Gökbilimciler, James Webb verilerinde gezegen sinyallerini yanlış yorumlama riskiyle karşı karşıya

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, evreni olağanüstü, benzeri görülmemiş bir netlikle ortaya koyuyor. Gözlemevinin ultra keskin kızılötesi görüşü, evrendeki en eski yapılardan bazılarını aydınlatmak için kozmik tozu keserek, yüz milyonlarca ışıkyılı uzaklıkta uzanan önceden gizlenmiş yıldız doğumevleri ve dönen galaksilerle birlikte.

Webb, evrenin daha önce hiç olmadığı kadar uzağı görmenin yanı sıra, kendi galaksimizdeki nesnelerin en kapsamlı görüntüsünü, yani Samanyolu’nda keşfedilen 5.000 gezegenin bazılarını yakalayacaktır. Gökbilimciler, bu yakındaki dünyalardan bazılarını çevreleyen atmosferlerin kodunu çözmek için teleskopun ışık ayrıştırma hassasiyetinden yararlanıyorlar. Atmosferlerinin özellikleri, bir gezegenin nasıl oluştuğuna ve yaşam belirtileri barındırıp barındırmadığına dair ipuçları verebilir.

Ancak yeni bir MIT çalışması, gökbilimcilerin tipik olarak ışık tabanlı sinyallerin kodunu çözmek için kullandıkları araçların, yeni teleskopun verilerini doğru bir şekilde yorumlamak için yeterince iyi olmayabileceğini öne sürüyor. Araştırmacılar, spesifik olarak, opaklık modellerinin – maddenin özelliklerinin bir fonksiyonu olarak madde ile nasıl etkileşime girdiğini modelleyen araçlar – Webb’in verilerinin kesinliğini eşleştirmek için önemli ölçüde yeniden ayarlama gerektirebileceğini söylüyor.

Bu modeller rafine değilse? Araştırmacılar, sıcaklık, basınç ve element bileşimi gibi gezegen atmosferlerinin özelliklerinin bir büyüklük sırasına göre değişebileceğini tahmin ediyor.

MIT’nin Dünya, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri Bölümü’nde yardımcı doçent olan çalışma ortak lideri Julien de Wit, “Su gibi bir bileşiğin %5’e karşı %25’te bulunması arasında, mevcut modellerin ayırt edemediği, bilimsel olarak önemli bir fark var” diyor. (EAPS).

EAPS lisansüstü öğrencisi Prajwal Niraula, “Şu anda, spektral bilgilerin şifresini çözmek için kullandığımız model, James Webb teleskopundan elde ettiğimiz verilerin kesinliği ve kalitesi ile aynı seviyede değil” diye ekliyor. “Oyunumuzu geliştirmeli ve opaklık sorununu birlikte çözmeliyiz.”

De Wit, Niraula ve meslektaşları çalışmalarını yayınladılar. Doğa Astronomi. Ortak yazarlar arasında Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi’nden spektroskopi uzmanları Iouli Gordon, Robert Hargreaves, Clara Sousa-Silva ve Roman Kochanov yer alıyor.

Seviye atlamak

Opaklık, fotonların bir malzemeden ne kadar kolay geçtiğinin bir ölçüsüdür. Belirli dalga boylarındaki fotonlar, bir malzeme içindeki belirli moleküllerle etkileşime girip girmemelerine ve nasıl etkileştiklerine bağlı olarak doğrudan bir malzemeden geçebilir, emilebilir veya geri yansıtılabilir. Bu etkileşim aynı zamanda bir malzemenin sıcaklığına ve basıncına da bağlıdır.

Bir opaklık modeli, ışığın madde ile nasıl etkileşime girdiğine dair çeşitli varsayımlar temelinde çalışır. Gökbilimciler, malzemenin yaydığı ışık spektrumu göz önüne alındığında, bir malzemenin belirli özelliklerini türetmek için opaklık modellerini kullanır. Ötegezegenler bağlamında, bir opaklık modeli, bir gezegenin atmosferindeki kimyasalların türünü ve bolluğunu, bir teleskopun yakaladığı gezegenden gelen ışığa dayalı olarak çözebilir.

