James Webb Uzay Teleskobu’ndan Sonra Ne Gelecek? Bazı Gökbilimciler LIFE’ı İstiyor

0
331
Uçan ve yerdeki uzay teleskopları, gökbilimcilerin 55 Cancri e gibi ötegezegenleri (yukarıda) bulmasına yardımcı oluyor. LIFE da aynı şeyi yepyeni aygıtlarla yapabilir. Canlandırma: NASA/JPL-Caltech

Geniş Ötegezegen Girişimölçeri (LIFE), sahip olduğu araç filosuyla yeni ötegezegenlerin ve galaksilerin peşine düşecek; tabi havalanmayı başarırsa.

Şimdiye kadar geliştirilen en büyük ve en karmaşık insan yapımı makinenin evrene gönderilmesiyle birlikte James Webb Uzay Teleskobu (JWUT), geçen yıl fırlatılırken gökbilimcilerin yüreğini ağzına getirdi. Teleskop, zifiri evrenin daha derinlerine bakmasını ve uzaktaki cisimleri çözmesini sağlayan eşsiz bir hassasiyete sahip. Fakat daha ileriyi gören sonraki nesil teleskopların, JWUT’yi geride bırakmak için daha ağır siklet olmalarına gerek yok.

Ohio Eyalet Üniversitesinde gökbilimci ve bir ötegezegen avcısı olan Scott Gaudi, “Açısal yönden daha iyi çözünürlüğe ulaşmak istiyorsanız, ya giderek daha büyük teleskoplar yapmanız ya da girişimölçüme geçiş yapmanız gerekir” diyor.

Sönümlemeli girişimölçüm, aynı hedefin aynı anda birden fazla görünümünden gelen ışığı birleştirerek göksel cisimler üzerinde bilgi toplayan bir gözlem yöntemi. Sönümlemeyle, yıldız gibi bir cismin meydana getirdiği baskın arka planı engellemek için bu ışığın nasıl birleştirilebileceği kastediliyor. Bu sayede, örneğin yörüngede dolaşan ve yıldızın ışıltısı altında kalan gezegenler gibi çok daha soluk bir hedeften gelen sinyaller zenginleştiriliyor. Yöntem, ötegezegen gözlemlerinde karşılaşılan en zorlu sorunlardan birinin; zıtlık probleminin üstesinden geliyor. Sönümlemeli girişimölçüm, diğer rakip teknolojilere göre yıldız ışığını on milyar kat veya daha fazla azaltmanın en iyi yolu olabilir. Bu miktar, Dünya boyutundaki bir gezegenin gizli varlığını ortaya çıkarmak için yeterli. Üstelik bu kayalık cisimler, Dünya dışı yaşama ev sahipliği yapması muhtemel en önemli adaylar.

Daha yüksek hassasiyet ve daha iyi çözünürlük için her ışık toplayıcının birbirinden yüzlerce metre uzağa yerleştirilmesi gerekiyor. İşin yenilikçi kısmıysa şu: Birden fazla algılayıcının engellediği kullanışsız bir düzenek konuşlandırmak yerine, toplayıcılar arasındaki boş alanda bulunan herhangi bir köprü desteği ortadan kaldırılıp kol uçuşu uygulanıyor. Otonom kol uçuşunun güçlü avantajları var. Bu algılayıcılar farklı hedeflere odaklanmak ve aldıkları gökbilimsel sinyalleri ayarlamak amacıyla dışa ya da içe doğru hareket edebiliyor, kendi etrafında dönebiliyor ve merkezi toplayıcının etrafında atlı karınca gibi hareket edebiliyorlar.

“Girişimölçüm sürekli, sürekli ve sürekli karşımıza çıkmaya devam ediyor” diyor Gaudi. “Bence gelecekte kendisini çok göreceğiz.”

Önümüzdeki onlarca yıllık dönem içinde uzaya sönümlemeli bir girişimölçer yerleştirilmeyecek olsa da, İsviçre’deki Zürih Federal Teknoloji Enstitüsünde çalışan Sascha Quanz’ın öncülük ettiği çalışmalardan biri, girişimölçeri çizim masasından gerçek olmaya doğru götürüyor. Quanz’ın öncü olduğu bu görevin amacı açık: Geniş Ötegezegen Girişimölçeri’nin kısaltması olan LIFE, evreni Dünya benzeri ve yaşam barındırabilecek ötegezegenler bulmak için tarayacak. Quanz’ın araştırma takımının önerdiği bu kızılötesi gözlemevi, 600 metre genişliğindeki ana aynaya sahip bir teleskobun çözünürlüğüne ulaşmak için eşgüdümlü şekilde uçan beş ayrı uzay aracı barındırıyor. (Dünyanın en büyük uzay gözlemevi olan JWUT’nin ana aynası ise 6,5 metre genişliğinde). Avrupa Uzay Ajansı (ESA), geçtiğimiz yıl ötegezegen bulmayı önümüzdeki onlarca yıllık dönemdeki en önemli üç görev konusundan biri olarak belirledi. LIFE, bu işin kotarılmasında önemli bir aday olabilir. LIFE fikri ivme kazansa da, uzaydaki sönümlemeli girişimölçüm kavramı ilk defa ilgi toplamıyor; Dünya dışı sönümlemeli girişimölçümü uygulanamaz hale getiren teknolojik ve ekonomik engeller, bu fikre onlarca yıl önce set çekmiş. Aradan geçen zamanda ilerleyen teknoloji, sönümlemeli girişimölçümü hiç olmadığı kadar gerçeğe yaklaştırdı. LIFE, sönümlemeli girişimölçümün kefaret hikayesini zafere ulaştıracak görev olabilir.

