1609 yılında Galileo Galilei, bir salatalık diliminden daha geniş olmayan bir teleskobu Ay’ın kraterli yüzeyini deşifre etmek için göğe doğrultmuştu. Teleskoplar o zamandan beri uçsuz bucaksız ve keşfedilmemiş evreni anlamakta kullandığımız paha biçilemez cihazlar haline geldi. Karanlık gökyüzünde yapılan gözlemler, Samanyolu ve diğer galaksilere dair yeni kuramları ortaya çıkardı. Ayrıca böylelikle, bu galaksilerle test edilecek daha iyi cihazlar da ortaya çıktı. Daha büyük aynalar, kaplamalar, daha gelişmiş optik teknolojiler ekleyerek ve uzaya teleskoplar fırlatarak uzun bir yol kat ettik.
Texas Üniversitesinde gökbilimci olan Caitlin Casey, “Gökbilim, en eski çalışma sahalarından biri” diyor. “Fakat bilim tarihinin büyük çoğunluğu, gözlerimizle görebildiğimiz şeylerle sınırlı kaldı. Teleskobun 1600’lü yıllarda geliştirilmesi ciddi anlamda dönüşüm meydana getirdi ve evrenin daha derinlerine bakmamızı sağladı. Bunun sonucunda birbiri ardına gizemler ortaya çıktı; bazı cevaplar vardı fakat daha fazla soru vardı.”
Galileo salatalık inceliğindeki o merceğe baktıktan dört yüzyıl sonra NASA, uzaya yerleştirilen en büyük, en güçlü ve en merakla beklenen teleskobu fırlatmak üzere. İnsanlar, uzayı otuz yıldır Dünya’nın yörüngesinde dolaşan Hubble Uzay Teleskobu’ndan görmeye alışmıştı. Hubble’ın bilimsel halefi şeklinde adlandırılan (ve isminin ardında bir takım tartışmalar bulunan) James Webb, evrenin ilk zamanlarından gelen ve hakkında az ama önemli şeyler bildiğimiz ışığın izini sürecek.
NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezinde Webb’in optik teleskop element direktörü olan ve geçtiğimiz yirmi yıl boyunca gözlemevinin optik teknolojisi üzerinde çalışan Lee Feinberg, “Bu şimdiye kadar gerçekleştirdiğimiz açık ara en karmaşık uzay görevi” diyor.
On dört yıl geciken ve bütçesi 20 kat aşılan Webb, Fransız Guayanası’nın Kourou bölgesindeki uzay üssüne götürülene kadar birçok engelle karşılaştı. (Bilim takımı, problemli bir veri kablosu yüzünden fırlatma tarihini geçen hafta 24 Aralık’a çekmişti). Fakat 14 kıtadan binden fazla bilim insanı, teknisyen ve mühendis geliştirme sürecinde ortaya çıkan engellerin üstesinden geldikten sonra, teleskop nihayet “ilk ışığı” arama serüvenine gönderilmeye ve gökbilimcileri Büyük Patlama’ya hiç olmadığı kadar yaklaştırmaya hazır.
Zaman yolculuğu için yapılan dev bir ayna
Optik teknolojiler ve görüntüleme teknolojisinde ulaşılan kilometre taşları, gökbilimcilerin evrenin tarihini büyük ölçüde gözlemlemesini sağladı. Fakat tüm bunların nasıl başladığını anlamak söz konusu olduğunda, detaylar halen belirsiz.
Teleskoplar şimdiye kadar, ortaya çıkan en eski yıldızların saçtığı evrendeki ilk ışığı görecek kadar geriye bakmamızı sağlamadı. Ancak Webb, bu sönük parıltıyı toplayıp ona odaklanmak üzere özel olarak tasarlanan en son teknolojiyle donatılmış.
