilişkin kendi bilgilerini kullanarak

resmin parçalarını birleştirmek
için kısıtlı tanımlama kullanması gibi

geliştirdiğim bu resim algoritması da
evrende madde gibi görünen resme

bizi yönlendirmesi için bizim kısıtlı
teleskop verilerini kullanmaktadır.

Bu algoritmayı kullanarak,
seyrek ve gürültülü veriden

resmi bir araya getirebiliriz.

Burada, evrenin merkezindeki
kara deliğe doğru

teleskobumuzu doğrultmuş
gibi yaptığımızdaki taklit veriyi

kullanarak yapılan örnek
rekonstrüksiyonu gösteriyorum.

Bu yalnızca bir taklit olmasına rağmen,

bu tür bir rekonstrüksiyon
bize umut veriyor,

eninde sonunda kara deliğin güvenilir
bir şekilde ilk resmini alacağız

ve bundan, çemberin
büyüklüğüne karar vereceğiz.

Algoritmanın detayları hakkında
devam etmek istememe rağmen,

şanslısınız ki, bunun için zamanım yok.

Evrenimizin neye benzediğini,
nasıl tanımladığımıza

ve yeniden inşa etmek ve
sonuçlarımızı doğrulamak için

bunu nasıl kullandığımıza dair
kısa bir fikir vermek istiyorum.

Teleskobumuzun ölçümlerini
mükemmel şekilde açıklayan

sonsuz sayıda resim olduğundan

bir şekilde bunların arasından
seçim yapmak zorundayız..

Ne kadar kara delik resmine benzediği

çerçevesinde resimleri
sıralayarak bunu yapıyoruz

ve en muhtemel olanı seçiyoruz.

Peki, bununla tam olarak
neyi kastediyorum?

Bize Facebook'ta bir resmin ne kadar
ihtimalle görüneceğini anlatan

modeli yapmak için çalışıyoruz diyelim.

Muhtemelen modelden,

birinin bu gürültü resmini sola
koymuş olmasını biraz ihtimal dışı

ve birinin sağdakine
benzer özçekim koymasının

olası olduğunu söylemesini isteriz.

Ortadaki resim flu,

gürültü resmi ile
kaşılaştırıldığında Facebook'ta

görecek olmamıza rağmen

özçekim ile kaşılaştırıldığında
muhtemelen daha az göreceğiz.

Fakat kara delikten gelen
resme sıra geldiğinde

gerçek bir muamma ile karşılaştık:
Kara deliği daha önce hiç görmemiştik.

Bu durumda, kara delik nasıl bir şey

ve kara deliğin yapısı hakkında
neyi farz kabul etmeliyiz?

"Yıldızlararası"ndaki kara delik
resmi gibi yapmış olduğumuz

simulasyondaki resimleri
kullanmayı deneyebiliriz,

fakat eğer bunu yaparsak bu,
önemli problemlere sebep olabilir.

Eğer Einstein'nin teorileri
tutmasaydı ne olurdu?

Hâlâ ne olduğu hakkında kesin fotoğrafı
yeniden ortaya çıkartmak istiyoruz.

Eğer Einstein'in denklemini bizim
algoritmamız içinde çok ısıtırsak

ne görmek istiyorsak onu göreceğiz.

Diğer bir deyişle, evrenimizin merkezinde

koca bir fil olabilmesi opsiyonunu
açık bırakmak istiyoruz.

(Gülüşme)

Değişik tipteki resimler
farklı özelliklere sahiptir.

Kolayca kara delik similasyon resmiyle
bizim her gün dünyadan aldığımız resim

arasındaki farkı söyleyebiliriz.

Çok fazla tek tipte resmin
özelliklerini empoze etmeksizin

resmin neye benzediğini bizim
algoritmamıza söylemeye ihtiyacımız var.

Bu işi halletmeye çalışmanın bir yolu

değişik çeşitteki resimlerin
özelliklerini empoze etmek

ve varsaydığımız resmin tipinin

rekonstrüksiyonumuzu
nasıl etkilediğini görmek.

Eğer tüm resim tipleri birbirine
çok benzeyen resimler üretirse

biz daha güvenilir
olmaya başlayabiliriz ki

bizim yaptığımız resim varsayımları
bu resimden çok fazla sapmaz.

Dünyadaki 3 ayrı eskiz ressamına

aynı tanımlamayı vermek gibi bir şey.

