NASA'nın Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, en erken önümüzdeki ayın sonunda fırlatıldığında, astronomi tarihinin en hassas kaybolma numaralarından birine imza atacak. Teleskop, uzaya gönderilen ilk 'aktif' koronagrafı taşıyacak. Bu aygıt, fotoğraf çekimi sırasında bir yıldızın ışığının büyük kısmını etkili bir şekilde silecek.
Bu sayede gökbilimciler, Güneş Sistemi'mizdekine benzer, başka yıldızların yörüngesinde dönen gezegenlerin ilk fotoğraflarını çekebilecek. Nihayetinde bu teknoloji, Dünya benzeri dünyaların ilk fotoğraflarını çekebilecek gelecekteki bir misyonun yolunu açabilir.
NASA'nın Jet İtki Laboratuvarı'nda (JPL) aygıtın başmekanik mühendisi olan Brandon Creager, 'Umarım Dünya 2.0'ı bulma yolunda kritik bir basamak taşı olarak hatırlanır' diyor.
NASA'nın ilk astronomi şefi Nancy Grace Roman'ın adını taşıyan bu yeni teleskop, yaklaşık 300 megapiksellik geniş alan kamerasıyla Hubble Uzay Teleskobu'nun en geniş pozlamalarından yaklaşık 100 kat daha büyük görüntüler yakalayabilecek.
Bu yetenekler, gökbilimcilerin karanlık madde ve karanlık enerjinin gizemli kimliklerini çözmelerine ve varlıkları daha uzak yıldızların ışığını bozma biçimlerinden anlaşılan yaklaşık 100.000 yeni ötegezegen (Güneş Sistemi dışındaki gezegen) tespit etmelerine yardımcı olacak. Roman'ın son derece rekabetçi ilk gözlem yılı için iki projesi seçilen Harvard'dan araştırma bilimcisi Javier Viaña, bu sıçramayı 'bir avuç insanla röportaj yapmaktan' 'küresel bir nüfus sayımı yapmaya' geçmeye benzetiyor.
Başka bir kamera ise koronagrafı kullanarak bir yıldızın ışığını engelleyecek ve her seferinde bir yıldız sistemini gözlemleyecek. Bu aygıt, gökbilimcilere yıldızların çevresindeki bölgeye benzeri görülmemiş bir bakış sunarak daha küçük, daha sönük ve yıldızına daha yakın ötegezegenleri görmelerini sağlayacak. Creager, 'Bu, daha önce fiziksel olarak göremediğimiz gezegenleri görme yeteneği veriyor bize' diyor.
Bir kaybolma numarasının anatomisi
Uzayda koronagraf kullanımı yeni değil. Ancak Hubble ve James Webb Uzay Teleskobu'nda halen kullanılanlar gibi önceki versiyonlar, bir yıldızın kör edici ışığını engellemek için sabit bir sistem kullanıyor. Bu yaklaşım işe yarıyor olsa da, karanlık bir odada ateş böceği ararken el fenerinin üzerine başparmağınızı koymaya benziyor. Ampul kaybolsa da, kenarlardan sızan ışık yine de böceğin ışığını bastırabiliyor. Bir teleskop içinde bu parlama, makine kenarlarından sızan ışıktan veya yıldız ışığını beneklere dağıtabilen ayna ve kaplamalardaki mikroskobik kusurlardan gelebiliyor. Tüm bunlar bir gezegeni gizleyebiliyor, hatta taklit edebiliyor.
Roman'ın koronagrafı ise bu yıla kadar uzay teleskoplarında hiç görülmemiş bir şey deneyecek: Her gözlemden önce, artakalan ışığı ölçüp bastırmaya çalışacak. Bu teknik, aktif dalga cephesi kontrolü olarak biliniyor.
Teleskop bunu, içerdiği iki deforme olabilir ayna sayesinde yapabiliyor. Her bir aynanın altında, ince, deforme olabilir bir cam tabakanın altında 48'e 48'lik bir dama tahtası düzeninde yerleştirilmiş aktüatörler (mikroskobik pistonlar) bulunuyor. Küçük bir voltaj uygulamak, aktüatörlerin büzülmesine ve aynanın kendi bölgelerini hafifçe geriye çekmesine neden oluyor; tıpkı binlerce mikroskobik parmağın bir yüzeyi hassas bir şekilde şekillendirmesi gibi.
Etki çok ince: Aynanın her bir parçası, bir E. coli bakterisinin yaklaşık dörtte biri büyüklüğünde olan 0,5 mikrometreye kadar deforme olabiliyor ve yaklaşık 10 pikometre kadar küçük artışlarla hareket edebiliyor. JPL'de aygıtın proje sistem mühendisi Ilya Poberezhskiy, bunun bir hidrojen atomunun çapının yaklaşık onda biri olduğunu söylüyor.
Aktüatörler, aynaların 'aktif bir dalga cephesi' oluşturmasını sağlıyor. Burada her bir bileşen, istenmeyen ışığın gelen dalgalarını iptal etmek için mükemmel konuma getiriliyor. Bu, biraz gürültü önleyici kulaklıklara benziyor, ancak ses yerine ışık için. Poberezhskiy, 'iptal edilen' ışığın, 'yıldızın etrafında, yıldız ışığını bastırdığımız ve ötegezegenleri görmeyi umduğumuz çörek şeklinde bir bölge' oluşturduğunu söylüyor.
