Modern astrofizik, bilim insanlarının dış gezegenlerden galaksilere kadar evreni daha önce görülmemiş bir netlikle gözlemleyebilmesini sağlıyor.
Galaksimiz bazı görüşleri engellese de, gelişmiş araçlar James Webb Uzay Teleskobu ve Square Kilometre Dizisi gibi yaklaşan projeler kozmik anlayışımızın sınırlarını zorluyor. Görselleştirme teknikleri araştırmacıların evreni hem uzayda hem de zamanda keşfetmelerine yardımcı oluyor ve hızlı radyo patlamaları gibi fenomenleri ortaya çıkarıyor. Bilim insanları geleceğe bakıldığında uzak ötegezegenlerin görüntülerini yakalamayı ve karanlık enerji ve evrenin genişlemesi gibi gizemleri çözmeyi umuyor.
Evreni Gözlemlemek: Gezegenlerden Galaksilere
Günümüzde bilim insanları bir dış gezegen yıldızının, tek bir galaksinin ve hatta tüm evrenin yörüngesinde. EPFL 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 aleti yapmak ve doğru yöne bakmaktır. Ve sonra biraz temizlik 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 ardından galaksimizin yaydığı sinyalden bir milyon kat daha küçük bir sinyal elde edene kadar görüntülerimizden kaldırmalıyız. Samanyolu.”
Devrimci Enstrümanlar ve Gelecekteki Etkileri
Galileo yalnızca teleskopuyla gördüklerini çizebildi. Ancak bugün, gökbilimciler evreni tümüyle, en başından itibaren görebiliyorlar. Bu büyük ölçüde kullandıkları araçlardaki 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 inşası devam eden ve bu on yılın sonunda tamamlanması planlanan Kare Kilometre Dizisi (SKA) radyo teleskopu, yıldızların olmadığı ve evrenin çoğunlukla hidrojenden oluştuğu, evrendeki tüm atomların %92’sini oluşturan elementin bulunduğu bir zamana daha da geriye bakacak.
Kneib, “Bu gazı tespit etmenin kolay bir yolu, SKA’nın tam olarak yapacağı şey olan radyo frekans aralığında çalışmaktır” diyor. “Amaç, ön plandaki sinyallerden bir milyon kat daha küçük bir sinyali tespit etmektir.”
Sırada bekleyen bir diğer proje ise, ABD Uzay ve Havacılık Dairesi (NASA) tarafından yürütülen Lazer İnterferometre Uzay Anteni (LISA) projesidir. Avrupa Uzay Ajansı (ESA). 2035 yılında fırlatılması planlanan anten, gözlem yapacak yerçekimi dalgalarıkara deliklerin büyümesi ve muhtemelen kara deliklerin oluşmasından hemen sonra oluşan dalgalar hakkında ışık tutuyor Büyük patlama.
Dijital Yakalama: Astronomide Yapay Zeka ve Bilgisayarların Rolü
Bu yeni araçlar, diğer alanlardaki gelişmeler olmadan bu kadar aydınlatıcı olmazdı. “Şu anki durumda, SKA’dan gelen verileri işleyecek yazılımımız yok,” diyor Kneib, bilgisayar ve hesaplamalı bilimdeki ilerlemeler sayesinde sonunda oraya varacağımızdan emin, yapay zeka (AI) ve işlem gücü. AI, örneğin ilginç bir anormalliği bulmak ve galaksilerin kütlesini hesaplamak için büyük miktardaki verileri ayıklamak için paha biçilemezdir.
Kneib, “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. “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.”
Evrenin Dijital Görüntülerinin Arkasındaki Gerçek
Peki gördüğümüz görüntüler gerçekten orada olanı tasvir ediyor mu? 2019’da yayınlanan ünlü bir görüntü, bir ışık halkasının etrafını çevrelediğini gösteriyordu. kara delik. Eğer yaklaşırsak o yüzüğü gerçekten görebilir miyiz? “Bu optik bir fotoğraf değildi,” diyor Kneib.
“Bu 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.”
Modern Astronomide Görselleştirmenin Önemi
4.000 ışık yılı uzaklıkta bulunan Lagün Bulutsusu’nun görkemli görüntüsünü bir kitap gibi okuyabilen Kneib, “Hesaplamalar astronomide denklemin sadece bir parçasıdır; şeyleri görselleştirebilmeniz gerekir; bu aynı zamanda hesaplamalarınızın doğru olup olmadığını kontrol etmenize de yardımcı olur” diyor.
“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 nitrojen için yeşil. Kompakt, siyah alanlar büyük miktarda toz içeriyor. Bunlar genellikle yıldızların oluştuğu bölgelerdir.”
Evreni Dört Boyutta Araştırmak: Uzay ve Zaman
Görselleştirme, nesneleri iki boyuttan fazla gözlemlerken özellikle önemlidir. Kneib, “Kozmosu üç boyutta inceleyerek gök cisimleri arasındaki mesafeyi ölçebiliyoruz” diyor. Nisan ayının başlarında, Karanlık Enerji Spektroskopik Aleti üzerinde çalışan bilim insanları (DESİEPFL’den astrofizikçilerin de aralarında bulunduğu ) projesi ekibi, evrendeki galaksilerin ve kuasarların şimdiye kadarki en büyük 3 boyutlu haritasını çıkardıklarını duyurdu.
Ancak hepsi bu kadar değil: araştırmacılar evreni dördüncü boyutta -zamanda- da inceliyorlar ve bunu yaparken parlak ama geçici fenomenleri gözlemlemek için inanılmaz olasılıklar açıyorlar. Kneib, “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.
Dünya Dışı Yaşam ve Kozmik Gizemler Arayışı
Bir dış gezegende yaşam bulabilecek miyiz? Kneib şöyle yanıtlıyor: “Kızılötesi interferometri ile başka bir yıldızın etrafında dönen bir gezegenin fotoğrafını çekebilmemiz çok gerçek bir olasılık. Görüntü muhtemelen bulanık olurdu, ancak gezegenin yüzeyindeki bulutlar ve yapısal değişimler gibi özellikleri gözlemleyip karakterize edebilirdik. Bu kesinlikle bir olasılık, belki bundan 20 veya 30 yıl sonra.”
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.