Nobel Fizik Ödülü’nün 2020 yılındaki sahipleri Roger Penrose, Reinhard Genzel ve Andrea Ghez oldu. Penrose’un kara deliklerin oluşmasının genel görelilik kuramının doğrudan bir sonucu olduğuna dair ispatı, Genzel ve Ghez’in ise gök adamızın merkezinde yer alan ve devasa kütlesiyle etrafındaki yıldızların yörüngesini belirleyen gök cismini keşfetmeleri dolayısıyla ödüle layık görüldükleri açıklandı.
Bir gök cisminin çekiminden kurtulmak için gerekli hız cismin kütlesine ve hacmine göre değişir. Kütle büyüdükçe ve hacim küçüldükçe kurtulma hızı artar. Eğer yeteri kadar küçük bir hacmin içine yeteri kadar büyük bir kütle sıkışırsa kurtulma hızının ışık hızını geçmesi bile mümkün olabilir. John Michell ve Pierre Simon de Laplace, henüz 1800’lerde bu şekilde bir mantık yürütmenin sonucu olarak, ışığın bile çekiminden kurtulamadığı ve bu yüzden doğrudan gözlemlenemeyen “karanlık yıldızlar” olabileceğini öne sürmüşlerdi.
Genel görelilik kuramının geliştirilmesinden sadece birkaç ay sonra Karl Schwarzschild alan denklemlerinin bir çözümünü buldu ve kuramın karanlık yıldızlara benzer, daha sonra kara delikler olarak adlandırılacak gök cisimlerinin varlığını tahmin ettiğini gösterdi. Ancak genel görelilik kuramındaki kara deliklerin karanlık yıldızlardan çok önemli bir farkı vardır. Tamamen kurtulup uzaya kaçması mümkün olmasa da, bir cismin, kütle çekimiyle bağlı olduğu bir karanlık yıldızdan az da olsa uzaklaşması mümkündür. Ne kadar çok uzaklaşabileceği karanlık yıldıza olan mesafeye ve sahip olunan enerjiye bağlı olarak değişir. Kara delikleri diğer gök cisimlerinden ayıran en önemli özellikse etraflarında bir olay ufku olmasıdır. Bir kez olay ufkunu geçip kara deliğe giren bir cisim ne kadar çok enerjiye sahip olursa olsun bir daha olay ufkunun dışına çıkmayı başaramaz. Devamlı olarak kara deliğin merkezine doğru yol almaya devam eder. Ta ki yolculuk kara deliğin merkezindeki tekillikte son bulana kadar.
Albert Einstein kara deliklerin oluşmasının mümkün olamayacağını, henüz bilinmeyen bazı süreçlerin kara deliklerin oluşmasını engelleyeceğini düşünmüştü. Zaten kuramsal hesaplardaki modeller de eninde sonunda gerçek dünyaya değil gerçek dünyanın basit bir modeline karşılık geliyordu. O dönemlerde yaşamış pek çok büyük fizikçi de benzer görüşlere sahipti. Örneğin çeşitli kuantum mekaniksel süreçlerin kara deliklerin oluşmasını engelleyebileceği düşünülüyordu.
Onlarca yıl boyunca kara deliklerin varlığı sadece bir varsayım olarak kaldı. Ancak 1963’te ilk kuasar’ın (evrendeki en parlak gök cisimlerinin) gözlemlenmesinden sonra durum değişti. O yıl Başak (Virgo) Takımyıldızı yönünde, Dünya’ya bir milyar ışık yılından daha uzak bir gök cismi keşfedildi. Gök cismi o kadar parlaktı ki yaydığı ışığın yoğunluğu yüzlerce gök adanınki kadardı. Bu kadar küçük hacimli bir bölgeden bu kadar çok ışık yayılmasının tek bir açıklaması olabilirdi: devasa kütleli bir kara delik ve bu kara deliğe düşen maddeler. Fiziksel dünyada kara deliklerin oluşmasının gerçekten de mümkün olup olmadığı Roger Penrose’un üzerinde kafa yorduğu problemlerden biriydi. Penrose, çözüm bulmayı kolaylaştıracak varsayımlara başvurmadan, topolojik yöntemler kullanarak, kara deliklerin oluşmasının genel görelilik kuramının doğrudan bir sonucu olduğunu ispatladı. Penrose’un ispatı yaparken kullandığı yöntemlerden daha sonraları evrenin büyük ölçekteki yapısıyla ilgili araştırmalarda sıklıkla yararlanılacaktı.Kara delikler her ne kadar doğrudan görülemese de kütle çekimi aracılığıyla çevrelerindeki gök cisimleriyle etkileşirler. Görülebilen gök cisimlerinin hareketlerini gözlemleyerek uzayın belirli bölgelerinde kara delikler olduğuna dair çıkarımlar yapılabilir.