Mevcut uzay tabanlı koronagraflarla karşılaştırıldığında, sistemin, ötegezegenlerin ana yıldızlarının parıltısına karşı duyarlılığını 1.000 kata kadar artırması bekleniyor. Bu sayede daha önce tespit edilemeyecek kadar sönük olan gezegenler ortaya çıkarılabilecek.
Hubble ve JWST gibi Roman da maskeler kullanıyor. Bunlar, ışığın yoluna yerleştirilen ve üzerlerine gelen fotonları engellemek için tasarlanmış desenli plakalar. Roman'ın maske cephaneliğindeki araçlardan biri de 'silikon çimen'. Bazı maskelerdeki mikroskobik sivri uçlardan oluşan bu sık orman, belirli konfigürasyonlarda fotonları emerek teleskop içinde sıçrayıp bir dedektöre ulaşmalarını engelliyor. Ormana giren ışık, bıçaklar arasında giderek daha derine sıçrıyor ve kameraya geri yansımak yerine hapsoluyor. Poberezhskiy, 'Işık oraya bir kere girdi mi, bir daha çıkamaz' diyor. Aynalar ve maskeler, korunan gezegen ışığının mümkün olduğunca çoğunu son dedektöre yönlendirmek için bir dizi kapı ve çit oluşturuyor.
Uzaylı Jüpiterler
Bu ayrıntılı düzenek, ötegezegenlerin doğrudan görüntülenmesinde yeni bir sayfa açabilir. Şimdiye kadar fotoğraflanan ötegezegenlerin neredeyse tamamı, Güneş Sistemi'mizin sakinlerine hiç benzemeyen, aşırı büyük gençlerdi: Jüpiter'in kütlesinin birkaç katı, doğumlarından kalan ısıyla hâlâ parlayan ve yıldızlarından Dünya'nın Güneş'e olan uzaklığının onlarca veya yüzlerce katı uzaklıkta yörüngede dönen gezegenler. Bunun nedeni, göreceli olarak kolay görülebilmeleri. Boyutları, sıcaklıkları ve ana yıldızlarına olan uzaklıkları, onları kızılötesi ışıkta, yıldız parıltısının en kötü kısmından uzakta parlak bir şekilde gösteriyor.
Roman ise gerçek bir Jüpiter analogunu doğrudan görüntüleyebilir: Kütle olarak Jüpiter'e benzeyen ve Güneş benzeri bir yıldızın yörüngesinde, Dünya'nın Güneş'ten birkaç kat daha uzakta dönen bir gezegen. Şu anda görebildiğimiz sıcak Jüpiterlerin aksine, bu çok daha olgun bir gaz devi olacak; milyarlarca yıllık soğumanın ardından kendi ışığını yoğun bir şekilde yaymak yerine, esas olarak ana yıldızının ışığını yansıtacak.
Gökbilimciler şu ana kadar bu tür gezegenlerin varlığını, yıldızda yarattıkları kütleçekimsel yalpalama sayesinde çıkarabiliyordu. Roman ise gezegenin kendisinden yansıyan yıldız ışığını toplayacak. Johns Hopkins'te gözlem programı da alan astronomi profesörü Meredith MacGregor, 'Yıldıza bakmıyoruz. Gezegenin yıldız üzerindeki etkisine bakmıyoruz. Aslında gezegenin kendisine bakıyoruz ve bu son derece güçlü' diyor.
Bu aygıt kullanıma sunulduğunda, sıra bilim insanlarına gelecek. MacGregor, 'Açıkçası bununla nasıl başa çıkacağımız konusunda biraz korkuyorum, çünkü çok fazla veri olacağını düşünüyorum. İnsanların Roman verileri üzerinde meşru bir şekilde on yıllarca çalışmaya devam edeceğini düşünüyorum' diyor.
Ancak önümüzdeki aylarda uzaylı bir Jüpiter'in 4K fotoğrafını beklemeyin. Roman böyle bir gezegeni katı bir küre olarak çözümleyemeyecek; en iyi ihtimalle birkaç pikselden oluşan bir leke gibi görünecek. Yine de bu yeterli olacak, diyor MacGregor, çünkü Roman daha sonra koronagrafı kullanarak gezegenden gelen çeşitli dalga boylarındaki ışık hakkında bilgi alabilecek ve bu da gökbilimcilere atmosferinin kimyası hakkında bilgi verebilecek.
MacGregor, 'Bir ışık noktasını alıp onu gerçek bir dünyaya dönüştürüyorsunuz. Çünkü atmosferi hakkında bir şey biliyorsanız, artık gezegenin yüzeyi ve o gezegende yaşam olasılığı hakkında da bir şey biliyorsunuzdur. Bu büyük bir adım' diyor.
İlk gözlemler sırasında bilim insanları ve mühendisler, bir yıldızı koronagrafın maskelerinin tam merkezinde tutup tutamayacaklarını, aynaları şekillendirip şekillendiremeyeceklerini, karanlık çöreği 'kazıp kazamayacaklarını' (Poberezhskiy'in deyimiyle) ve ardından uzay aracı uzayda hareket edip sıcaklığı aktif olarak değişirken her şeyi koruyup koruyamayacaklarını görecek.
