Astronomi verileri ve yaşanabilir dünyalar arayışı

1610’da Galileo Galilei bir teleskopla baktı ve “Jüpiter’i, küçüklüklerinden tamamen görünmez olan üç sabit yıldızla birlikte gördüm. Gezegenler, küçük dolunaylar gibi çok yuvarlak görünüyor.” Aslında, ilk teleskopuyla büyüttüğü gözleriyle gördüğü, güneş sistemimizin en büyük gezegeni Jüpiter’in en büyük uydularıydı. Galileo sonunda Europa, Callisto, Io ve Ganymede’yi tanımladı ve şimdi bazen Jüpiter’in “Galilean” uyduları olarak biliniyorlar.

Bugün Galileo’nun teleskobu, gökbilimcilerin kullandığı çok daha büyük ve daha güçlü aletlerin yanında ilkel görünüyor. Son zamanlarda, insanlık tarafından inşa edilen ve fırlatılan en güçlü uzay teleskobu, ilk görüntülerini halka yayınladı.

Astronomi ve astrobiyoloji ile ilgilenen herkes için Webb uzay teleskobu gibi bir görev ne anlama geliyor? Webb teleskopu yaşam aramak için tasarlanmamıştır, ancak ötegezegenlerin yaşanabilirliği ve dolayısıyla güneş sistemimizin ötesinde yaşam potansiyeli hakkında önemli bilgilerin kilidini açabilir. Fakat Webb gibi bir teleskopla ‘bakmak’ bugün bilim adamları için gerçekte ne anlama geliyor? Jacob Lustig-Yaeger, Erin May ve Johns Hopkins Uygulamalı Fizik Laboratuarı’ndan üç kariyer erken bilim adamı olan Laura Mayorga, bugün bir astronom olarak hayatın nasıl olduğunu açıklamaya yardımcı oluyor.

Webb gibi bir uzay teleskopundan elde edilen veriler aslında bir astrobiyolog için neye benziyor?

Teleskop, astronomların farklı astronomik araştırmalar için kullanacakları birçok çalışma moduna sahiptir. Bazı modlar, Hubble Uzay Teleskobu’nun gözlemlediği galaksiler ve bulutsulara benzer şekilde çeşitli nesnelerin çarpıcı ayrıntılarını yakalayacak görüntülemedir. Ancak diğer gezegen sistemlerindeki (dış gezegenler olarak bilinir) ötegezegenler üzerinde çalışan gökbilimciler için, özellikle görevin spektroskopik yetenekleriyle ilgileniyoruz.

Pencerenizden parlayan ışık yüzünden duvarınızda dans eden bir gökkuşağı gördünüz mü? Bu bir spektrum! Spektrum, ışığı daha iyi inceleyebilmemiz için oluşturduğu tüm renklere ayırmanın bir yoludur. En aşina olduğumuz renkli gökkuşağı, gözlerinizle görülebilen güneş ışığını kırdığınızda meydana gelen şeydir. Ancak ışık, aynı zamanda, gözlerimizin görebildiğinden çok daha fazla “renkten” oluşur. Bu teleskop, sadece ısı olan kızılötesi ışığın “gökkuşaklarını” arar – Güneş’i veya sıcak bir fırını sıcak hissettiren ışık türü.

Yine de teleskop sizin tipik kameranız değil: Kameraları, bir buz tepsisi gibi bir ızgaraya yerleştirilmiş bir grup kovaya benzeyen piksellerden oluşuyor. Aletler ışığı o kızılötesi gökkuşağına böldükten sonra, her bir kova belirli bir ışık rengiyle dolmaya başlar. Her kova, dolana kadar içine giren ışık miktarını sayar veya teleskoba ışık toplamayı bırakmasını söyleriz.

Gerçekte, gerçek veriler, toplamak istediğimiz belirli renklerde teleskopun ne kadar ışık gözlemlediğini bize söyleyen bir grup sayıdır. Geri aldığımız “görüntü” gerçekten büyük siyah beyaz bir şerit olarak görünüyor, ama bu bizim kızılötesi gökkuşağımız! Dış gezegenler için, dış gezegen yıldızının önünden veya arkasından geçtiğinde bu renklerin zaman içinde nasıl değiştiğini görmek için genellikle birbiri ardına bu resimlerin çoğunu çekeriz.

