Kara deliklerin var olduğuna dair hiç kanıt var mı?
Bir kara delik doğrudan gözlenemez; çünkü ışık ufuktan dışarıya geçemez. Bu da kara deliklerin var olduğuna dair doğrudan kanıt bulunamayacağı anlamına gelir. Ancak GRT'nin kara delik çözümlerinin yorumlarına uygun düşen dolaylı astronomik kanıtlar varsa, bunlar kara deliklerin var olabileceği fikrini kuvvetlendirir.
Farz edelim ki, bir kara deliğin bulunacağını düşündüğümüz bir uzay bölgesi bulduk. Orada bir tane bulunup bulunmadığını nasıl kontrol edebiliriz? Yapacağımız ilk iş oradaki madde miktarını ölçmektir. Büyük miktarda maddenin küçük bir hacme sıkıştığını ve bu maddenin karanlık olduğunu bulursak, orada bir kara delik bulunma olasılığı yüksektir. Böyle sıkışık, büyük kütleli ve karanlık cisimlerin bulunabileceği yerler için astronomların üstünde durdukları iki tür sistem var: Galaksi merkezleri (muhtemelen bizim Samanyolu da dahil) ve galaksimizde X ışınları yayan ikili yıldız sistemleri.
Kormendy ve Richstone tarafından yakınlarda (1995) yapılan incelemelere göre, merkezlerinde böyle büyük kütleli karanlık cisimler barındırabilecek 8 galaksi gözlenmiş bulunuyor. Bu galaksilerin çekirdeklerinin kütleleri Güneş kütlesinin bir ila bir kaç milyon katıdır. Kütle, yıldız ve gazların galaksi merkezi etrafında dolanma hızları gözlenerek ölçülür: Orbital (yörüngede dolanma) hızları ne kadar büyükse, yıldız ve gazları yörüngede tutmak için gereken kütle çekim kuvveti de o kadar büyüktür. (Bu astronomide kütleleri ölçmek için başvurulan en yaygın yöntemdir. Örneğin, Güneş'in kütlesi gezegenlerin onun etrafında dolanma hızlarından hesaplanabilir, galaksilerdeki karanlık madde miktarı da galaksinin kenarındaki cisimlerin dolanma hızlarından hesaplanır.)
En az iki nedenden ötürü, galaktik merkezlerdeki karanlık ve büyük kütleli cisimlerin kara delikler oldukları düşünülüyor. Birincisi, onların başka bir şey olduklarını düşünmek çok zor: Yıldız veya yıldız kümesi olamayacak kadar yoğun ve karanlıklar. İkincisi, quasarlar veya aktif galaksiler olarak bilinen enigmatik cisimleri açıklayabilecekmiş gibi görünen yegane teori, bu tür galaksilerin çekirdeklerinde süper kütleli kara delikler bulunmasını postulat olarak koyuyor. Bu teori doğruysa, galaksilerin büyük bir kısmının -halen veya eskiden aktif olan galaksilerin- merkezlerinde süper kütleli kara delikler bulunmalıdır. Yan yana konulunca, bu argümanlar o galaksilerin çekirdeklerinde kara deliklerin bulunmasını kuvvetle destekler, fakat bunlar mutlak kanıt değildir.
İki yeni keşif bu sistemlerin gerçekten kara delikler içerdikleri hipotezini hayli destekledi. Biri, bize yakın aktif bir galaksinin çekirdeği civarında bir su maseri sisteminin (çok güçlü bir mikrodalga radyasyon kaynağı) bulunmasıydı. Bir grup araştırmacı, çok uzun baseline interferometresi tekniğini kullanarak, gazın hız dağılımının çok hassas çözünürlüklü bir haritasını çıkarmayı başardı. Aslında galaksinin merkezinden yarım ışık yılı uzaklıktan daha da içerideki hızı ölçmeyi de başarmışlardı. Bu ölçümlerle galaksinin merkezindeki büyük kütleli cismin yarıçapının yarım ışık yılından daha küçük olduğu sonucuna vardılar. Bu kadar küçük bir hacme sıkışmış bu kadar büyük kütlenin kara delikten başka bir şey olduğunu düşünmek zordur. (Bu sonuç Miyoshi ve diğerleri tarafından Nature, 12 Ocak 1995 sayısı, cilt 373, s 127'de rapor edildi.)
