Uzaydaki arka plan radyasyonu, birçok insanın bu kavramı duyduğunda aklına gelen sadece kozmik arka plan radyasyonu değildir. Gökbilimciler onlarca yıldır kızılötesi ve yerçekimsel dalgalar gibi farklı arka plan radyasyonu türleri üzerinde çalışıyorlar. Bugün Evrende birçok radyasyon kaynağının bulunduğunu biliyoruz.

NASA’nın artık güneş sisteminden çok uzakta bulunan Yeni Ufuklar uzay aracı, kozmik optik arka planı (COB) ölçmek için eşsiz bir fırsat sundu. COB’yi oluşturan ışığın çoğu galaksilerdeki yıldızlardan geliyor, ancak gökbilimciler gece gökyüzünü dolduran başka ışık kaynaklarının olup olmadığını merak ediyorlar. Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden Mark Postman liderliğindeki bir gökbilimci ekibi, New Horizons’taki LORRI kamerasından elde edilen verileri kullanarak bir çalışma yürüttü ve COB’un, Evren’in gözlemlenebilir bölgesindeki tüm galaksilerden gelen ışığın sonucu olduğu sonucuna vardı.

Kozmik arka plan radyasyonunun keşfi, iki telekomünikasyon mühendisi Arno Penzias ve Robert Wilson’ın Bell Laboratuvarlarında sinyal girişimi üzerinde çalıştığı 1965 yılına kadar uzanıyor. Her yönde hafif bir “uğultu” tespit ettiler ve başlangıçta bunu, güvercinler radyo kornasına yuva yaparken güvercin dışkısına bağladılar. Bunun yerine, Evrene nüfuz eden ve Büyük Patlama’dan arta kalan termal radyasyon olan zayıf bir parıltı olan kozmik arka plan radyasyonunu keşfettiler.

COB’nin yanı sıra, kızılötesi arka plan radyasyonu adı verilen başka bir arka plan radyasyonu türü daha vardır. Evreni dolduran ve Evrenin tarihi boyunca çok sayıda kaynaktan gelen dağınık kızılötesi bir ışıltıdan oluşur. Bu esas olarak yıldız radyasyonu tarafından ısıtılan toz parçacıklarından gelen termal radyasyondur. Buna ek olarak, henüz tespit edilmemiş olsa da, yerçekimi dalgalarının bir arka planı da var.

COB’nin incelenmesi, Evrenin genel enerji çıktısının yanı sıra kozmik tarih boyunca galaksilerin ve yıldızların oluşumunu araştırmamıza olanak tanır. Ancak COB tespiti zordur çünkü yerdeki cihazlar veya Dünya yörüngesindeki cihazlar parazite karşı hassastır. Örneğin burç ışığı, güneş ışığının gezegenler arası toz tarafından saçılmasının bir sonucudur, iç Güneş Sistemine hakimdir ve COB’un incelenmesini zorlaştırır. Yeni Ufuk sondası, Plüton’un yörüngesinin ötesinde, parazitten 8 milyar kilometreden daha uzakta, ideal bir konuma sahip. New Horizon’da COB ölçümleri için ideal bir platform olarak tanımlanan LORRI (Uzun Menzilli Keşif Görüntüleyici) kamerası bulunuyor.

LORRI kamerasından alınan görüntüleri kullanan bir gökbilimci ekibi, COB’yi 0,4 ila 0,9 mikrometre aralığında ölçmeye çalıştı. Görüntüler, Samanyolu’ndan gelen dağınık ışık veya parlak yıldızlardan gelen dağınık ışık olmadığından emin olmak için yüksek galaktik enlemlerden çekildi. COB’nin genel gökyüzü parlaklık seviyelerine katkısının izole edilmesi, parlak yıldızlardan ve galaksilerden ve alandaki LORRI tarafından tespit edilebileceklerden daha sönük olan sönük yıldızlardan saçılan ışığın dijital olarak çıkarılmasını gerektirdi. Sonuçlar, örneklenen bölgelerdeki tahmini gökada sayısına dayalı olarak COB’nin, Evrenin gözlemlenebilir bölgesindeki tüm gökadalardan gelen ışıktan kaynaklandığını gösterdi.

NASAJuno uzay aracı, Europa’nın atmosferindeki yüklü parçacıklar hakkında önemli veriler sağlayarak, bunların yaşamı destekleme potansiyeline dair içgörüleri ortaya çıkardı. Oksijen ve hidrojenin yerinde ölçümlerini içeren bu çalışma, Europa’nın çevre koşullarına ve yeraltı okyanusunun yaşanabilirliğine yeni bir anlayış getiriyor.

NASA’nın Juno uzay aracı, yüklü oksijen ve hidrojen moleküllerini, bunlardan birinin atmosferinden doğrudan ölçtü. Jüpiteren büyük uydusu Europa’dır. SwRI bilim adamlarının ortak yazdığı ve liderliğini yaptığı yeni bir araştırmaya göre Princeton ÜniversitesiBu gözlemler, yüzey altı okyanusunun potansiyel oksijenlenmesi üzerinde önemli kısıtlamalar sağlıyor.

Araştırmanın ortak yazarlarından SwRI’den Juno Baş Araştırmacısı Dr. Scott Bolton, “Bu bulguların Avrupa’nın potansiyel yaşanabilirliği üzerinde doğrudan etkileri var” dedi. “Bu çalışma, Europa’nın atmosferinde bulunan su bileşenlerinin ilk doğrudan yerinde ölçümünü sağlıyor ve bize yaşanabilirliği destekleyebilecek dar bir aralık sağlıyor.”

