Kozmosu gözlemlememizi sağlayan güçlü araçlar

Bugünden itibaren Dünya bir meteor yağmurundan geçecek. Ancak astronomide insan gözü oldukça sınırlı bir araçtır. Ancak giderek daha güçlü araçlar, evrenin derinliklerine ve zamanda daha da geriye bakmamızı sağlayarak evrenin kökenlerine yeni ışık tutuyor.

Günümüzde bilim insanları, yıldızının yörüngesinde dönen bir dış gezegeni, tek bir galaksiyi ve hatta tüm evreni gözlemleyebiliyor. EPFL’nin Astrofizik Laboratuvarı’nda profesör olan Jean-Paul Kneib, “Evren aslında çoğunlukla boş uzaydan oluşuyor,” diyor. “Gizli olan pek bir şey yok.”

Önemli olan ne aradığınızı bilmek, doğru enstrümanı inşa etmek ve doğru yöne bakmaktır. Ve sonra biraz ev temizliği yapmak.

“Galaksimiz görüş alanımızın ön planında yer alır ve ötesindeki görüşümüzü engeller,” diye açıklıyor Kneib. “Yani örneğin erken evrende hidrojeni haritalamak istiyorsak, önce bu ön planın tamamını modellemeli ve sonra Samanyolu’nun yaydığından bir milyon kat daha küçük bir sinyal elde edene kadar görüntülerimizden kaldırmalıyız.”

Galileo yalnızca teleskopuyla gördüklerini çizebildi. Ancak bugün, gökbilimciler evreni tümüyle, ta en başlangıcına kadar görebiliyorlar. Bu büyük ölçüde kullandıkları aletlerdeki hızlı ilerlemelerden kaynaklanıyor. Ve önümüzdeki yıllarda daha fazla gelişme bekleniyor.

Aralık 2021’de fırlatılan James Webb Uzay Teleskobu (JWST), ilk yıldızların ve galaksilerin oluştuğu 13 milyar yıl önce meydana gelen olayları gözlemlemeyi amaçlıyor. Şu anda yapım aşamasında olan ve on yılın sonunda tamamlanması planlanan Square Kilometre Dizisi (SKA) radyo teleskobu, yıldızların olmadığı ve kozmosun çoğunlukla hidrojen içerdiği bir zamana daha da geriye bakacak; hidrojen, evrendeki tüm atomların %92’sini oluşturan elementtir.

“Bu gazı tespit etmenin kolay bir yolu, SKA’nın tam olarak yapacağı şey olan radyo frekans aralığında çalışmaktır,” diyor Kneib. “Amaç, ön plandaki sinyallerden bir milyon kat daha küçük bir sinyali tespit etmektir.”

Boru hattındaki bir diğer proje ise Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından yürütülen Lazer İnterferometre Uzay Anteni (LISA). 2035’te fırlatılması planlanan anten, kütle çekim dalgalarını gözlemleyerek kara deliklerin büyümesine ve muhtemelen Büyük Patlama’dan hemen sonra oluşan dalgalara ışık tutacak.

Dijital yakalamaca oynuyorum

Bu yeni araçlar, diğer alanlardaki gelişmeler olmadan bu kadar aydınlatıcı olmazdı. “Şu anki durumda, SKA’dan gelen verileri işleyecek bir yazılımımız yok,” diyor Kneib, bilgisayar ve hesaplamalı bilim, yapay zeka (AI) ve işlem gücündeki ilerlemeler sayesinde sonunda oraya varacağımızdan emin. AI, örneğin, ilginç bir anormallik bulmak ve galaksilerin kütlesini hesaplamak için muazzam miktarda veriyi ayıklamak için paha biçilmezdir.

“Bilim insanları, büyük bir nesnenin uzak bir kaynaktan gelen ışığı büktüğü kütle çekimsel mercek etkisini kullanarak, galaksi kümelerinin kütlesini, bir ölçek kullanıyormuş gibi, yüzde birlik bir aralıkta hesaplayabilirler,” diye açıklıyor Kneib. “Ve kütle çekimsel merceklerin neden olduğu görüntülerdeki bozulmaları tespit etmek için yapay zeka modelleri eğitebiliriz. Evrende muhtemelen 200 milyar galaksi olduğu düşünüldüğünde, bu büyük bir yardımdır; her bin galaksiden yalnızca birinin kütlesini ölçebilsek bile.”