De Wit, klasik bir dil çeviri aracına benzettiği son teknoloji ürünü opaklık modelinin, Hubble Uzay Teleskobu gibi araçlar tarafından alınan spektral verilerin kodunu çözme konusunda iyi bir iş çıkardığını söylüyor.

De Wit, “Şimdiye kadar, bu Rosetta Stone iyi gidiyor” diyor. “Ama şimdi Webb’in hassasiyetiyle bir sonraki aşamaya geçtiğimize göre, çeviri sürecimiz, bir gezegenin yaşanabilir olup olmaması arasındaki farkı yaratanlar gibi önemli incelikleri yakalamamızı engelleyecek.”

Hafif, rahatsız

O ve meslektaşları, en sık kullanılan opaklık modelini teste soktukları çalışmalarında bu noktaya değiniyor. Ekip, ışık ve maddenin nasıl etkileşime girdiğine dair anlayışımızda belirli sınırlamalar üstlenecek şekilde düzeltilirse, modelin hangi atmosferik özellikleri türeteceğini aradı. Araştırmacılar, bu tür sekiz “tedirgin” model yarattılar. Daha sonra, grup tarafından simüle edilen ve James Webb teleskobunun göreceği kesinliğe benzer ışık desenleri olan gerçek versiyon olan “sentetik spektrumlar” da dahil olmak üzere her modeli beslediler.

Aynı ışık tayfına dayalı olarak, bozulan her modelin bir gezegenin atmosferinin özellikleri için geniş kapsamlı tahminler ürettiğini buldular. Ekip, analizlerine dayanarak, Webb teleskobu tarafından alınan ışık spektrumlarına mevcut opaklık modelleri uygulanırsa, bir “doğruluk duvarına” çarpacakları sonucuna varıyor. Yani, bir gezegenin atmosferik sıcaklığının 300 Kelvin mi yoksa 600 Kelvin mi olduğunu veya belirli bir gazın atmosfer tabakasının %5 mi yoksa %25’ini mi kapladığını söyleyecek kadar hassas olmayacaklardır.

Niraula, “Bu fark, gezegen oluşum mekanizmalarını kısıtlamamız ve biyolojik imzaları güvenilir bir şekilde tanımlamamız için önemlidir.” Diyor.

Ekip ayrıca, her modelin verilerle “iyi bir uyum” ürettiğini de buldu, yani, bozulmuş bir model, araştırmacıların yanlış olduğunu bildiği bir kimyasal bileşim üretse de, aynı zamanda, bu kimyasal bileşimden yakın olan bir ışık spektrumu da üretti. orijinal spektruma yetecek kadar veya “uyabilecek”.

De Wit, “Yanlış bir modelle bile ince ayar yapmak için hala iyi bir uyum elde etmek için yeterli parametre olduğunu bulduk, yani modelinizin yanlış olduğunu ve size söylediklerinin yanlış olduğunu bilemezsiniz,” diye açıklıyor.

O ve meslektaşları, modellerin ışık ve çeşitli moleküllerin nasıl etkileşime girdiğine dair varsayımlarını ve ayrıca disiplinler arası işbirliklerini iyileştirmek için daha fazla laboratuvar ölçümü ve teorik hesaplama ihtiyacı da dahil olmak üzere mevcut opaklık modellerinin nasıl iyileştirileceğine dair bazı fikirler ortaya koyuyor ve özellikle, astronomi ve spektroskopi arasında.

Niraula, “Işık ve maddenin nasıl etkileşime girdiğini tam olarak bilseydik, yapılabilecek çok şey var” diyor. “Bunu Dünya’nın koşullarında yeterince iyi biliyoruz, ancak farklı atmosfer türlerine geçtiğimizde, işler değişiyor ve bu, artan kalitede, yanlış yorumlama riskini aldığımız çok fazla veri.”

Bu hikaye MIT News’in izniyle yeniden yayınlanmıştır (web.mit.edu/newsoffice/), MIT araştırma, yenilik ve öğretim hakkında haberleri kapsayan popüler bir site.