Yeni NASA Uzay Teleskobuyla Evreni 102 Renkte Göreceğiz
NASA, evreni tamamen yeni bir şekilde görmek için bir uzay teleskobu fırlatmaya hazırlanıyor. Ajansın Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer, yani SPHEREx adlı misyonu, Kaliforniya’nın Vandenberg Uzay Kuvvetleri Üssü’nden 2 Mart’tan önce 10:09 EST’den önce fırlatılması planlanıyor. 488 milyon dolarlık SPHEREx misyonu, kozmoloji için özel olarak tasarlanmış olup, bilim insanlarının umutlarını, kozmik tarihlerin en erken anlarını anlamalarına yardımcı olacak bir tür göksel istatistikler içermektedir. Teleskop çalışmaya başladığında, tüm gökyüzünü 100’den fazla farklı kızılötesi ışık “renginde” gözlemleyerek, astronomi alanında geniş etkilere sahip olacak devasa bir veri kümesi oluşturacak.
“Bu tür bir anket genellikle yok,” diyor Princeton Üniversitesi’nde görev yapan bir astrofizikçi olan Jo Dunkley, misyonu izleyen bir NASA inceleme kurulunda hizmet veriyor. “Gerçekten olağandışı ve gerçekten hoş.”
Genellikle gökyüzünü inceleyen misyonlar geniş alanlara sahiptir ancak yalnızca birkaç bireysel veya grup ışık dalga boyunda olabilir. Işık dalga boyuna göre analiz yapabilen teleskoplar genellikle belirli ilgi alanlarına odaklanırlar. Örneğin, bu yılın ilerleyen zamanlarında gözlemlere başlaması beklenen Şili’deki Vera C. Rubin Gözlemevi’ndeki kamera, gökyüzünü altı dalga boyunda taramayı planlıyor. Buna karşılık, James Webb Uzay Teleskobu’nun birçok dalga boyuna ışığı bölebilen birkaç gözlem modu var ancak hepsi gözlemevinin küçük görüş alanı tarafından sınırlıdır.
SPHEREx farklı çalışıyor. Onu anlamak için, bir resmi dört farklı mürekkep rengi tabakasına bölen bir renkli yazıcıyı düşünün – camgöbeği, eflatun, sarı ve siyah. Bu renkler bir araya gelerek nihai tam renkli bir resim oluşturur. Benzer şekilde, SPHEREx, gökyüzünün tamamını 102 farklı kızılötesi renge bölecek altı özel filtreye sahiptir.
“Gerçekten gökyüzünü yeni bir şekilde haritalıyor,” diyor NASA’nın Jet İtiş Laboratuvarı (JPL) ve California Institute of Technology’de kozmolog olan Olivier Doré ve SPHEREx proje bilimcisi. “Evrene yeni bir pencere açma ile ilgili.”
Uzay teleskobu topladığı verilerin astronomi alanındaki geniş ilgilerini olmasına rağmen, SPHEREx ekibinin üç temel bilimsel hedefi var. Bu hedefler, Samanyolu ve komşu galaksilerinde çeşitli buzları haritalamaktan evrenin tüm ışığını saymaya, hatta büyük patlamadan kısa bir süre sonra, zamanın ilk anlarını sorgulamaya kadar uzanmaktadır.
Iceler Bolca
Çalışmalarında buraya yaklaşan SPHEREx, Samanyolu ve komşu galaksilerinde çeşitli buzları arayacak. Bunun için teleskop, tabii ki, su buzu yanı sıra donmuş karbondioksit, metanol, amonyak ve diğer ilginç bileşiklerin varlığını haritalayacak. Bu maddelerin her biri, ışıkla etkileşime giren belirgin moleküler imzalara veya spektrumlara sahiptir. Ve bilim insanları, SPHEREx’in gözlemleri sayesinde bu buz spektrumlarını öncekinden daha net bir şekilde ayırt edebileceklerdir.
Bu tür spektrumları toplamak tarihsel olarak zor bir süreç olmuştur; JWST’nin fırlatılmasından önce bu buzlar için yaklaşık 200 civarında ölçüm yapılmıştır. Buna karşın SPHEREx, yaklaşık sekiz milyon kadar bu tür gözlem yapacak. Bilim insanları, bu çalışmanın bu buzların interstellar toz taneciklerine bağlanmasına ve onları doğal gezegen sistemlerine ulaştırmasına nasıl katkıda bulunduğunu daha iyi anlayacağını umuyorlar.
