Evrenin Kozmik Dansını James Webb’le Keşfedelim

25 Aralık 2021’de fırlatılan 10 milyar dolarlık James Webb Uzay Teleskobu (JWST) kızılötesi gözlemevi, galaksilerin nasıl oluştuğunu ve büyüdüğünü öğrenmek, evrende zamanın gerilerine, ilk galaksilerin çağına kadar bakmak, bulutsu embriyolarının içinde, daha önce görülmemiş ayrıntılarla, yıldızların doğuşunu izlemek için tasarlandı. Bunun yanı sıra ötegezegenlerin atmosferlerini araştırmak ve en yakın kayalık gezegenlerden bazılarının özelliklerini keşfetmek de hedefler arasındaydı.

JWST’nin karmaşık ve hassas ayarlı yapısı, çalışmaya başlaması için Dünya’dan 1,5 milyon kilometre uzaklıktaki Lagrange 2 noktasına gidip tek başına bir dizi kurulum manevrası ve ince ayarların gerçekleştirilmesi gerekliliği, bilim insanlarını endişelendiren unsurlardı.

Temmuz ortasında, JWST ilk görüntülerini yayımladığında endişeye gerek olmadığı ve kızılötesi teleskobun beklenenden daha da etkili çalışacağı anlaşılmış oldu.

Daha ilk görüntülerde bile teleskop daha önce tespit edilenlerden 10 binlerce fazla ve 100 milyonlarca yıl daha eski galaksileri keşfetmeye başladı.

İnsanlığın uzayın derinliklerine bakan en keskin gözü bizlere neler gösterdi? JWST’nin en önemli keşiflerine ve her an genişlemekte olan bilgi deryamıza yaptığı katkılara bir göz atalım:

En Uzak Galaksiler

Evrendeki en uzak galaksileri gözlemlemek üzere görevlendirilen JWST, bugüne kadar görebildiğimiz en eski gökadaları bize gösterdi. Uzayda ileri-uzağa bakmak zamanda geriye bakmak demek olduğu için, teleskobun keskin gözleri bize evrenimizin henüz 350 milyon yaşındaki halini görünür kıldı.

Bilim insanları, Webb tarafından tanımlanan yüzlerce diğerleri gibi, bu dört galaksinin de inanılmaz derecede eski olduğundan şüpheleniyorlardı. Cihazın yakın kızılötesi spektrografından gelen veriler analiz edildiğinde, galaksilerin kırmızıya kayma değerlerinin o güne kadar ölçülen en düşük seviye olan 13.2 düzeyinde olduğu tespit edildi. Buradan, bu gök cisimlerinin Evrenin şu anki yaşının henüz %2’sinde oluştuğu anlaşılıyor. JWST sayesinde, ilk kez bu kadar uzak galaksileri bulabiliyor ve bize olan mesafelerini spektroskopik olarak doğrulayabiliyoruz.

JWST’nin İlk Doğrudan Ötegezegen Fotoğrafı

Bilim insanları ilk ötegezegenleri 1990’larda keşfettiler. Bugün artık uzak yıldızların yörüngesinde dönen 3.000’den fazla dünya biliyoruz. Bu inanılmaz sayıya rağmen, bunların sadece iki düzinesini doğrudan görüntüleyebildik. Çoğu ötegezegen o kadar uzaktadır ki, ancak yörüngesinde döndükleri ev sahibi yıldızın önünden geçtiğinde, bize ulaşan ışıktaki düşüşle tespit edilebilirler. Eylül ayında JWST bunu değiştirerek, bir ötegezegenin ilk doğrudan görüntüsünü yakaladı.

2017’de keşfedilmiş HIP 65426 b adlı gezegeni görüntülemek için Webb’in iki kamerasını, birkaç filtreyi ve merkezdeki yıldızın ışığını engelleyen koronagraflarını kullandılar. Kendi yıldızından, Güneş’le Dünya arası mesafenin (Astronomical Unit – AU) 100 katı uzaklıkta olan bu gezegen, Jüpiter’in yaklaşık 12 katı büyüklüğünde bir gaz devidir (Karşılaştırma için: Pluto, Güneş’ten 40 AU uzaklıktadır).