NASA’nın 2000’lerin başında Karasal Gezegen Bulucusu için tasarladığı fikir. Tasvir: NASA/Wikimedia Commons

LIFE’ın kökenleri

Ötegezegen keşifleri 2000’li yıllardan önce çok nadirdi çünkü insanlığın bunları bulacak araçları yoktu. Fakat denenmiyor da değildi; bilim insanları, ötegezegen avcıları için zamanlarına göre çok iddialı olduğu düşünülen fikirler ortaya atıyordu.

Sönümlemeli girişimölçüm, ilk olarak 1978 yılında Stanford Üniversitesinde çalışan elektrik mühendisi Ronald Bracewell tarafından öne sürülmüştü. Daha sonra NASA ve ESA, birbirlerinden bağımsız olarak Karasal Gezegen Bulucu Girişimölçeri’ne (TPFI) ve sırasıyla 2002 ile 1993 yıllarında olmak üzere Darwin görevlerine yeşil ışık yakarak bu fikri benimsemişti. Fakat TPFI’nin 2007 yılında bütçe kısıtlamaları nedeniyle iptal olması, bilim camiasında hayal kırıklığı yaratmıştı. Aynı yıl ESA, Darwin projesini rafa kaldırmıştı. Her iki görevde de o zamanki teknoloji ve ötegezegen bilgisi, böylesine devasa finansal masraflar için kesinlikle yetersizdi. Her iki uzay ajansı da bu fikirleri rafa kaldırmış, geleceği olmayan projeler olarak tarihin derinliklerine göndermişti.

Ötegezegen avcılığı, o zamanlar için tehlikeli bir girişimdi. Belki de sönümlemeli uzay girişimölçümü gibi kökten yeni bir teknolojiye yatırım yapmak, ortaya çıkarılacak pek fazla yeni dünya yoksa değmeyecek bir şeydi.

Tüm bunlar ise yeni bir çocuğun, Kepler’in sahneye çıkmasıyla değişti.

Bu fiyakalı uzay teleskobu, örtülü ötegezegenleri araştırıp bulmak için “geçiş” adı verilen bir yöntem kullanıyordu. Bir yıldıza yeterince uzun süre bakarak, etrafında birkaç kez dönen bir ötegezegeni bulmaya çalışıyordu; yıldızın ışığında meydana gelen dönemsel kesintiler, yıldızın önünden bir ötegezegen geçiyor olabileceğine işaret edecekti. Sebatlı yıldız gözlemcisi, geçiş yöntemini uygulamak üzere gökyüzünün aynı bölgesini en parlak döneminde ölçüyordu.

Kepler, ilk defa 2009 yılında tezgah açmış ve bir yılın ardından daha önce bilinmeyen ilk ötegezegeni keşfetmişti. Kepler’in sahneye çıkışından önceki on yıllık dönemde yüzlerce ötegezegen keşfedilmişti. Yine de bu miktar, bilim insanlarının yaşanabilir olanlar bir yana, ötegezegenlerin yaygın mı yoksa nadir mi olduğunu bilebilmesi için çok düşük düzeydeydi; ta ki Kepler görevi, ötegezegen keşfinde beklenmedik bir başarıyı müjdeleyene kadar. Bilim insanları galaksilere dağılmış ne kadar fazla yıldız varsa, evrende de çok daha fazla ötegezegen olduğunu fark etmişti. Kepler, günümüzde bilinen 5.000’i aşkın ötegezegenin yarısından fazlasını gökyüzünü sessizce gözetlediği dokuz yılda tespit etmişti.

