İnsanlığın uzaya çıkmaya başladığı andan beri hedeflediği üç temel amaç, yıllar içinde değişmeden hep ön planda kalmış. Bunlardan birincisi öncelikle uydumuz Ay olmak üzere güneş sistemi içindeki cisimlere ulaşabilmek. İkincisi yer yörüngesine hangi amaçlı olursa olsun uydular yerleştirmek. Sonuncusu da bilimsel amaçlı çalışmalar yapmak için uzaya teleskoplar göndermektir.
Yer atmosferinin gökcisimlerinden alınan ışık üzerindeki bozucu etkilerinden kurtulmanın en güzel yöntemi, gözlemleri atmosfer dışından yapmaktır. Bu da ancak uzaya gönderilen teleskoplar sayesinde başarılır. Böylece projenin amacına göre güneş sistemi içinden başlayarak derin uzay cisimlerine kadar her türlü gökcismi daha rahat gözlenebilir. Hatta bu gözlemler elektromanyetik tayfın her bölgesi kullanılarak yani farklı enerji bölgelerinde veya başka deyişle ışığın farklı dalga boylarında yapılabilmektedir.
Uzay teleskobu veya uzay gözlemevi, güneş sistemi cisimlerinin yanı sıra öte gezegenleri, gökadaları ve diğer gökcisimlerini gözlemek için uzayda bulundurulan bir teleskoptur. Uzay teleskoplarının kullanılması yer atmosferi tarafından yer yüzeyine ulaşması engellenen morötesi, x-ışınları ve gama ışınlarına ulaşma fırsatı sunar. Bunlara ek olarak yer konuşlu gözlemevlerinin karşılaştığı hava ve ışık kirliliğinin görüntüler üzerindeki bozucu etkilerinden kurtulmayı da sağlar. Ancak gönderilen her bir teleskobun belli bir görev süresi vardır. Görev süresi dolan teleskopların yerlerine çok daha yüksek teknolojiye sahip, gelişmiş olanları gönderilir; dolayısıyla daha ayrıntılı çalışmalara ve yeni bulgulara imza atılmış olur.
GJ 1214 b ötegezegeninin mevcut bilgilere dayanarak neye benzeyebileceğini gösteren bir temsili resim. Dünya’dan yaklaşık 48 ışık yılı uzaklıkta ve sıcak bir Neptün-altı ötegezegen büyüklüğündeki GJ 1214 b, gökadada en çok çalışılan ötegezegenlerden biridir. Önceki tayfsal gözlemler, gezegenin aerosollerle (bulutlar veya sisler) örtüldüğünü ve bunun şimdiye kadar kalın atmosferini oluşturan gazların bileşimini belirlemeyi olanaksız hale getirdiğini göstermekte.
Bugünlerde böylesi bir proje hayata geçiyor. Yeni uzay teleskobu, James Webb Uzay Teleskobu olarak adlandırıldı. Bu teleskopla yapılan gözlemler evreni daha iyi anlamamıza yardımcı olacak. James Webb Uzay Teleskobu (JWST) NASA, Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ve Kanada Uzay Ajansı (CSA) tarafından ortaklaşa geliştirilen bir uzay teleskobu. JWST, NASA'nın en önemli uzay teleskoplarından, 1990 yılında uzaya fırlatılan Hubble Uzay Teleskobu’nun yerine geçmesi için tasarlandı. JWST, Hubble’dan daha üst düzeyde gelişmiş kızılötesi çözünürlük ve duyarlılık sağlayacak ve astronomi ve kozmoloji alanlarında geniş bir araştırma yelpazesine olanak sağlayacak. Çalışma alanlarından bazıları, oluşan ilk gökadalar gibi evrendeki en uzak gökcisimlerinden bazılarını gözlemek ve potansiyel yaşanabilir ötegezegen atmosferlerinin ayrıntılı çalışılmasını yapmaktır.