Veriler toplandıkça, gelecek yıllarda gökbilimciler için işler günden güne nasıl görünüyor?

Kısacası, bugünlerde gökbilimciler, hem teleskoplardan gelen verileri analiz eden hem de evrenin tüm farklı köşelerinde meydana gelen astrofiziksel süreçlerin simülasyonlarını geliştiren ve çalıştıran veri bilimcileridir. Gökbilimcilerin çoğu, özellikle erken kariyer bilim adamları olmak üzere günlük işler için Python programlama dilini kullanır. Dış gezegen gökbilimcileri için araçlarımızın çoğu, dış gezegen veri analizi ve modellemesi için özel olarak tasarlanmış, hatta bazen kullandığımız belirli teleskopa göre özelleştirilmiş veya üzerinde çalıştığımız dış gezegen türüne göre uyarlanmış özel yazılım paketleridir.

Teleskop önümüzdeki birkaç yıl içinde ötegezegen verilerini toplarken, gökbilimciler ham teleskop verilerini ötegezegenler ve atmosferlerinin doğası hakkında yeni bilgilere dönüştürmek için birçok adımdan geçecekler. Daha önce bahsedildiği gibi, veriler, her biri bir ötegezegen yıldızının önünden veya arkasından geçerken birbiri ardına alınan kızılötesi gökkuşağının bir dizi bireysel görüntüsü olarak başlar. Ancak her bir kovanın saydığı ışık miktarı aynı zamanda çok fazla gürültü ile birlikte gelir. Bunu karanlıkta bir selfie çekmeye çalışmak gibi düşünün: resim biraz grenli çıkıyor. Bunun nedeni gürültü ve çok az ışık dolu olmasıdır! Gözlemsel gökbilimciler, tüm gürültü kaynaklarını bulmaya çalışmak ve özel bilgisayar yazılım araçlarını kullanarak onu ortadan kaldırmanın akıllı yollarını bulmak için çok zaman harcarlar. Her kızılötesi gökkuşağı görüntüsünden paraziti çıkardıktan sonra, ışık eğrisi dediğimiz şeyi oluşturabiliriz, bu, ışığın her renginin zamanla nasıl değiştiğini göstermenin bir yolu.

Ötegezegenleri gözlemlediğimizde, genellikle gezegen yıldızın önünden geçtiğinde ışıkta bir düşüş ararız ve bu eğim ışığın rengine bağlı olarak boyut değiştirir. Bu gezegen yıldızın önünden geçtiğinde, bir miktar yıldız ışığı gezegenin atmosferinden geçer ve onu oluşturan gazlar ve moleküller ile etkileşir. Bize gezegenin atmosferinde ne olduğunu söylemek için bu düşüşün boyutuyla ilgili bilgileri kullanabiliriz.

Daha sonra, gökbilimciler, dış gezegen atmosferinin benzersiz özelliklerinin teleskopun gözlemlediği şeye nasıl yol açtığını anlamak için bilgisayar modellerini kullanarak dış gezegenin spektrumunu analiz eder. Dünyadaki onlarca yıllık laboratuvar ölçümlerinden, tek tek moleküllerin ışıkla nasıl etkileşime girdiğini ve her molekülün kendi benzersiz spektral parmak izine sahip olduğunu tam olarak biliyoruz. Yani her molekül ışıkla biraz farklı bir şekilde etkileşir ve bu da onları gözlemlerimizde tanımamızı sağlar. Bu ilkeleri kullanarak, gökbilimciler, hangi molekül kokteylinin teleskopun ölçtüğü spektrumla en iyi anlaşmayı sunduğunu belirlemek için farklı gaz karışımları içeren milyonlarca farklı olası atmosferin bilgisayar simülasyonlarını çalıştırır.

Tabii ki, tüm analizler tamamlandıktan sonra, gökbilimciler tam olarak bitmiş değil. Herhangi bir iyi bilimsel girişim gibi, son adımlar, tüm bulguları hakemli bir incelemeye tabi tutulabilecek, akademik bir dergide yayınlanabilecek ve dünya çapında paylaşılabilecek bir makaleye yazmaktır.