Diğer bir keşif daha da zorlayıcı bir kanıt teşkil ediyor. X ışınları astronomları, bir galaktik çekirdekten elde edilen bir spektral çizginin, çekirdeğe yakın atomların baş döndürücü hızlarla (ışık hızının 1/3'ü gibi) hareket ettiklerini gösterdiğini tespit ettiler. Ayrıca, bu atomlardan gelen radyasyon bir kara deliğin ufkunun yakınlarından geliyormuşçasına kızıla kaymıştı. Bu gözlemler kara delikten başka bir olguyla çok zor açıklanabilir. Yine, bu gözlemler teyit edilebilirse, bazı galaksilerin merkezlerinde süper kütleli kara delikler barındırdığı hipotezi epey güvencede olacaktır. (Bu sonuç Tanaka ve diğerleri tarafından Nature 22 Haziran 1995 sayısı, cilt 375, s 659'da rapor edildi.)
Kara delik adaylarının tamamen farklı bir sınıfı bizim kendi galaksimizde bulunabilir. Bunlar daha hafif ve yıldız kütleli kara deliklerdir; onların, bir süpernova patlamasıyla hayatı sona eren büyük kütleli bir yıldızın külleri üzerinde ortaya çıktıkları düşünülüyor. Böyle bir yıldız kara deliği oralarda kendi başına dolaşıyorsa, onu bulma ümidimiz bir hayli zayıftır. Ancak bir çok yıldız ikili sistemler (binary stars) halinde dolaşır -- birbiri etrafında dolanan yıldız çiftleri. Böyle bir sistemdeki yıldızlardan biri bir kara delik haline gelirse, o tespit edilebilir. Özellikle bir kara delik gibi sıkışık (compact) bir cismi içeren bazı ikili sistemlerde, diğer cisimden madde emilir ve kara deliğe kaçan bu madde bir tutulma diski oluşturur. Tutulma diskindeki madde kara deliğe yaklaştıkça çok ısınır ve, çoğunlukla spektrumun X ışınları bölgesinde olmak üzere, muazzam miktarlarda radyasyon yayınlar. Böyle X ışınları ikili sistemlerinden bir çoğu biliniyor ve onların muhtemel kara delik adayları oldukları sanılıyor.
Farz edelim ki, bir X ışını ikili sistemi buldunuz. Görünmeyen sıkışık cismin bir kara delik olup olmadığını nasıl söyleyebilirsiniz? Tabi, yapacağınız ilk iş onun kütlesini tahmin etmektir. Görünen yıldızın (ve bir kaç diğer şeyin) orbital (yörüngede dolanma) hızını ölçerek görünmeyen arkadaşın kütlesini kestirebilirsiniz. (Bu teknik daha önce galaktik merkezlerdeki süper kütleli kara delikler için anlatılanlara benzer: Yıldız ne kadar hızlı hareket ediyorsa, onu yerinde tutmak için gereken kütle çekim kuvveti o kadar büyüktür, dolayısıyla görünmeyen arkadaşın kütlesi de o kadar büyüktür.) Sıkışık cismin kütlesinin çok, ama çok büyük olduğu bulunursa, bunu açıklamak için kara delikten başka bildiğimiz bir şey yoktur. (Sıradan bir yıldız olsaydı görülebilirdi; nötron yıldızı gibi bir yıldız artığı olsaydı, kendisini kendi çekim kuvvetine karşı destekleyemez ve bir kara delik olmak üzere çökerdi.) Böyle kütle tahminleri ve tutulma diskinden yayılan radyasyonun detaylı incelemelerinin kombinasyonu, söz konusu cismin gerçekten bir kara delik olduğuna dolaylı kanıtlar sağlar. (Tabi, yine de bir kara delik bulunup da bütün matematiksel çıkarımlar gerçek bir kara delikle karşılaştırılana kadar kesin, doğrudan ve somut bir kanıt yoktur.)
Bu X ışınları ikili sistemlerinin çoğu biliniyor ve bazı durumlarda kara delik hipotezi lehine kanıtlar epey güçlü. Anne Cowley, Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics'in 1992 sayısındaki bir değerlendirme yazısında, görünmeyen cismin kütlesinin bir kara delikten başka bir şey olamayacağı kadar büyük olduğu konusunda güçlü kanıtların bulunduğu (ikisi bizim galaksimizde, birisi de yakınlardaki Büyük Magellan Bulutunda olmak üzere) böyle üç sistemin bilindiğini yazdı. Daha zayıf kanıtlara göre de muhtemelen kara delik oldukları düşünülen böyle bir çok cisim bulunmaktadır. Ayrıca araştırma alanı 1992'den beri aktiftir ve güçlü adayların sayısı da üçten fazladır.