Çözümün bir kısmı da boyut. Yörüngeye fırlatılacak olan gözlemevi, tüy kadar hafif berilyum elementinden yapılan devasa bir ayna kullacak. Berilyumun seçilme sebebi, son derece düşük sıcaklıklarda şeklini koruyabiliyor olması. Bu metal ve cam, 6,5 metre genişliğindeki bir petek biçiminde montajlanmış: 18 tane altıgen bölümden oluşan ve açılabilen ayna, ışığı toplama bakımından çok verimli. Webb projesinde 1990’ların sonlarından beri çalışan çalışma grubunda yer alan ve Arizona Üniversitesinin Steward Gözlemevinde görev yapan Marcia Rieke, “Yer tabanlı teleskop standartlarında bile bu, iyi boyutlu bir teleskop” diyor.
31 yıldır Dünya’nın yörüngesinde dönen Hubble Uzay Teleskobu gibi Webb de Cassegrain tipi bir yansıtıcı teleskop; ana bir ayna kullanıp ışık toplayarak, bu ışığı ikinci bir aynada odaklıyor. Sonrasında bu enerjiyi üç ultra hassas kameranın da yer aldığı dört son teknoloji cihazına yeniden yansıtarak görüntü oluşturuyor. Aynanın alanı ne kadar büyük olursa, o kadar fazla ışık toplayıp sönük cisimleri daha büyük çözünürlükte belgeleyebilir. Rieke, bunu kameranızın diyafram açıklığını artırmak şeklinde düşünmenizi söylüyor. Gökbilimciler Webb’in Dünya’ya bakan anteninden 2022 yazından itibaren veri almaya başladığında, elde edilen görüntüler Hubble ve dış uzayda bulunan diğer teleskoplardan alınan görüntülere göre daha güzel olacak.
Webb, kıdemli Hubble teleskobunun ardında bıraktığı yeri ve daha fazlasını doldurmak üzere tasarlanmış. Örneğin Hubble, zamanda 13,3 milyar yıl geriye bakabiliyor. Bu süre, evrenimizin oluşumundan sadece bir miktar sonrasına tekabül ediyor. Bunun aksine Webb çok daha geriye bakabilecek ve altı kattan daha fazla ışık toplayıp 100 kat daha fazla yaklaştırma gücüne olanak tanıyacak. Webb ayrıca, kamerasında Hubble’a göre 15 kat daha geniş bir alan barındırıyor. (Bu arada Galileo’nun teleskobu öyle dar bir görüş alanına sahipti ki, Ay bu alanı tamamen doldurabilirdi.)
Evreni orta kızılötesinde görmek
James Webb Uzay Teleskobu, tayfın insan gözleriyle görülebilen kısmının hemen dışında yer alan kızılötesi ışığı algılıyor. Bunun da iyi bir sebebi var: Evrenin genişlemesi yüzünden uzak cisimlerden gelen ışık, tayfın daha kırmızı ucunda bulunan daha uzun dalga boylarına kayıyor. Dahası; yeni oluşan yıldız ve gezegenler, görülebilir ışığı soğuran tozun ardında gizli. Webb’in kızılötesi gözü, bu tozu delip geçerek ardındaki şeyleri ortaya çıkaracak.
Webb’in dört tespit cihazından üçü (bir görüntüleyici kamera ve iki farklı Yakın Kızılötesi Tayfçeker), 0,6 mikrondan 28,8 mikrona kadar olan kızılötesi dalga boyu aralığının tamamını kapsıyor. Teleskobun Yakın Kızılötesi Kamerası’nın (kısaca NIRCam) tasarlanmasına yardım eden Rieke, teleskobun fırlatılışında baş inceleme görevlisi olacak. Bununla birlikte Webb, evren genelinde keşfedilmemiş köşelerden daha net görüntüler alabilecek ve Samanyolu Galaksisi ile aynı yaşlarda olan galaksilerin ışığını yakalayacak.
Webb’in aynaları, kızılötesi ışığı neredeyse tüm diğer metallerden daha iyi yansıtan mikroskobik bir altın katmanıyla da kaplanmış. Bu sayede, yüzde 98 civarı bir yansıtıcılık elde ediliyor; yani aynalar, gelen fotonların neredeyse hepsini yakalayabilir. Standart aynalardaki yansıtıcılık oranı ise yüzde 85. “Çok teknik sebeplerle aynayı seçtik fakat bunun yanında çok ilginç bir görüntü de ortaya çıktı” diyor Feinberg.