Eğer hepsi birbirine benzeyen
yüzler çiziyorlarsa

onların kendi kültürel önyargılarını
resme empoze etmediklerinden

emin olmaya başlayabiliriz.

Değişik resim özelliklerini empoze
etmeyi denememizin bir yolu

mevcut resmin parçalarını kullanmaktır.

Yani, geniş bir resim koleksiyonu alırız

ve bunları küçük resim
parçalarına ayırırız.

Her bir resim parçasını yapbozun
bir parçası gibi değerlendirebiliriz.

Genelde parçaları bir araya getirmek için
görünen yapboz parçalarını kullanırız

ki bu parçalar bizim teleskop
ölçeğimize uymaktadır.

Değişik tipteki resimler farklı
yapboz parçası setlerine sahiptir.

Peki farklı yapboz parçası setini resmi
yeniden oluşturmak için kullandığımızda

fakat aynı veriyi aldığımızda ne olur?

Kara deliğin resim simülasyon
yapboz parçaları ile başlayalım

Peki, bu mantıklı görünüyor.

Kara deliğin benzemesini
umduğumuz şekilde görünüyor.

Ama sadece kara deliğin simülasyon
resimlerini sağladığımız için mi

bunu elde ettik ?

Haydi kara deliğe ailt olmayan
astronomik nesnelerden

diğer yapboz parçalarının
setini deneyelim.

Peki. Benzer şekilde
görünen resmi elde ettik.

Günlük resimlerden elde
edilen parçalar nasıl olur?

Kendi şahsi kameranla
çektiğin resimler gibi.

Güzel, aynı resmi görüyoruz.

Aynı resmi farklı yapboz parçaları
setinden elde ettiğimizde

daha güvenilir olmaya başlayabiliriz

ki yaptığımız resim kabulü,

çok fazla aldığımız son
resimle karşıtlık oluşturmaz.

Yapabileceğimiz diğer bir şey
günlük resimlerden türetilende

olduğu gibi aynı set
yapboz parçalarını almak

ve onları birçok farklı resim kaynağını
yeniden inşa için kullanmaktır.

Bu nedenle similasyonumuzda

kara deliği, evrenin merkezindeki file
benzer günlük resimlerde olduğu gibi

astronomik olmayan kara delik nesnelere
benziyormuş gibi değerlendiriyoruz.

En alttaki algoritma sonuçlarımız
en üstteki simülasyonumuzun

gerçek resmiyle benzer göründüğünde,

algoritmamızda daha güvenilir
olmaya başlayabiliriz.

Burada gerçekten vurgulamak istediğim,

tüm bu resimler

kişisel kameranızla çektiğiniz
fotoğraflar gibi olan günlük fotoğrafların

parçalarının bir araya
getirilmesiyle oluşturuldu.

Bu nedenle daha önce
görmediğimiz kara delik resmi

her an gördüğümüz insanların, binaların,
ağaçların, kedilerin ve köpeklerin

resimlerinin bir araya
getirilmesiyle oluşturulabilir.

Bu tarz bir fotoğraflama düşüncesi,
ilk kara delik resmimizi çekmemizi

bizim için mümkün kılabilir

ve inşallah bilim adamlarının günlük

bazda dayandığı teoriyi doğrulayacağız.

Fakat, çalışma ayrıcalığına eriştiğim
araştırma takımım olmasaydı

bunun gibi çalışan
resimleme fikrini edinmek

hiçbir zaman gerçekleşemezdi.

Herhangi bir astronomi alt yapım
olmadan bu projeye başlamama rağmen,

bu eşsiz işbirliğinin daha ilk kara delik
resminde sonuç verebilmesiyle

başardığımız şey beni hâlen şaşırtıyor.

Fakat "Event Horizon Telescope"
gibi büyük projeler

disiplinler arası uzman farklı insanların
masaya getirilmesi nedeniyle başarılıdır.

Biz, aynı potada eriyen astronom, fizikçi,
matematikçi ve mühendisleriz.

Bu, imkânsız olduğu
düşünülen şeyi başarmak için

eninde sonunda yapılacak olan şeydir.

İlk bakışta kara delik
kadar gizemli gelse de

sizi dışarı çıkmaya, bilimin sınırlarının
genişletilmesine yardım etmeye

davet ediyorum.

Teşekkür ederim

(Alkış)