Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu

Kızılötesi evrende pusuda bekleyen ötegezegenler, kütle çekimsel mercekler ve karanlık enerji!

İnsanlık her yeni uzay teleskobu ile evrene yeni bir pencere açıyor. NASA’nın en son çalışmalarından biri, başlangıçta Geniş Alan Kızılötesi Araştırma Teleskobu (Wide Field Infrared Survey Telescope - WFIRST) olarak adlandırılan, daha sonra NASA’ın ilk baş astronomu onuruna adı değiştirilen Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu. 2025’te fırlatılacak ve kütle çekimsel mercekleri, süpernovaları ve baryon akustik salınımlarını (evrendeki görünür maddenin yoğunluğundaki dalgalanmalar) gözlemleyerek karanlık enerji hakkındaki soruları yanıtlamaya çalışacak. Ayrıca, Jüpiter büyüklüğünde olanları görüntüleyerek ötegezegenleri inceleyecek ve Ay’ın yalnızca birkaç katı olan cisimleri bulmak için kütleçekimsel mikromerceklemeyi kullanacak. Tüm bunları kızılötesi ışık kullanarak yapacak.

Bu teleskobun kökeni 1,3 metrelik bir kızılötesi teleskopun önerildiği 2011 yılına dayanıyor. Ertesi yıl bu plan iptal edildi ve onun yerine bir istihbarat ajansı olan Ulusal Keşif Ofisi (NRO) tarafından bağışlanan iki adet ikinci el teleskop kullanılması kararlaştırıldı. NRO’da teleskop kullanıyor ancak onlar teleskoplarla yere bakıyorlar. Bu teleskoplar NRO’nun artık işine yaramıyordu ancak dar bütçeli bir dönemde NASA için uzay bilimini ilerletme açısından ilaç gibi gelmişti. Bu dönemde 10 milyar dolarlık James Webb Uzay Teleskobu’nun devasa maliyetine itirazlar yükseliyordu. Ajansın astrofizik müdür yardımcısı Michael Moore, bu iki teleskobun kullanımının NASA’ya uzun vadede 1,5 milyar dolar tasarruf sağlayacağını söylemişti.

Roman, Webb’in daha yüksek önceliği nedeniyle 2019 ABD bütçe teklifinde iptal edilmek üzere ayrılmıştı, ancak bu iptal Kongre tarafından reddedildi ve görev devam etti. Şu anda maliyetinin 3,9 milyar dolardan fazla olmayacağı düşünülüyor. 1990’ların sonu ve 2000’lerin başında inşa edilen NRO teleskopları yapısal olarak sağlam ve hiç kullanılmamış olmalarına rağmen tüm elektronik parçaları çıkarılmış durumda. Bu yüzden tekrar hayata geçirilmesinin tüm maliyeti NASA’nın omuzlarına binecek. 2,4 metrelik ana aynaları hâlâ takılı ancak boyut ve

“YEREL EVRENDEKI YILDIZLARIN ÇOĞUNU ARAMAK IÇIN EN IYI BÖLGE KIZILÖTESIDIR.”

David Clements

kaliteleri Hubble Uzay Teleskobu ile aynı. Ancak odak uzaklığı kısa olduğu için daha geniş bir görüş açısına sahipler; Hubble Uzay Teleskobu’nun 100 katı büyük bir alanı tarayabiliyorlar. Aynalar çok iyi parlatılmış durumda, yüzeylerindeki en büyük çıkıntı sadece 1,2 nanometre yüksekliğinde. Üçüncü bir teleskobun ayna ve bazı parçaları da hazırda bekliyor ancak NASA bunlardan sadece bir tanesini kullanmaya niyetli. Bir tanesinin de Mars yüzeyini daha detaylı görüntülemek için Kızıl Gezegen’e gönderileceğine dair söylentiler de bulunuyor.

Roman’ın üzerinde iki cihaz bulunacak. Geniş Alan cihazı, ışığı görünür ve kızılötesine yakın dalga boylarında yakalayan 300 megapiksellik bir kamera. Diğer cihaz ise uzaklardaki yıldızları kızılötesi dalga boyunda görüntülemek için kullanılacak bir koronagraf. Prizmalar, maskeler ve aynalardan oluşan bir sistem yardımı ile yıldız parlamasının önüne geçilecek ve yıldızların yörüngelerindeki gezegenler görüntülenebilecek.