Juno’nun Avrupa Uçuşu

Juno, 2022 yılında Europa’nın yanından geçerek aya 352 kilometre kadar yaklaşan bir uçuş gerçekleştirdi. Juno’da bulunan SwRI tarafından geliştirilen Jovian Auroral Dağılım Deneyi (JADE) cihazı, atmosferden önemli miktarda yüklü moleküler oksijen ve hidrojenin kaybolduğunu tespit etti.

SwRI Çalışan Bilim Adamı ve ortak yazar Dr. Robert Ebert şunları söyledi: “İlk defa, yerinde ölçümlerle hidrojen ve oksijeni kesin olarak tespit edebildik ve ayrıca Europa’nın atmosferinin öncelikle hidrojen ve oksijen moleküllerinden oluştuğunu doğruladık.” .

Bu çizim, Jüpiter’den gelen yüklü parçacıkların Europa’nın yüzeyine çarparak donmuş su moleküllerini oksijen ve hidrojen moleküllerine ayırmasını göstermektedir. Bilim adamları, yeni oluşturulan bu oksijen gazlarından bazılarının, ekteki görüntüde de gösterildiği gibi, ayın yeraltı okyanusuna doğru göç edebileceğine inanıyor. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech/SWRI/PU

Bu moleküllerin kaynağının Europa’nın yüzeyindeki su buzu olduğu düşünülüyor. Jüpiter’in aşırı radyasyonu H’yi kırıyor₂O’nun moleküler bağları, geride oksijen ve hidrojen bırakıyor. Daha ağır oksijen molekülleri yüzeye veya yüzeye yakın atmosfere daha fazla bağlı kalırken, daha hafif olan hidrojen ağırlıklı olarak atmosfere ve ötesine kaçar. Buzda üretilen oksijen ya atmosferden kaybolur ve/veya yüzeyde tutulur. Europa’nın buzunda tutulan oksijen, olası bir metabolik enerji kaynağı olarak yeraltı okyanusuna doğru ilerleyebilir.

Europa’nın Oksijen Üretimi ve Etkileri

“Avrupa’nın buz kabuğu radyasyonu emerek altındaki okyanusu koruyor. Bu emilim aynı zamanda buz içinde oksijen de üretiyor, dolayısıyla buz kabuğu bir bakıma Europa’nın akciğeri gibi davranarak okyanus için potansiyel bir oksijen kaynağı sağlıyor” dedi çalışmanın başyazarı Princeton Üniversitesi Araştırma Görevlisi Dr. Jamey Szalay. “Europa’daki toplam oksijen üretimine şu anda saniyede 12 kg civarında dar kısıtlamalar koyuyoruz. Juno’dan önce önceki tahminler saniyede birkaç kg ile saniyede 1.000 kg’ın üzerinde değişiyordu. Bulgular, yüzeyde sürekli olarak oksijen üretildiğini açıkça gösteriyor; bu, beklediğimizden biraz daha düşük.”

SwRI Çalışan Bilim Adamı ve ortak yazar Dr. Frederic Allegrini, “JADE’i Jüpiter’in auroralarını yaratan yüklü parçacıkları ölçmek için tasarladık” dedi. “Avrupa’nın yakın uçuşları birincil Juno misyonunun bir parçası değildi. JADE, yüksek radyasyonlu bir ortamda çalışmak üzere tasarlandı, ancak sürekli olarak yüksek düzeyde radyasyon bombardımanına maruz kalan Europa’nın ortamında çalışmak zorunda değil. Yine de enstrüman çok güzel bir performans sergiledi.”

SwRI bilim insanları ilk kez Jüpiter’in en büyük uydularından biri olan Europa’nın atmosferindeki oksijen ve hidrojeni kesin olarak tespit etmek için Jovian Auroral Dağılım Deneyi (JADE) cihazını kullandı. NASA’nın Juno uzay aracı, SwRI tarafından geliştirilen cihazını kullanarak, ölçümleri 2022’de Europa’nın yanından geçerken gerçekleştirdi. Katkıda bulunanlar: NASA/JPL/Arizona Üniversitesi

Yeni ölçümler, Europa ve çevresinin daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunuyor ve daha yeni, daha hassas modellerin kapısını açıyor. Örneğin, çalışmanın Europa’nın yüzeyinde ne kadar oksijen üretildiğine ilişkin yeni tahmini, yüzey altı okyanusu ve potansiyel yaşanabilirlik ile ilgili gelecekteki araştırmalara bilgi verebilir. Bu gözlemler Europa’nın çevresindeki ilk yüklü parçacık bileşimi ölçümlerini sağladığından, uydunun çevresi ile karmaşık etkileşimine dair önemli yeni bir pencere sağlıyor.

Ebert, “Avrupa büyüleyici bir nesne çünkü bilim adamları, iç kısmında sıvı bir okyanusun varlığından eminler” dedi. “Su, yaşamın varlığı için önemlidir ve farklı özelliklere sahip nesnelerin içinde veya üzerinde bulunabilir. Europa, güneş sistemimizde su aramak için iyi bir yer.”

Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için bkz. Avrupa’nın Yakın Uçuşundan Şaşırtıcı Oksijen İçgörüleri.

Referans: JR Szalay, F. Allegrini, RW Ebert, F. Bagenal, SJ Bolton, S. Fatemi, DJ McComas, A. Pontoni, J. Saur, HT Smith, “Europa’nın su-buz yüzeyinin ayrışmasından oksijen üretimi”, DF Strobel, SD Vance, A. Vorburger ve RJ Wilson, 4 Mart 2024, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02206-x