Diğer Enstrümanlarla JWST

JWST, diğer güçlü enstrümanlarla da uyum içinde oldukça iyi çalışıyor. JWST, elektromanyetik spektrumun kızılötesi kısmında gözlem yaparken, Hubble Uzay Teleskobu (HST) görünür ve morötesi kısmını izler. Örneğin, VV 191 olarak bilinen iki gökada, HST gözlemlerinde etkileşiyormuş gibi görünmesine rağmen, biri çok daha uzaktır; yani uzak gökadadan gelen ışık daha yakın olanın içinden geçer. JWST, daha uzaktaki galaksinin sarmal yapısını daha iyi haritalamak için yakındaki galaksinin tozunun içini görebilir. Bu tür gelişkin detaylar, yalnızca elektromanyetik spektrumun farklı bölümlerindeki gözlemler sayesinde ortaya çıkabilir.

Uzaya X-ışını gözlükleriyle yörüngeden bakan Chandra uzay gözlemevi de JWST’nin beraber çalışmak üzere tasarlandığı cihazlardan.

Birbiriyle karmaşık bir kozmik dansa girmiş 4 galaksi ve onları uzaktan izleyen beşinci bir gökadadan oluşan Stephan Beşlisi’nin Chandra ve Spitzer görüntüleri ile birleştirilen JWST gözlemleri, daha önce görülmemiş, 10 milyonlarca derece sıcaklıktaki gazın oluşturduğu dev bir şok dalgasını ortaya çıkardı. Bu şok dalgasının, galaksilerden birinin yaklaşık 3 milyon kilometre/saat hızla diğerlerinin arasından geçmesiyle ortaya çıktığı belirlendi.

Başka Bir Dünyanın Atmosferi

JWST, Başak Takımyıldızı’ndaki bir yıldızın yörüngesinde dönen WASP-39b adlı gezegenin atmosferiyle ilgili detaylı ve ilginç bilgilere erişmemizi sağladı. Dünya’dan yaklaşık 700 ışıkyılı uzaklıkta, Satürn büyüklüğünde kaynayan bir gaz devi olan WASP-39b, ev sahibi yıldızının yörüngesinde az rastlanır bir şekilde yakın bir mesafede, Merkür gezegeninin güneşimize olduğundan yaklaşık sekiz kat daha yakın bir yörüngede dönüyor.

Gökbilimciler uzak gezegeni gözlemlemek için JWST’nin cihazlarından üçünü kullandılar: ana NIRCam kamerası ve gözlenen cisimlerin kimyasal bileşimlerini barkod benzeri parmak izleri şeklinde ortaya çıkaran, NIRISS ve NIRSpec olarak adlandırılan iki spektroskop.

Bilim insanları WASP-39b’nin atmosferinde karbon dioksit tespit ettiler. Bu  gaz, bir ötegezegenin atmosferinde ilk kez bulunmuş oldu. Bunun dışında gezegenin kalın atmosferine kükürt ve kükürt dioksit de dahil olmak üzere silikatlar içeren kalın bulutların hakim olduğu gözlendi.

Çalışmalar, astronomların bir gün diğer ötegezegenlerdeki yaşamı tespit etmeye yardımcı olabilecek yöntemleri test etmelerine de izin verdi. WASP-39b’de yürütülene benzer bir atmosferik analizin sonuçlarını yabancı gezegenlerin modelleriyle karşılaştırarak öngörülerde bulunulabilir. Örneğin, gezegenin spektroskopik analizi bu modellerin öngördüğünden daha fazla oksijen gösteriyorsa, bu bir yaşam belirtisi olabilir.

Buz Devleri

Neptün

 JWST’nin etkileyici başarısı, gözlemlediği kızılötesi dalga boylarının çoğu için maksimum potansiyel çözünürlüğe sahip optik sistemlerinden kaynaklanmaktadır. Kendinden önceki yer veya uzay teleskoplarının göremediği detayları, bir zamanlar birbirinden ayırt edilemeyecek kadar yakın olan yıldızları, çok uzak galaksilerin yapıları artık fark edilebilir durumdadır. Hatta Neptün’ün halkaları gibi yakın bir yapı bile, onlarca yıldır görülen en ayrıntılı şekliyle göz önüne seriliyor.