NASA’nın California, Pasadena’daki Jet İtki Laboratuvarı’nda Roman proje uzmanı Jason Rhodes, “Yapmaya çalıştığımız şey, gezegenden yakaladığımız her biri foton için yıldızdan gelen bir milyar fotonu iptal etmek” diyor. “Bu, şimdiye kadar inşa edilmiş en karmaşık astronomik cihaz olabilir. Roman ile, gelecekte küçük kayaç gezegenlerin yüzeylerinde sıvı su aramak hatta bizimki gibi yaşam belirtileri araştırmak için kullanılacak teknolojileri kanıtlamak amacıyla bu büyük gezegenlerin görüntülerini ve tayflarını alabileceğiz.”

Roman uzay teleskobu, uzayda 2. Lagrange Noktası (L2) olarak adlandırılan bir konuma yerleştirilecek. Bu nokta Dünya’dan 1,5 milyon kilometre uzakta ve Güneş’in ters yönünde yer alıyor. Burada kütle çekimi kuvvetleri birbirlerini sıfırladığı için uzay araçları büyük cisimlere kıyasla konumlarını görece koruyabiliyorlar. L2, Dünya ile Ay arasındaki mesafenin dört katı uzaklıkta ve Webb de dahil olmak üzere diğer uzay gözlemevleri ile paylaşılacak.

L2’nin avantajı, Güneş’ten gelen radyasyonun büyük kısmının Dünya tarafından perdeleniyor olması. Kısmen Dünya’nın gölgesinde kalacağından dolayı hem ısısını sabit tutabilecek hem de Güneş enerjisinden faydalanabilecek. Ayrıca, son derece kararlı bir konumda bulunacak.

Bir karşılaştırma yaparsak, alçak Dünya yörüngesinde bulunan Hubble Uzay Teleskobu Dünya’dan sadece 547 kilometre uzaklıkta ve atmosferik kayma nedeniyle 2028 ile 2040 arasında Dünya’ya geri düşecek.

Şu anda uzayda yer alan tek koronagraf, Hubble Uzay Teleskobu. Roman fırlatıldıktan sonra ise bunlardan üç tane olacak: 2021’de fırlatılacak olan Webb üzerinde de bir koronagraf bulunuyor ancak Roman’ın yıldız ışığını perdeleme

yeteneğine sahip değil. Konu ötegezegen keşfetmek olduğunda, Roman’ın bu iş için kullanacağı iki yöntem bulunuyor. Birincisi kütle çekimsel mikromercekleme. Burada, bir yıldız diğerinin önünden geçerken kütle çekimi nedeniyle arkadaki yıldızdan gelen ışık bükülüyor ve büyüyor. Yakındaki yıldızın yörüngesinde dolanan gezegenler de aynı etkiyi gösteriyor, sadece daha küçük ölçekte. Teleskop, Mars boyutundaki gezegenleri algılayabilecek. Daha uzaktaki yıldızlar söz konusu olduğunda ise,

Roman bu yıldızların çevresindeki büyük boyutlu gezegenleri (sıcak Jüpiter’ler olarak adlandırılıyorlar) ve kahverengi cüce olarak sınıflandırılan yıldızları algılayabilecek kapasitede olacak. Yıldız ışığındaki azalmaya dayanan geçiş yönteminin aksine, mikromercekleme yapan bir ötegezegen yıldızının ışığının daha parlak görülmesine neden oluyor. Maksimum

parlaklık, öndeki ve arkadaki yıldızlar tam bir çizgi üzerine düşünce elde ediliyor.

Roman’ın detektörleri ışığın kızılötesi tayfını algılayacak şekilde ayarlandı. Peki astronomlar neden buraya bakmak istiyor? Londra Kraliyet Üniversitesinde evreni uzak kızılötesi ile inceleyen bir astrofizikçi Dr. David Clements şöyle açıklıyor: “Kızılötesi, dalga boyu bir mikrondan yaklaşık bir milimetreye kadar uzanıyor, yani bu çok geniş bir elektromanyetik tayf. Dünya’dan göremediğiniz şeylere ulaşmamızı sağlıyor. Yıldız ışığı bir termal salınımdır ve Güneşimiz gibi yaklaşık 5.800 kelvin yüzey sıcaklığına sahip bir yıldız söz konusu olduğunda, salma tayfı tesadüfen, gözlerimizin en hassas olduğu dalga boyunda maksimuma ulaşır. Atmosfer bu dalga boylarında şeffaftır.

Clements, “Geç tip yıldızlar, M tipi yıldızlar (kırmızı cüceler) ve kahverengi cüceler gibi Güneş’ten daha soğuk yıldızların maksimum salınımları daha uzun dalga boylarında gerçekleşiyor” diyor. “Galaksimizdeki ve diğer galaksilerdeki yıldızların çoğu, birkaç bin kelvin sıcaklığa sahip M yıldızlarıdır. Onların ve galaksilerin ortalama kara cisim eğrileri yaklaşık 1,6 mikronluk bir dalga boyunda maksimuma ulaşıyor. Yerel evrendeki yıldızların çoğunu aramak için en iyi bölge, kızılötesidir.”