Rieke, Webb’in aslında ısı tespit eden bir teleskop olduğunu söylüyor. Fakat görevini yerine getirmesi ve galaksilerin en soluk ipuçlarını yakalaması için, teleskobun olağanüstü derecede soğuk olması gerekiyor; yoksa sadece kendi ışımasını (radyasyon) görür. Webb, kendisini Güneş ışınlarından soyutlayan ve -235 derece Celsius’a kadar soğumasını sağlayan tenis kortu boyutunda bir güneşliğe de sahip. Beş katmanlı bu güneşlik, Kapton adı verilen bir malzemeden imal edilen elmas biçimindeki bir yapı. Böylesine düşük sıcaklıklarda teleskop çok düşük ışınım yaydığından, artık kızılötesi kamera ve algılayıcılarda girişim olmuyor.
Rieke, sık sık Hubble’ın halefi şeklinde adlandırılsa da; Webb’in aslında kendisi de kızılötesi kabiliyetler taşıyan Spitzer Uzay Teleskobu’nun daha büyük ve daha hassas kardeşi olduğunu belirtiyor. Spitzer Dünya’ya görüntü göndermek için çok uzağa gittiğinden, Ocak 2020’de emekliye ayrılmak zorunda kalmış. Ayrıca her ikisi de, 1983 yılında uzaya gönderilen ilk kızılötesi teleskop olan Kızılötesi Gökbilim Uydusu’nun halefleri.
Hubble, çoğunlukla insanların görebildiği türden ışığı yakalaması ve kızılötesi tayfın yalnızca küçük bir kısmına karşı hassas olması sebebiyle farklılık sergiliyor. Webb baş araştırmacısı olan Casey, “Hubble gittikçe daha uzak galaksiler bulmak için yılmadan çalıştı” diyor. “Fakat daha uzun dalga boylarına uzanamadığı için sınırlıydı.” Kızılötesinde görüntü ürettiği zaman ise, bu görüntüler genelde teleskobun kendi ışınımıyla lekelenmiş oluyordu.
James Webb teleskobu, yakında ‘ilk ışığın’ peşine düşecek
Gökbilimin en güçlü aracı
Webb, uzayda yaklaşık 1,6 milyon kilometre gidip kalıcı yerine yerleştiğinde arı gibi çalışmaya başlayacak.
Webb’in ilk yılında, teleskop için Dünya çapında çalışan binden fazla gökbilim takımı başvurmuş. Fakat Casey’in Rochester Teknoloji Enstitüsü’nde çalışan Jeyhan Kartaltepe ile birlikte geliştirdiği proje, Webb’in ilk gözlem yılında kabul edilen 286 tekliften biri olmuş. Çoğu gruba yaklaşık altı saat gözlem verilirken, Casey ve Kartaltepe’nin (dünya çapına yayılmış yaklaşık 50 kişiden oluşan) araştırma takımı, Büyük Patlama’dan kısa süre sonra oluşan yarım milyon genç galaksinin görüntülerini toplamayı amaçlayan COSMOS-Webb gözlemini yürütmek üzere 218 saatlik hak kazanmış. Bazı gözlemlerde, gökyüzünün kol mesafesinde tutulan iğne ucu kadarlık bir bölümüne bakılsa da; Casey ortalama bir gecedeki üç dolunay büyüklüğünde bir alana bakacaklarını söylüyor.
Kartaltepe, evrenin ilk zamanlarında hangi bölgelerin ilk defa yeniden iyonlaştığını gösteren baloncukları arayacaklarını söylüyor; yani ilk yıldız ve galaksilerden gelen ışığın, nihayetinde evreni dolduran hidrojen atomlarını parçaladığı zamanları. “Buna ‘ilk ışık’ diyoruz” diyor Kartaltepe. “Bunlar, foton yayabilmiş ve daha sonra [bu enerji parçacıklarını] evrende onları görebildiğimiz yere kadar gönderebilmiş ilk yıldızlar.” Kartaltepe, Webb teleskobuna başlarda “İlk Işık Makinesi” lakabı takıldığını da ekliyor. Webb, evrendeki ilk bileşenlerin haritasını çıkarmaya da yardımcı olacak. Bunlar arasında, halen gizemini koruyan ve bulunması çok zor olan karanlık madde de yer alıyor.