Kepler’in bu üretkenliğine rağmen, geçiş yönteminin bazı sınırları bulunuyor: Ötegezegenlerin yıldızları etrafında birkaç tur atması, esasında uzun bir bekleme oyunu. Hal böyle olunca, sebatlı yıldız gözlemcisi de gökyüzünün aynı dilimine tek seferde sadece birkaç yıl boyunca bakabiliyor. Quanz, insanlığın bütün evreni seyredebilen ve ötegezegenleri yörüngelerini tamamlamasını beklemek zorunda kalmadan gerçek zamanlı takip edebilen bir gözlemevi olsaydı ne kadar ötegezegenin ortaya çıkarılabileceğini düşünmemizi söylüyor.

Kepler’in üretkenliğine dönük istatistik toplayan Quanz ve araştırma takımı, LIFE gibi ötegezegenleri doğrudan tespit edebilecek kuramsal bir uzay görevinin ne kadar veri sağlayabileceğini belirlemiş. “Sadece o ilk hissiyatı edinmek istedik” diyor Quanz, “ve cevap bütünüyle karşı konulmazdı.” Quanz yaptığı ilk hesaplamaları, 2017 civarındaki bir yemekte kendinden daha deneyimli araştırmacılara ilettiğini anımsıyor. “DARWIN’in ne kadar fazla ötegezegen ortaya çıkarabileceğini tahmin edin” diye sormuş. Quanz, bir profesörün on iki civarı dediğini hatırlıyor. LIFE gibi bir uzay görevinin bir yıldan kısa süre içerisinde 300’den fazla ötegezegen tespit edebileceğini söyleyen Quanz, kendisini dinleyenleri serseme çevirmiş.

“Bu görevin neler getirebileceğini bilmek çok heyecan verici” diyor Quanz. TPFI ve Darwin’den sonraki yıllarda teknoloji, uzay tabanlı sönümlemeli girişimölçümün artık düşünülemez olmaktan çıktığı bir noktaya geldi. LIFE gibi bir girişim, pekala uygulanabilirlik yolunda ilerliyor olabilir. “Bu fikre kafayı takmış durumdayım” diye ekliyor Quanz.

ESA’nın 1990’lardaki Darwin fikri. Görüntü: IAS

Uçan uzay teleskopları yeniden hayal ediliyor

NASA’da astrofizikçi olan Bertrand Mennesson, sönümlemeli girişimölçümün uzay keşfi alanında en büyük icat haline gelmesinin Quanz gibi genç ve kararlı zihinler sayesinde mümkün olacağını söylüyor. Mennesson da diğer projelere kaymadan önce TPFI üzerinde çalışan bilim insanlarından biriymiş. “Bunu inceleyen ve belki de yeni kanılara varan yeni insanların olması iyi bir şey” diye ekliyor. Bu tür örneklerden biri de, teknolojinin en başta makul çerçevede ulaşılabilir olup olmadığı. Atılacak bir sonraki adım için farklı uzay takımlarının bir araya gelmesi ve çalışan bir prototip oluşturup sağlam miktarda sermaye için mücadele etmesi gerekecek.

Yapılacaklar listesinin en üstlerinde, otonom uzay araçlarında kol uçuşunun gösterilmesi bulunuyor. LIFE, yıldızlarının arkadan aydınlattığı ötegezegenlerden gelen kızılötesi sinyalleri toplayan ve sonrasında bu ışınımı merkezi bir araştırma aracına yönlendiren dört ayrı uzay aracından oluşacak. LIFE’ın çalışması için bilim insanlarının itiş sistemlerini, uzay araçları arasındaki iletişimi ve araçların çalıştığı dalga boylarında hassas biçimde sabit durma kabiliyetlerini hazır hale getirmesi gerekecek. Bu otonom kızılötesi toplayıcılar birbirlerinden binlerce metre uzaklığa konuşlandırılacağı için hedef konumlarından en fazla insan saçının onda biri kadar sapabilirler.

Ufak uyduların (smallsat) ve sürü teknolojilerinin son yıllardaki yükselişi, kol uçuşunun LIFE’ın (veya sönümlemeli girişimölçümün) hayatına yeni bir soluk getirmek üzere şekillendirilmesi açısından büyük önem taşıyacak. Dünya’nın alt yörüngesindeki ufak uydular ve küp uydular, prototip platformlara ilk defa kol uçuşu yaptırmak bakımından uygun nitelikte. Teknolojinin çeşitli kısımlarındaki boşlukları gidermek ve bu amaçla bir sınama ortamı oluşturmak üzere, Dünya yakınına yörüngede kol uçuşu yapan bir grup cihaz konuşlandırılmış. Yakın gelecekte birkaç test daha yapılması planlanıyor. Kademeli şekilde artan bu adımlarla beraber, kol uçuşu yönteminin uygulanabilirliği önümüzdeki onlarca yıllık dönem içerisinde kanıtlanmış olacak.