Ayrıca, bu gözlemlerin uzayda gerçekleştirilmesi de önemli. Clements, “Yerden bir teleskopla orta kızılöte astronomisi yapmaya çalışmak, bir teleskop ve kırmızı parlayan bir bina ile optik astronomi yapmaya çalışmak gibidir” diyor. “Orta kızılöte bant, termal kızılötesi olarak bilinir ve oradaki her şey bir fırındaymış gibi parlar. Bu durum atmosfer için de geçerlidir. Yapılabilir, ama çok zordur. Uzak kızılötede arka plan problemi daha da kötüleşiyor ve bunu Dünya’dan yapmanın bir anlamı yok. Çünkü atmosfer bu dalga boylarını geçirmez. Bu yüzden, tüm bunları yapabilmek için atmosferin üzerine çıkardığımız Herschel ve Planck gibi teleskopları kullanıyoruz.”

Bir de soğurma sorunu bulunuyor.

“Yıldız oluşumu gaz bulutlarının içinde gerçekleşiyor ve gazın olduğu yerde toz da vardır. Toz, dalga boyunun bir fonksiyonu

olarak yıldız ışığını emer. Aynen atmosferimizdeki toz ve dumanın kısa dalga boylarını uzun dalga boylarından daha iyi soğurması ve Güneş’i batarken kırmızı göstermesi gibi. Çok fazla toz olan bir bölgede neler olup bittiğini görmek istiyorsanız, bunu optik teleskoplarla yapamazsınız çünkü çok fazla soğurma vardır; bu nedenle yakın kızılöte ile bakmanız gerekir. Galaksilerin kalbindeki yıldızların oluştuğu bölgelere girmek isterseniz de uzak kızılöte ile bakmanız gerekir.”

Ayrıca kırmızıya kaymanın da göz önünde bulundurulması gerekiyor. Clements “Daha uzaktaki cisimlere baktığımızda, tüm tayf daha uzun dalga boylarına kayıyor. Herhangi bir galaksiden gelen en belirgin salma çizgisi, hidrojenin Lyman-alfa çizgisidir. Kırmızıya kayma 0 ise morötesine doğru yol alır ancak kırmızıya kayma 6 ise, örneğin bir kuasara baktığınızda, kızılötesi dalga boyuna girmeniz gerekir. Kırmızıya kayma daha da fazlaysa, artık astronomların yakın kızılötesi dediği alana girmiş olursunuz.

Kırmızı kayma 1 olduğunda H-alfa dalga boyu 1,3 mikrondur. Yani yerel evrende, kızılötesi gözlem yapmak gereklidir.”

Mesafe, Roman’ın hassasiyet bandının içine birçok potansiyel hedef soktuğundan, onunla bakılacak çok şey var. Ancak, görevinin diğer bir bölümü, göremediğimiz bir şeyin etkilerini gözlemlemek. Diğer tüm teleskoplardan daha uzaktaki kızılötesi dalgaları algılayabilen Roman, bize evrenin erken dönemlerindeki halini gösterecek ve 13,8 milyar yıl içinde nasıl değiştiğini ve hâlâ nasıl değişmekte olduğunu anlamamızı sağlayacak. NASA’dan Roman proje uzmanı Jeffrey Kruk, “Evrenin kaderini keşfetmeye çalışacağız” diyor. “Evrenin genişlemesi hızlanıyor ve Geniş Alan Cihazı’nın bize sağlayacağı şeylerden biri, ivmenin artıyor mu yoksa yavaşlıyor mu olduğunu anlamamıza yardımcı olmak.”

Evrenin genişlemesinin nedenlerinden biri, yaklaşık yüzde 70’ini meydana getiren karanlık enerji. O da evren evrim geçirdikçe değişiyor olabilir. Roman milyonlarca uzak galaksiyi ölçümleyerek maddenin evren içinde nasıl dağılmış olduğunu gösterecek. Chandra X-ışını gözlemevi sayesinde, önceden geniş çapta sabit olduğu düşünülen karanlık enerjinin zamanla değişiyor olabileceğini anladık. Bu görünmez değişim motorunu gözlemleyebilmek, çok ilginç bir gelişme olacak.

Bir casus uydusu ikinci hayatında bir gözlemevi olarak bilim insanlarına evren hakkında yeni bir bakış açısı mı sağlayacak? Roman bize evrenin Hubble Uzay Teleskobu’ndan alınmış görüntülerine rakip görüntüler göndermeye başladığında bunu öğreneceğiz. Onun sayesinde belki de evrenin çok uzun zamandır bizden gizlenen esrarlarından birini çözebileceğiz.