Casey ve Kartaltepe’nin takımı, nihayetinde gökyüzünün yakın kısımlarını gözlemleyip bunları birleştirerek evrenin ilk zamanlarını daha geniş şekilde görecek ve bu sayede derin bir görüş alanı geliştirecek. En sonunda yıldız, galaksi ve karanlık madde dağılımları ile evrenimizin kökenlerini araştıracaklar. COSMOS-Webb takımı, elde ettikleri verileri diğer araştırmacılar için halka da açacak.
Webb kızılötesinde çalıştığından, diğer yıldızların etrafında bulunan gezegenlerin atmosferlerini de su, metan ve karbondioksit gibi moleküller yönünden inceleyecek. Teleskobun Yakın Kızılötesi Tayfçekeri, 100 galaksiden gelen ışığı ufak perdeler kullanarak tek seferde iki ayrı dalga boyuna ayırabiliyor. Bu dalga boylarının her biri insan saçı kalınlığında. Perdeler, sadece hedeflerinden gelen fotonların girmesini sağlıyor ve geri kalan her şeyi engelliyor. Cihaz, ışığı bir prizma gibi tam tayfına ayırıyor ve bu sayede araştırmacılar, uzak dünyaların ortamını derinlemesine inceleyip bunların yaşanabilirlik ihtimalini anlayabiliyorlar.
Sonraki durak, uzay
Sırada, teleskobun geliştirilmesinde en tehlikeli aşamalardan biri var: Fransız Guayanası’nın Kourou bölgesindeki uzay üssünden fırlatılması.
James Webb Uzay Teleskobu çok büyük olduğundan, parçalarının da origami gibi katlanıp 52’ye 5 metrelik Ariane 5 roketinin içine sığdırılması gerekiyor. Webb Uzay Teleskobu, Hubble’dan farklı olarak düşük bir yörüngede durmayacak; uzaya fırlatıldığında, aynalarını uzaktaki galaksilere hizalamak üzere karmaşık bir dans gerçekleştirip açılmadan önce evrenin derinliklerinde bulunan yeni tüneğine gitmesi yaklaşık 30 gün sürecek. Teleskobun üzerinde yer alan bir kamera, aynalar hizalanırken farklı bölümleri yakalayacak. Böylelikle Dünya’daki bir ekip, bir metrenin milyarda biri kadar hassas ayarlamalar yapabilecek. “Algılayıcılardaki hassasiyet bakımından, ışıktaki bir dalga boyunun çok ufak bir kısmına kadar ulaşmamız gerekiyor” diyor Feinberg. “Aslında bunu gerçekten yapabilmek için çok uzun bir zamandır bekliyorduk.” Hizalama işlemi altı ay kadar sürecek ve sonrasında Webb veri toplamaya başlayacak.
Webb’in en iyi görüntüleri, 2022’nin ortalarında gelmeye başlayacak. Fakat teleskobun bu çok beklenen seyahatinde zaman daralıyor. Görevin beş ila 10 yıl sürmesi tasarlanmış. Teleskobun uzak konumu ise, Hubble’ın aksine bir şeyler yanlış giderse onarılamayacağı anlamına geliyor. Bu yüzden, kutudan çıktığı gibi kusursuz şekilde çalışması gerekiyor. Çok uzaktaki yıldızlara bakarak geçireceği bu on yılın ardından, Webb’in yakıtı tükenecek ve nihayetinde milyarlarca dolar değerindeki bir uzay çöpü haline gelecek; tabi evrendeki yerimizi nasıl gördüğümüzü sonsuza kadar değiştirdikten sonra…
“Webb, ben ilkokuldayken başlamıştı” diyor Casey. “Bir tür olarak, en nihayetinde evimiz olan bu gezegene bağlı olup da evrende bu kadar ileriye; kendi başlangıçlarını görebilecek kadar bakabilmek gerçekten harikulade. Oldukça derin bir şey.”
Yazar: Paolo Rosa Aquino/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