Araştırmacıların 30 yıldır ilk kez gördüğü ve kızıl ötesinde daha önce hiç görüntülenmemiş halkaların detayları; “Gerçekten Neptün’e mi bakıyoruz?” sorusunu uyandıracak şekilde şaşkınlık yarattı. Dahası, Voyager 2’nin 1989 daki ziyaretinde fark edilememiş bazı toz halkaları da ilk kez ortaya çıkmış oldu.

JWST kızılötesi spektrumda görebildiği için bu yeni Neptün görüntülerinde alıştığımız metan gazı bulutlarından oluşan mavi küre yerine çok daha detaylı gaz, bulut ve fırtına oluşumları gözlenebiliyor.

Uranüs:

Etkileyici Neptün fotoğrafının peşinden James Webb Uzay Teleskobu, Güneş Sistemi’nin diğer buz devi Uranüs’ün de çarpıcı bir görüntüsünü aldı. Yeni görüntü, gezegenin atmosferindeki parlak özelliklerin yanı sıra dramatik halkaları da bize gösteriyor. Webb verileri, gözlemevinin şimdiye kadar yalnızca Voyager 2 uzay aracı ve gelişmiş uyarlanabilir optiklere sahip Keck Gözlemevi tarafından görüntülenebilmiş, oldukça sönük tozlu halkalara karşı eşi benzeri görülmemiş duyarlılığını gösteriyor.

Voyager 2 Uranüs’e baktığında, kamerası görünür dalga boylarında neredeyse özelliksiz mavi-yeşil bir top gösterdi. Webb’in kızılötesi dalga boyları ve ekstra hassasiyetiyle, Uranüs’ün atmosferinin gerçekte ne kadar dinamik olduğunu çok daha ayrıntılı görebiliyoruz.

İmkânsız Galaksiler

Webb’in yakın zamandaki en ilgi çeken gözlemlerinden biri de şimdiye kadar geliştirdiğimiz, evrenin oluşumu senaryosuna göre, oluşumunu tanımlayamadığımız bazı çok uzak galaksiler oldu.

Teleskobun yeni keşfettiği, Büyük Patlama’dan sadece 500 ila 700 milyon yıl sonra oluşmasına rağmen neredeyse Samanyolu kadar yıldız içeren altı devasa gökada, onları tespit eden gökbilimciler tarafından “evren kırıcılar” olarak adlandırıldı.

Erken evrenin kendisini bu kadar hızlı organize etmesi beklenmediğinden bu galaksilerin yeterli zamanları olmamıştı. Samanyolu’nun her yıl 1-2 yıldız oluşturduğu düşünülürse, bu galaksilerin tarihleri boyunca her yıl yüzlerce yıldız oluşturmuş olması gerekiyor. Başka bir açıklama bulunamazsa, kozmoloji anlayışımızın sınırlarını zorlayacak gibi görünüyorlar.

Derin Alan

 20 yıl önce Hubble derin alan görüntüsü yayımlandığında oldukça ses getirmişti. Gökyüzünün nispeten boş bir bölümüne uzun süre odaklanan cihaz, binlerce gökadayı gözler önüne sermiş ve evrenin büyüklüğü, yıldız ve galaksi sayıları ile ilgili tahminlerimizi değiştirmişti.

20 yıl sonra JWST aynı bölgeyi görüntüleyerek çok daha net ve detaylı görüntüler elde ederek bizleri bir kez daha şaşırtmayı başardı; üstelik Hubble’ın onda biri sürede.

JWST’nin güçlü Yakın Kızılötesi Kamera (NIRCam) cihazı tarafından yakalanan görüntü, gökbilimcilerin Büyük Patlama’dan sonraki ilk milyar yıldaki evrenin tarihini bir araya getirmelerine yardımcı oluyor.