JWST'nin 6,5 metre çaplı birincil aynası, Hubble'ın 2,4 metre çapındaki aynasından önemli ölçüde daha büyük ve altın kaplamalı berilyumdan yapılmış 18 altıgen ayna parçasından oluşuyor. Yakın morötesi, görünür ve yakın kızılötesi tayf aralığında gözlem yapan Hubble Teleskobu’ndan farklı olarak, Hubble'ın gözleyemeyeceği kadar yaşlı ve çok uzak olan, yüksek kırmızıya kayma gösteren cisimleri daha geniş bir tayf aralığında gözleyebilecek.
Uzak Dünyaların Gizli Okyanusları
Yeni bir çalışma, bir ötegezegen atmosferindeki kimyasalların, bazı durumlarda, yüzeyde sıvı suyun olup olmadığının nasıl ortaya çıkarılabileceğini rapor etmekte. Güneş sistemimizde gezegenler dünyamız gibi ya küçük ve kayalık ya da Neptün gibi büyük ve gaz halindedir. Ancak gökbilimciler, diğer yıldızların etrafında, Yer’den biraz daha büyük ama Neptün’den daha küçük boyutlarda ötegezegenler buldular. Bu gezegenler kayalık yüzeylere veya sıvı su okyanuslara sahip olabileceği gibi, kendi gezegenimizden çok daha kalın bir atmosferlerle de kaplanmış olabilir.
Bilimsel bir astronomi dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmada araştırmacılar, bu atmosferlerin kimyasal yapısı hakkında yakaladıkları ipuçlarını nasıl ortaya çıkardıklarını anlatıyorlar. Bu bulgular özellikle de sıcak gezegenlerin sıvı sudan oluşmuş okyanusları nasıl barındırabileceğine dair bilgiler taşıyor. Sıvı su, bildiğimiz yaşam için gerekli bir bileşen olduğundan, kullanılan teknik bilimcilerin potansiyel yaşanabilir ötegezegen arayışlarına yardımcı olabilir. Gökadamız Samanyolu’nda şu ana kadar 4.500'den fazla ötegezegenin varlığı doğrulandı, 7.700'den fazlası ise onay alabilmek için bekliyor. Bu arada, yapılan bir çalışmada bilimciler bizim gökadamızda yüz milyarlarca ötegezegen olduğunu tahmin ediyor. James Webb Uzay Teleskobu bu ötegezegenlerin atmosferik yapısını çok daha ayrıntılı çalışabilecek güce sahip.
Orion Bulutsusu’nun sol alt bölümünde, yakındaki sıcak ve genç yıldızlardan gelen yoğun ışınımla oluşmuş ve “Orion Bar” olarak adlandırılan, parlak çubuk şekilli ortam.
NASA’nın tayfçekerlerle donatılmış bazı uzay teleskopları, bir ötegezegen atmosferinin kimyasal yapısını ortaya çıkarabilir. Yer atmosferinin kimyasal yapısı, gezegenimizin yüzeyindeki canlıların görüntülerini ortaya koyamaz, ancak memeliler tarafından üretilen karbondioksit ile metanın ve ağaçlar tarafından üretilen oksijeni saptayabilir. Bu kimyasalların hiçbiri tek başına bir yaşam belirtisi olmayacaktır ancak birlikte incelendiğinde gezegenimiz üzerinde bir yaşam olasılığına işaret ederler.
Neptün-altı bir gezegendeki kalın atmosfer, sera etkisi gibi, yüzeydeki ısıyı tuzaklayıp sıcaklığı yükseltebilir. Atmosfer sıcaklığı yaklaşık 770°C derece gibi belirli bir eşik değere ulaşırsa, ısıya dayalı termokimyasal denge adı verilen bir işlemden geçerek kimyasal yapısını değiştirebilir. Ötegezegenlerin genel olarak, evrenin yapı taşı olan hidrojenden oluştuğunu varsayarsak, gezegen atmosferinde termokimyasal denge oluştuktan sonra artık bu atmosfer, karbon ve azot ağırlıklı metan ve amonyak şeklinde bulunacaktır. Bu kimyasallar, termokimyasal dengenin oluşmadığı daha serin ve daha ince bir atmosferde ise büyük ölçüde daha az bulunurlar. Bu durumda, baskın bulunan karbon ve azot formları karbondioksit ve azot moleküllerine dönüşürler.
NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu, ötegezegen atmosferlerini inceleyebilen bir tayfçeker taşıyacak. Bilimciler Webb’in bu atmosferlerde ne tür kimyasal yapılar göreceğini ve bu uzak dünyalar hakkında neler ortaya çıkarılabileceğini tahmin etmeye çalışıyor. Uzay Teleskobu, Neptün-altı atmosferlerde termokimyasal denge belirtilerini, başka bir deyişle, gizli bir okyanusun belirtilerini tanımlama yeteneğine sahip.
Webb, yeni gezegenler keşfettikçe veya bilinen gezegenler hakkında daha derinlemesine çalışmalar yaparken bu bilgiler, bilimcilerin hangisinin ek gözlemlere gerek olduğuna karar vermelerine yardımcı olabilir. Bilimciler son yıllarda özellikle yaşam barındırabilecek gezegenleri hedeflemek istediğinden Webb Teleskobu’nun gözlemleri bu konuda çok değerli olacaktır.
Neptün-Altı Ötegezenlerin Sisi
Ötegezegenlerin Webb Teleskobu tarafından yapılacak atmosfer çalışmaları, gökadada bilinen en yaygın ve gizemli ötegezegenlerden bazıları hakkında önemli bilgiler sağlayacak. Samanyolu'nda incelenen güneş benzeri yıldız sistemlerinin yarısından fazlası, kendi güneş sistemimizdekine benzemeyen gizemli gezegen türü barındırmakta. Yer’den daha büyük, Neptün’den daha küçük ve Merkür’ün Güneş’in yörüngesindeki uzaklığından daha yakın yörüngede dolanan sıcak Neptün-altı ötegezegenler, gökadamızda gözlenen en yaygın gezegen türüdür. Ancak araştırmacılar bu gezegenlerden yüzlercesinin boyut, kütle ve yörünge dahil olmak üzere temel özelliklerini ölçebilmiş olsalar da bunların temel doğaları hâlâ belirsizliğini koruyor. Bu gezegenler kalın bir hidrojen ve helyum gazı katmanlarıyla kaplanmış Yer benzeri yoğun, kaya ve demir dünyalar mı? Ya da buharlı, su bakımından zengin atmosferlerle çevrili daha az yoğun kaya ve buz karışımları mı? Bugüne kadar elde edilmiş az sayıda veri ve karşılaştırma yapabilmek amacıyla kendi güneş sistemimizde benzer büyüklükte ve yörüngede dolanan gezegen olmadığından, bu soruları yanıtlamakta hep zorlanıldı.
Nedir bu gezegenler, nasıl oluşuyorlar? Güneş sistemimizde bunlardan neden yok? Bilimciler bunları temel sorular olarak değerlendiriyor ve Webb Teleskobu gözlemlerinin bu sorulara açıklık getirmesini bekliyorlar.
Yer çapının 1,7 ile 3,5 katı olan gezegenlere Neptün-altı gezegenler adı verilir. Güneş sisteminde bu boyut aralığında gezegen yok ancak bilimciler birçok Neptün-altı gezegenin kalın atmosferlere sahip olduğunu ve bu durumun, olası kayalık yüzeyleri veya sıvı okyanusları gizlediğini düşünüyor.
Gezegen Sistemlerinin Keşfi
Uygun koşullara sahip bir ortamda gezegen sistemlerinin oluşması milyonlarca yıl sürer ve bunu da ortaya çıkarmak gökbilimciler için oldukça zordur. Bu oluşumların hangi aşamada olduğunu nasıl belirleriz veya hangi kategorilere ayırabiliriz? En iyi yaklaşım, birçok örneğe bakmak ve elimizdeki verilere yenilerini eklemek. İşte tam bu aşamada NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu kızılötesi gözlem verisi sağlayacaktır. Webb'i kullanan araştırmacılar şu anda öncelikle kendi gezegen sistemlerini oluşturan 17 cismi gözleyecek.