LIFE görevi

LIFE’ın önündeki bir diğer engel de, kızılötesi teknolojisindeki mevcut manzaraya şekil vermek. Neyse ki JWUT’un geliştirilmesi, yeni projenin nihayetinde faydalanabileceği orta kızılötesi optik cihazlara hız kazandırdı. Gezegen atmosferlerinde bulunan pek çok kimyasal bu dalga boyunda emildiğinden, gezegen arayan girişimölçerlerde ışığın tercih edilen dalga boyu kızılötesi. LIFE yeni ve yaşanabilir gezegenleri ortaya çıkarmada yüksek hassasiyet sergilemekle kalmayacak, aynı zamanda isminin gerektirdiğini de yerine getirebilecek; bilim insanlarına, gezegen yüzeylerindeki metan ve karbondioksit gibi olası biyo-işaretleri daha detaylı şekilde inceleme imkanı sağlayacak.

Bilim insanları gökyüzündekini beklese de, Dünya tabanlı kızılötesi girişimölçerler de geliştirilip değerlendirilmeye devam ediyor. Tekli teleskoplar yerde daha kolay ‘karılabildiğinden’, bu çözümle kol uçuşunun üstesinden geliniyor. (Şili’deki Çok Geniş Teleskop Girişimölçeri’ni meydana getiren dört takviye teleskobun her biri, kamyonların üstünde taşınabiliyor.) Fakat bu teleskopların, kızılötesi gökbilimin ezeli düşmanı olan atmosferle başa çıkması gerekiyor. Atmosfer, uzaydan gelen ışınımı emiyor. Havadaki türbülans da Dünya dışından gelen zayıf sinyalleri belirsiz bir duruma sokuyor. Sidney Üniversitesinde çalışan astrofizikçi Barnaby Norris, bu durumun bir yüzme havuzunun dibinden yukarı bakıp dışarıdaki dünyayı seyretmeye benzediğini söylüyor.

Şili’deki Çok Geniş Teleskop’un yardımcı teleskopları yeniden hizalanıp sönümlemeli girişimölçüm uygulanabiliyor. Fotoğraf: ESO/M. Claro

Görevde yeni bir umut

Uzay tabanlı sönümlemeli girişimölçüm her ne kadar kaçınılmaz görünse de, uzay ajansları bunu gerçekleştirmek için şimdiye kadar sağlam planlar hazırlamış değil.

Sönümlemeli girişimölçüm ne ESA’nın onaylanan görevlerinden biri, ne de ESA teknolojiyi kararlı biçimde geliştirmek için özel bir fon ayırmış. ESA bilim direktörü Günther Hasinger, “En azından 2050’ye kadar yakın gündemimizde değil” diyor. “Şu an o teknolojiyi uzaya yerleştirmek için çok şey gerekiyor.”

Atlantik Okyanusu’nun ötesinde ise NASA, pratik yönden daha basit olan fakat biraz daha kısa dalga boylarına uygun alternatif yıldız ışığı engelleme teknolojilerini aktif bir şekilde araştırıyor. Mennesson, bu yöntemlerin sönümlemeli girişimölçümün yerine geçmeyebileceğini fakat dünya dışı yaşam arayışında onu tamamlayacağını söylüyor.

Yine de sönümlemeli girişimölçümün uzaktaki Dünya benzeri gezegenleri orta kızılötesi dalga boylarına yoğunlaşarak belirleme kabiliyeti, ötegezegenlerin arandığı diğer hiçbir yöntemin dolduramayacağı bir niş.

“Belli ki teknoloji üzerinde halledilmesi gereken birçok şey var” diyor Norris, “Fakat üstesinden gelinemeyecek bir şeyin olduğunu düşünmüyorum.”

Quanz, LIFE’ı hayata geçirmek için uzay ajanslarının onayı veya özel kuruluşlarla işbirliği gibi tüm olasılıkları araştıracağını söylüyor.

Quanz’a, tam da LIFE’ın teşekkür borçlu olduğu kişi ilham vermiş: NASA’nın Ames Araştırma Merkezi’nde emekli bir bilim insanı ve Kepler görevinin baş müfettişi olan William Borucki. İnsanlığın şimdiye dek uzaya savurduğu en devrimsel ötegezegen avcısı olan Kepler’in de sarsıntılı bir başlangıç yaptığını düşünmek zor gelebilir: NASA, bu görev fikrini 1990’ların başından beri dört defa reddetmiş. Ancak teleskop, yirmi yıl kadar sonra nihayet uzaya konuşlandırılmış.

Quanz, 2014 yılında Portekiz’in Cascais şehrinde yapılan bir konferansta Borucki’den şu tavsiyeyi aldığını hatırlıyor: “Eğer bir şeye gerçekten ikna olduysan … onu savunman ve gerçeğe dönüştürmen gerekir.” Yıldızlarla dolu bu mirasın ardından LIFE, gökyüzüne nişan alarak seleflerinin bıraktığı yerden devam edecek.

 

Yazar: Shi En Kim/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here