“Çoğu bilim insanı, yıldızlar arası ortamdaki buzun Dünya’daki ve güneş sistemimizdeki suyun kaynağı olduğunu düşünüyor,” diyor JPL ve California Institute of Technology’de kozmolog olan ve SPHEREx’in baş araştırmacısı olan James Bock. Bu, bu özel moleküllerin yaşam dediğimiz bir fenomen için ne kadar önemli olduğu göz önüne alındığında, sadece bir akademik önemsizlik değildir.
Tüm Evrenin Işığı
Buzların yanı sıra, SPHEREx’in çalışmalarının çoğu, teleskobun kızılötesi ışığa odaklanmasından dolayı daha eski, daha uzak evreni ilgilendirmektedir. Evrenin sürekli olarak her yönde genişlemesi, bir dalga boyundaki ışığın gerilmesine neden olur. Bilim insanları bu fenomeni “kızıla kayma” olarak adlandırırlar çünkü insan gözünün görebildiği ışık aralığında, kırmızı ışık en uzun dalga boyuna sahiptir. Işık ne kadar çok uzayı geçerse, dalga boyu o kadar uzar ve kırmızıya dönüşür – bu nedenle antik, uzak kaynaklardan gelen ışık genellikle SPHEREx’in görebildiği kızılötesi ışık haline gelir.
Bu aynı zamanda bir cismin kızıla kaydırılmış ışığının dikkatli bir şekilde analizi, astronomların cismin Dünya’dan ne kadar uzakta olduğunu hesaplamalarına olanak tanır. Astronomi boyunca, bu derinliği ölçmek, evrenin ayrıntılı haritalarına üçüncü bir boyut (ve ışığın sonlu hızı sayesinde zamana) ekler.
Bu taktikler, SPHEREx’in en çok veri toplayacağı bölgeler için özellikle güçlüdür – güneş sistemimizin düzleminden yukarı ve aşağı, kuzey ve güney ekliptik kutuları olarak adlandırılan gökyüzü alanlarında. Teleskop, her bir yörünge boyunca her ekliptik kutuyu bir kez gözlemleyecek ve tüm misyon boyunca her zaman aynı şeyi arayacak: evrenin tarihinde yayılmış olan tüm ışığın zayıf sinyalini, SPHEREx bilim insanları daha sonra zaman içinde parçalara ayıracak.
Araştırmacılar zaten galaksilerin temsilci örneklerinin ürettiği ışığın miktarını ölçerek bu kozmik akışı tahmin ettiler. Ancak bu yaklaşım tek başına gerçek ışık üretimini eksik sayıyorlar. Bazı galaksiler çok uzak veya çok soluk olabilir ve bir galaksinin yayılmış çeperlerindeki yıldızların ışığı kolayca gözden kaçırılabilir. Ancak SPHEREx bireysel galaksilere bakmıyor: tüm gökyüzüne bakıyor, bu yüzden arka planda gözden kaçan bu ışığı bile görecek.
“Aslında orada bir yıldız görmeseniz bile, evrendeki tüm galaksiler tarafından topluca yayılan ışığı göreceğiz,” diyor California Üniversitesi, Irvine’deki bir kozmolog olan Asantha Cooray ve SPHEREx ekibi üyesi.
Ancak sadece görmek yeterli değil: bilim insanları aynı zamanda evrenin toplam ışık üretiminin zamanla nasıl değiştiğini de anlamak istiyorlar, işte bu noktada kızıla kayma ve SPHEREx’in dalga boylu verileri devreye giriyor. Bu geçici değişiklikleri takip etmek, örneğin ilk galaksilerin nasıl geliştiğini veya JWST tarafından sadece büyük patlamadan yüz milyonlarca yıl sonra oluşan garip “küçük kırmızı noktaların” nasıl oluşturulduğunu ortaya çıkarabilir.
Düşük Dünya yörüngesinden çalışan SPHEREx, gökyüzünde dolaşacak, her gün yaklaşık 600 pozlama yapacak. Spektroskopi adı verilen bir teknik kullanarak, gözlemevi her gökyüzü bölgesini 102 kez görüntüleyecek, her seferinde farklı bir renk filtresi kullanarak sadece bir dalga boyunu engelleyecek.
“Her dalga boyu, kozmik tarih boyunca size farklı bir dilim veriyor,” diyor Bock. Bu, “yazıcı” benzetmemizin dört renkli resminin daha uzak katmanlara doğru patlaması gibi – her biri önündeki katmandan önemli ölçüde daha eski olan ve geçişlerinde milyarlarca yıl tarih kodlayan.
“Pratikte tüm kozmik tarih boyunca, yani ilk yıldız oluşum dönemine kadar neredeyse tüm evrensel tarihi sorgulamaya çalışıyoruz,” diyor Cooray.