Webb, bu ilkel gezegenimsi disklerin iç bölgelerindeki molekülleri ortaya çıkarabilecek tayfları alacak ve Dünya üzerindeki ALMA teleskop dizisinin, bu ilkel disklerin dış bölgeleri hakkında sağladığı bilgilere tamamlayıcı bir ek yapmış olacak. Böylesi oluşum disklerinin iç bölgeleri kayalık, Yer benzeri gezegenlerin oluşmaya başlayabileceği yerlerdir; bu yüzden Webb gözlemleri sayesinde orada hangi moleküllerin var olduğunu bilmek, araştırmalara yeni bir bakış açısı kazandıracak.
Bilimciler her ilkel diskte bulunacak olası su, karbonmonoksit, karbondioksit, metan ve amonyak miktarlarını değerlendirecekler; hatta oksijen, karbon ve azot da dahil olmak üzere bildiğimiz yaşam için gerekli kritik elementleri içeren molekülleri saptayabilecekler. Webb Uzay Teleskobu’nun tayfsal gözlemleri sayesinde, her bir ilkel gezegenimsi yapının merkezinden yayılan tüm ışık gözlenerek hangi moleküllerin orada var olduğu, molekül sıcaklığı ve madde miktarı belirlenebilecek ve gezegenimsi oluşumların içeriği ortaya konabilecek.
Kozmos-Webb İle Evrenin En Eski Yapıları Haritalanacak
James Webb Uzay Teleskobu, 2022'de bilimsel operasyonlarına başladığında ilk görevlerinden biri de evrendeki en eski yapıları haritalamak olacak. KOZMOS- Webb olarak adlandırılan, yarım milyon gökadanın bu geniş ve derin araştırma projesi, Webb'in ilk yılında üstleneceği en büyük proje.
KOZMOS-Webb, 200 saatten fazla gözlem süresi içinde Yakın Kızılöte Kamerası (NIRCam) ile gökyüzünü inceleyecek ve aynı anda Orta Kızılöte Alıcılarla (MIRI) daha küçük alanları tarayarak haritalayacak. Araştırmacılar, bu kadar geniş bir alan incelendiği için gökada oluşumlarının başlangıcındaki büyük ölçekli yapılara bakabilecek. Ayrıca erken dönemlerde var olan en nadir görülen gökadalardan bazılarını arayacaklar ve hatta gökadaların büyük ölçekli karanlık madde dağılımını haritalayabilecekler. Büyük patlamadan kısa bir süre sonra evren tamamen karanlıktı. Evreni ışıkla aydınlatan yıldızlar ve gökadalar henüz oluşmamıştı. Bunun yerine, evren nötr hidrojen ve helyum atomları ve görünmez karanlık maddeden oluşan ilkel bir karışımdan oluşuyordu. Buna Kozmik Karanlık Çağ denir. Birkaç yüz milyon yıl sonra, ilk yıldızlar ve gökadalar ortaya çıktı ve enerji sağlandı. Bu enerji evreni dolduran hidrojen atomlarını parçalayarak onlara elektrik yükü verdi ve kozmik karanlık çağ sona erdi. Evrenin ışıkla dolduğu bu yeni döneme Yeniden İyonlaşma Çağı denir. KOZMOS- Webb'in ilk hedefi, büyük patlamadan 400 bin ila 1 milyar yıl sonra gerçekleşen bu yeniden iyonlaşma çağına odaklanmak olacak.
KOZMOS-Webb, büyük patlamadan sonraki ilk 2 milyar yıl içinde yıldız doğumunu bitiren, tamamen evrimleşmiş gökadaları da arayacak. Hubble Uzay Teleskobu, evrenin nasıl oluştuğu hakkında mevcut modellere meydan okuyan bu gökadalardan çok az sayıda bulmuştu. Şu anda bilimciler, bu gökadaların nasıl yaşlı yıldızlara sahip olabildiğini açıklamakta oldukça zorlanıyor.