Peki gördüğümüz görüntüler gerçekten orada olanı tasvir ediyor mu? 2019’da yayınlanan ünlü bir görüntü, bir kara deliği çevreleyen simit biçimli bir ışık halkası gösteriyordu. Eğer ona yaklaşırsak o halkayı gerçekten görebilir miydik?

“Bu optik bir fotoğraf değildi,” diyor Kneib. “Tamamen dijital bir görüntüydü. Kara delik tarafından yayılan milimetre dalga boyundaki sinyalleri doğru bir şekilde gözlemlemek için bilim insanları, küre büyüklüğünde bir teleskop oluşturmak için birden fazla yer tabanlı teleskopu birleştirmek zorundaydı. Görüntü daha sonra interferometri yoluyla yeniden oluşturuldu [a measurement method using wave interference].

“Ancak görüntü yine de kara deliği çevreleyen toz bulutundaki madde miktarına bağlı gerçek bir sinyali temsil ediyor. Basitçe söylemek gerekirse, karanlık kısım kara delik ve daha açık kısım ise onun etrafında dönen maddedir.”

Dört boyutta görmek

“Hesaplamalar astronomide denklemin sadece bir parçasıdır; hesaplamalarınızın doğru olup olmadığını kontrol etmenize yardımcı olan şeyleri görselleştirebilmeniz gerekir,” diyor 4.000 ışık yılı uzaklıkta bulunan Lagün Bulutsusu’nun görkemli görüntüsünü bir kitap gibi okuyabilen Kneib.

“Bu görüntü, çeşitli gazları tasvir etmek için farklı dalga boylarında optik gözlemler kullanılarak üretildi. Elbette, renkleri geliştirmek için biraz sanatsallık gerekiyordu. Ancak görüntü fizikçiler için de büyük önem taşıyor. Renkler farklı gazların varlığını gösteriyor: hidrojen için kırmızı, oksijen için mavi ve azot için yeşil. Kompakt, siyah alanlar büyük miktarda toz içeriyor. Bunlar genellikle yıldızların oluştuğu bölgelerdir.”

Görselleştirme, nesneleri iki boyuttan fazla gözlemlerken özellikle önemlidir. Kneib, “Kozmosu üç boyutta inceleyerek, gök cisimleri arasındaki mesafeyi ölçebiliyoruz” diyor.

Nisan ayının başlarında, EPFL’den astrofizikçiler de dahil olmak üzere Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrümanı (DESI) projesi üzerinde çalışan bilim insanları, evrendeki galaksilerin ve kuasarların şimdiye kadarki en büyük 3 boyutlu haritasını oluşturduklarını duyurdular.

Ancak hepsi bu kadar değil: araştırmacılar evreni dördüncü boyutta -zamanda- da inceliyorlar ve bunu yaparken parlak ama geçici fenomenleri gözlemlemek için inanılmaz olasılıklar açıyorlar. “Örneğin, en fazla birkaç saniye süren ve bazen de bir milisaniyenin sadece bir kısmı kadar süren inanılmaz derecede parlak elektromanyetik radyasyon patlamaları olan hızlı radyo patlamalarının kökenini gerçekten anlamıyoruz,” diyor Kneib.

Bir dış gezegende yaşam bulabilecek miyiz? Kneib, “Kızılötesi interferometri ile, başka bir yıldızın etrafında dönen bir gezegenin fotoğrafını çekebilmemiz için çok gerçek bir olasılık var. Görüntü muhtemelen bulanık olurdu, ancak gezegenin yüzeyindeki bulutlar ve yapısal değişiklikler gibi özellikleri gözlemleyebilir ve karakterize edebiliriz. Bu kesinlikle bir olasılık, belki bundan 20 veya 30 yıl sonra.” diye yanıtlıyor.

Ancak bazı temel sorular söz konusu olduğunda, yalnızca görüntüleme yoluyla cevapları bulmamız pek olası değil. Evren neden artan bir hızla genişliyor? Bunun nedeni karanlık enerji mi? Maddenin %80’i neden görünmez? Yerçekimi konusunda tamamen yanılıyor muyuz? Gelecek nesil astrofizikçiler, evrenimizin en derin gizemlerini çözmeye çalışırken gözlerini gökyüzüne dikmiş veya ekranlarına yapışık halde kalacaklar.