İflasyona Yakından Bakmak
SPHEREx’in temel bilimsel hedeflerinden biri, büyük patlamadan sonra evrenin boyutunda patlayıcı bir artışa neden olan kozmik şişirmeye kadar olan anlara daha da geri gitmektir.
“İnflasyon evrenimizde büyük bir olaydı,” diyor Bock. “Evreni dramatik bir şekilde genişletti – trilyon-trilyon kat falan.”
Bu kadar önemli bir olay için, inflasyonun incelenmesi şaşırtıcı derecede zordur. Evrenin maddenin neredeyse hayal edilemez derecede yoğun, enerjik bir durumda olduğu bir an gerçekleşti ve bilim insanlarının laboratuvarda taklit etmeye çalışabilecekleri herhangi bir şeyin ötesindedir. SPHEREx bu kısıtlamaları değiştirmeyecek ancak bilim insanlarına inflasyonun nasıl geliştiğini anlamak için dolambaçlı bir yol sunacak.
Bu çalışmanın merkezinde, SPHEREx’in tüm gökyüzünü ve içindeki birçok galaksileri inceleyeceği – toplamda 450 milyon civarında. Teleskop, her bir galaksinin konumunu belirleyecek ve evrenin üç boyutlu bir haritasını oluşturarak kozmosun muazzam bir atlasını yaratacak.
Bundan sonra gelecek olan göksel istatistikler. İnflasyonun nasıl çalışabileceği ve ne gibi diğer fenomenlerin onu etkileyebileceği hakkında farklı teoriler temelinde, bilim insanları, maddenin doğum evreninde nasıl dağıldığını modelleyen farklı modeller geliştirdiler. Aradan geçen milyarlarca yılda, bu desen hala galaksilerin uzay boyunca dağılımlarında kazınmış olmalı ve SPHEREx, bunu tespit etmek için gereken veriyi sağlayacak, hangi şişirme senaryolarını uyduğunu ve hangilerini uyduğunu değerlendirerek, şişirme senaryolarını destekleyerek ve diğerlerini reddederek bile, inflasyonu doğrudan gözlemlemeden.
“Zihin karıştırıcı derecede güçlü bir şey,” diyor Doré. “Gerçekten, evrenin dağılımından, bu daha büyük ölçeklerdeki galaksilerin dağılımından, bildiğimiz fizik kullanılarak doğrudan şişirme fiziklerine kadar gidebiliriz. Bu çok güçlü, çok zihin karıştırıcı bir şey.”
SPHEREx’in dünyadan uzaklaşma sürecinde, aynı zamanda bilim insanlarının güneş hakkındaki anlayışlarını kolaylaştırıyor. Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere veya PUNCH adındaki dört küçük uyduyu içeren ikinci bir NASA misyonu, uzay teleskobuyla birlikte yolculuk yapacak. SPHEREx gibi, bu dört uydu da gündüzün gece ile buluştuğu çizgi boyunca Dünya etrafında yörünge yapacak. Ancak daha büyük kozmosa odaklanan yoldaşlarından farklı olarak, PUNCH uydukları, yıldızlararası boşluğu dolduran yüklü parçacıklar akışını besleyen güneş atmosferinin nasıl çalıştığını inceleyecek.
Ancak SPHEREx kendisi, astrofizik sorularından çok daha fazlasına katkı sağlayacak. Mesela, uzak olmayan gariplikler gibi, gezegenler, asteroidler ve kuyrukluyıldızlar da dahil olmak üzere yoluna çıkan her şeyi gözlemleyecektir. Ve gökyüzünü en az dört kez – muhtemelen daha fazla bile, NASA’nın uzay araçlarından mümkün olduğunca çok bilim çıkardığı bir kayıt göz önünde bulundurulduğunda – taramak, süpernova gibi hızla değişen olaylara ilgi duyan araştırmacıların da SPHEREx verilerinde yeni keşifler aramasını sağlayacak.
“Astronomideki güzellik şudur: Gökyüzüne her farklı şekilde, farklı bir araçla, farklı bir açıdan baktığımızda, yeni şeyler keşfediyoruz,” diyor Doré. SPHEREx sadece bu gerçeğin en yeni yönü olacak, ekliyor. “Gerçekten bir keşif makinesi.”
Bu heyecan verici yeni uzay teleskobu, evrenin sırlarını aydınlatmada bizi bir adım daha ileri taşıyacak gibi görünüyor. SPHEREx’in 102 farklı kızılötesi renkle gökyüzünü tarayarak elde edeceği veriler, astronomi alanında devrim yaratabilir. Gelecekte, bu verilerin analizi sayesinde, evrenin gizemli geçmişi hakkında daha derin bir anlayışa sahip olabiliriz. Bu heyecan verici misyonu izlemek için sabırsızlanıyoruz.