KOZMOS-Webb, bilimcilere, gökadalardaki karanlık maddenin dağılımına ve evren içinde nasıl geliştiğine dair fikir verecek. Gökadalar iki tür maddeden oluşur: Biri yıldızlarda ve diğer gökcisimlerinde gördüğümüz normal, parlak maddedir. Diğeriyse genellikle gökadadan daha büyük olabilen ve onu genişlemiş olarak çevreleyebilen görünmez karanlık maddedir. Bu iki tür madde gökada oluşumu ve evrimiyle iç içe. Bununla birlikte, şu anda gökadaları çevreleyen bu karanlık madde miktarının nasıl oluştuğu ve bu karanlık maddenin gökadanın oluşumunu nasıl etkilediği hakkında çok fazla bilgi yok.
James Webb Uzay Teleskobu’nun 6,5 metre çaplı birincil aynası, altın kaplamalı berilyumdan yapılmış 18 altıgen ayna parçasından oluşur. Bu ayna sayesinde yaşlı ve çok uzak olan, yüksek kırmızıya kayma gösteren cisimler daha geniş bir tayf aralığında gözlemlenebilecek.
Yıldız Patlamalarının Etkileri
Orion Bulutsusu adı verilen yıldız oluşum bölgesindeki genç ve büyük kütleli yıldızlar, doğdukları toz ve gaz bulutuna morötesi ışık yayıyorlar. Bu şiddetli ışınım, gaz ve toz ortamdaki molekülleri atomlarına parçalıyor ve hatta elektronları da atomlarından ayırarak onları iyonlaştırıyor ve gaz ortamın içeriğini bozuyor. James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanacak olan uluslararası araştırma ekibi, büyük kütleli yıldızların çevreleri üzerindeki etkisini ve hatta kendi güneş sistemimizin oluşumu hakkında daha fazla bilgi edinmek için Orion Bulutsusu’nun belli bir alanını inceleyecek.
Büyük kütleli yıldızların süpernova patlaması geçirerek gökadaların yapısını şekillendirdiği gerçeği uzun zamandır biliniyor. Ancak bilimcilerin son zamanlarda keşfettikleri şey, büyük yıldızların çevrelerini sadece süpernovalar olarak değil, yaşamları boyunca yaydıkları sıcak rüzgârlar ve güçlü enerjik ışınımlarıyla da etkilediğidir.
Orion Bulutsusu, Güneş’e en yakın devasa bir yıldız oluşum bölgesi. Orion Bar, yakındaki, sıcak ve genç yıldızlardan gelen yoğun ışınımla şekillendirilmiş ve ilk bakışta bir çubuk (bar) şeklinde görünmekte. Genç ve büyük yıldızlardan yayılan morötesi ışık, devasa yıldızları çevreleyen tamamen iyonize gazla doğdukları bulutlar arasında sıcak bir gaz ve toz alan oluşturur. Salınan morötesi ışınım, bu bölgelerdeki gazın kimyasal yapısını güçlü bir şekilde etkiler ve en önemli ısı kaynağı olarak işlev görür. Webb Teleskobu kullanılarak, tamamen farklı olan bu bölgelerin fiziksel koşulları ayırt edilip incelenebilecek. Dolayısıyla çok sıcak bölgelerden çok soğuk bölgelere geçiş çalışılabilecek ve daha önemlisi de böyle bir araştırma ilk defa yapılacak.
James Webb Uzay Teleskobu’nun uzaydaki konumu, kızılötesi gözlem yeteneği ve hassasiyeti ile gökcisimlerini incelemek, astronomi dünyasına eşsiz bir fırsat sunacak. Bu teleskop sayesinde ilk kez bu kadar geniş gözlenebilen enerji aralığına ve açısal çözünürlüğe sahip olunacak. Tayfsal çalışmalar ile gökcisimlerinin fiziksel koşulları hakkında ayrıntılı bilgi veren tüm “parmak izlerini” orada bulabiliyoruz. Ama aynı zamanda maddenin yapısını ve dağılımını da anlamak istiyoruz. Tayfsal çalışmalarla görüntülemeyi, bu eşsiz kızılötesi aralıkta birleştirdiğimizde, ilgilendiğimiz bilimi yapmak için ihtiyacımız olan tüm bilgileri elde edebileceğiz. Ancak bu sayede evreni daha iyi anlamak olası olacaktır.
*Prof. Dr. Serdar Evren, Ege Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümü
