James Webb Uzay Teleskobu’nun Gizli Kusuru ve Avustralyalı Bilim İnsanlarının Müdahalesi
2021 yılının Noel yemeğinin ardından, aileler NASA’nın 10 milyar dolarlık (15 milyar Avustralya doları) James Webb Uzay Teleskobu’nun nefes kesen fırlatılışını televizyon ekranlarından takip ediyordu. 1990’da Hubble’ın fırlatılmasından bu yana teleskop teknolojisinde böylesine büyük bir sıçrama yaşanmamıştı.
Webb, konuşlandırılması yolunda 344 potansiyel hata noktasından başarıyla geçmek zorundaydı. Neyse ki, fırlatma beklenenden daha iyi gitti ve rahat bir nefes alabildik.
Altı ay sonra, Webb’in en uzak galaksilerden elde ettiği ilk görüntüleri yayınlandı. Ancak Avustralya’daki ekip için çalışmalar henüz yeni başlıyordu.
Ekip, Webb’in en yüksek çözünürlüklü modu olan apertür maskeleme interferometresini (AMI) kullanacaktı. AMI, teleskopun kameralarından birine takılan ve çözünürlüğünü artıran, hassas bir şekilde işlenmiş küçük bir metal parçasıdır.
AMI’yi titizlikle test etme ve geliştirme çalışmalarının sonuçları artık açık erişim arşivi arXiv’de yayınlandı. Bu sayede ilk başarılı yıldız, gezegen, ay ve hatta kara delik jetleri gözlemlerini sunulabiliyor.
Milyonlarca Kilometre Uzaklıktaki Bir Cihazla Çalışmak
Hubble, hayata odak dışı bir şekilde başladı. Aynası hassas bir şekilde işlenmişti ancak yanlış bir şekilde. Bilinen yıldızlara bakarak ve ideal ile ölçülen görüntüleri karşılaştırarak (tıpkı göz doktorlarının yaptığı gibi), bu optik hatanın “reçetesini” bulmak ve bunu telafi edecek bir mercek tasarlamak mümkün oldu.
Düzeltme, yedi astronotun 1993’te Space Shuttle Endeavour ile uçarak yeni optikleri takmasını gerektirdi. Hubble, Dünya’nın yüzeyinden sadece birkaç yüz kilometre yukarıda yörüngede dönüyor ve astronotlar tarafından erişilebiliyor.
Bunun aksine, Webb yaklaşık 1,5 milyon kilometre uzakta bulunuyor. Ona ziyaret edip servis verilemiyor ve herhangi bir donanımı değiştirmeden sorunları çözmek gerekiyor.
İşte bu noktada AMI devreye giriyor. Astronom Peter Tuthill tarafından tasarlanan ve Webb’de bulunan tek Avustralya donanımı olma özelliğini taşıyor.
AMI, Webb’in görüntülerindeki bulanıklığı teşhis etmek ve ölçmek için yerleştirildi. Webb’in 18 altıgen birincil aynası ve birçok iç yüzeyindeki nanometre düzeyindeki bozulmalar bile, hassasiyet ve çözünürlüğün kritik olduğu gezegenlerin veya kara deliklerin incelenmesini engelleyecek kadar görüntüleri bulanıklaştıracaktır.
AMI, optik yanlış hizalamaların olup olmadığını anlamayı çok daha kolay hale getirmek için basit bir metal plaka üzerindeki dikkatlice yapılandırılmış delik deseniyle ışığı filtreler.
Bulanık Pikselleri Avlamak
Bu modu, gezegenlerin doğum yerlerini ve kara deliklere çekilen materyali gözlemlemek için kullanmak istiyoruz. Ancak bunlardan önce AMI, Webb’in tamamen umulduğu gibi çalışmadığını gösterdi.
Çok ince çözünürlükte, tek tek pikseller seviyesinde, tüm görüntüler elektronik bir efekt nedeniyle biraz bulanıktı: parlak piksellerin daha karanlık komşularına sızması.
Bu bir hata veya kusur değil, kızılötesi kameraların temel bir özelliğiydi ve Webb için beklenmedik bir şekilde ciddi olduğu ortaya çıktı.
Bu, yıldızlarından birkaç piksel uzakta binlerce kat daha sönük olan uzak gezegenleri görmek için bir engeldi. Bilim insanları, sınırlarının umulduğundan on kat daha kötü olduğunu gösterdi.
Bu nedenle, bunu düzeltmek için yola koyulundu.
Webb’in Vizyonu Nasıl Keskinleştirildi?
Sidney Üniversitesi doktora öğrencisi Louis Desdoigts liderliğindeki bir çalışmada, optik ve elektronik bozulmaları aynı anda öğrenmek ve düzeltmek için yıldızlara AMI ile bakıldı.
Aynaların ve açıklıkların şekilleri ve yıldızların renkleri hakkında esneklik sağlayarak AMI’nin optik fiziğini simüle etmek için bir bilgisayar modeli oluşturuldu.
Bu, elektroniği “etkili bir dedektör modeli” ile temsil etmek için bir makine öğrenimi modeline bağlandı.
Bazı test yıldızları üzerinde eğitim ve doğrulama yapıldıktan sonra, bu kurulum diğer verilerdeki bulanıklığı hesaplamaya ve geri almaya ve AMI’yi tam işlevine geri döndürmeye izin verdi. Webb’in uzayda ne yaptığını değiştirmiyor, daha ziyade verileri işleme sırasında düzeltiyor.
Bu yöntem harika sonuçlar verdi. HD 206893 yıldızı, sönük bir gezegene ve bilinen en kırmızı kahverengi cüceye (bir yıldız ile bir gezegen arasında bir nesne) ev sahipliği yapıyor. Bu gök cisimleri biliniyordu ancak bu düzeltme uygulanmadan önce Webb ile erişilemiyordu. Şimdi, sistemin yeni haritalarında her iki küçük nokta da açıkça ortaya çıktı.
Bu düzeltme, AMI’yi daha önce imkansız olan çözünürlüklerde ve hassasiyetlerde bilinmeyen gezegenleri aramak için kullanmanın kapısını açtı.
Sadece Noktalarda Değil, Karmaşık Görüntülerde de İşe Yarıyor
Sidney Üniversitesi doktora öğrencisi Max Charles tarafından yazılan bir başka makalede, bunu sadece noktalara bakmak için değil, bu noktalar gezegenler olsa bile, Webb ile elde edilen en yüksek çözünürlükte karmaşık görüntüler oluşturmak için uyguladık. Teleskopun sınırlarını zorlayan iyi çalışılmış hedefleri yeniden ziyaret ederek performansını test ettik.
Yeni düzeltme ile Jüpiter’in uydusu Io’yu odağa getirdik ve bir saatlik zaman atlaması boyunca döndükçe volkanlarını açıkça takip ettik.
AMI tarafından görüldüğü gibi, NGC 1068 galaksisinin merkezindeki kara delikten fırlatılan jet, çok daha büyük teleskoplardan elde edilen görüntülerle yakından eşleşti.
Son olarak, AMI teorisiyle uyumlu olarak, WR 137 adı verilen bir çift yıldızın etrafındaki toz şeridini keskin bir şekilde çözebildi.
AMI için oluşturulan kod, Webb ve devamı olan Roman Uzay Teleskobu üzerindeki çok daha karmaşık kameralar için bir gösteri niteliğinde. Bu araçlar, bilinen herhangi bir malzemenin kapasitesinin ötesinde, nanometrenin sadece bir kısmı kadar ince bir optik kalibrasyon gerektiriyor.
Bu çalışma, birlikte çalışmak zorunda olduğumuz malzemeleri ölçebilir, kontrol edebilir ve düzeltebilirsek, galaksimizin uzak köşelerinde Dünya benzeri gezegenler bulmayı hala umabileceğimizi gösteriyor.
