"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)