B­i­l­i­m­ ­a­d­a­m­ı­ ­k­a­r­a­n­l­ı­k­ ­m­a­d­d­e­ ­v­e­ ­k­a­r­a­n­l­ı­k­ ­e­n­e­r­j­i­n­i­n­ ­d­o­ğ­a­s­ı­n­ı­ ­a­n­l­a­m­a­ ­a­r­a­y­ı­ş­ı­n­ı­ ­a­n­l­a­t­ı­y­o­r­

1 Temmuz 2023’te benzersiz bir Avrupa uzay teleskobu olan Euclid, Cape Canaveral’dan fırlatıldı. Fırlatma şüphesiz bir gökbilimci olarak kariyerimin en önemli anıydı, ancak bir roketin üzerinde yıllar süren çalışmanın sonucuna tanık olmak cesaretsizlerin harcı değil. Öklid, mükemmel bir kalkışın ardından hızla Dünya’dan yaklaşık 1,5 milyon km uzaklıktaki planlanan yörüngesine ulaştı. Bu uzak görüş noktasından geri göndermeye başladı keskin görüntüler bu on yılın sonuna kadar gökyüzünün neredeyse üçte birini kaplayacak.

Öklid, evreni anlama arayışımızda ileriye doğru atılan bir sonraki büyük adımdır. Geçtiğimiz yüzyılda çok büyük ilerleme kaydettik. Hidrojenin helyuma dönüşmesinin güneşimiz gibi yıldızlara güç verdiğini öğrendik. Vücudumuzdaki atomlar yıldızların çekirdeklerinde dövüldü o zamandan beri patladı. Galaksinin çok büyük izler bırakan birçok galaksiden biri olduğunu keşfettik. Evrene nüfuz eden köpük benzeri yapılar. Artık evrenin yaklaşık 13,6 milyar yıl önce “Büyük Patlama” ile başladığını ve o günden bu yana genişlediğini biliyoruz.

Evrenin kara kutusunu araştırıyoruz

Bunlar büyük başarılar, ancak daha fazlasını öğrendikçe anlamadığımız birçok şeyin olduğu da ortaya çıktı. Örneğin, kütlenin çoğunun “karanlık madde” olduğuna inanılıyor; bu madde, oldukça başarılı olan parçacık fiziğinin standart modeliyle açıklanamayan yeni bir madde biçimi. Tüm bu maddenin çekim kuvveti evrenin genişlemesini yavaşlatmalı, ancak yaklaşık 25 yıl önce aslında hızlandığını gördük. Bu daha da gizemli bir bileşen gerektirir. Bilgisizliğimizi yansıtmak için (bugüne kadar iyi bir fiziksel açıklama mevcut değildir) ona “karanlık enerji” adını veriyoruz. Karanlık madde ve karanlık enerjinin birleşimi evrenin %95’ini oluşturuyor ancak doğalarını anlamıyoruz.

Bildiğimiz şey, her iki karanlık bileşenin de büyük yapıların nasıl oluşabileceğini etkilediğidir. Karanlık maddeden gelen yerçekimi, maddeyi galaksilere ve hatta daha büyük nesnelere doğru bir araya getirmeye yardımcı olur. Bunun tersine, karanlık enerji nesneleri birbirinden uzaklaştırır, böylece çekim kuvvetine etkili bir şekilde karşı koyar. İkisi arasındaki denge, evren genişledikçe gelişiyor ve karanlık enerji daha da baskın hale geliyor. Ayrıntılar, karanlık bileşenlerin doğasına bağlıdır ve gözlemlerle karşılaştırma, farklı teoriler arasında ayrım yapmamıza olanak tanır. Öklid’in ortaya çıkmasının ana nedeni budur. Maddenin nasıl dağıldığını ve bunun zaman içinde nasıl geliştiğini haritalandıracak. Bu ölçümler, evrenin karanlık tarafının daha iyi anlaşılmasına yol açacak çok ihtiyaç duyulan rehberliği sağlayabilir.

Peki, eğer çoğu görünmez karanlık madde ise, maddenin dağılımını nasıl inceleyebiliriz? Neyse ki doğa ileriye dönük uygun bir yol sunmuştur: Einstein’ın genel görelilik teorisi bize maddenin etrafındaki uzayı büktüğünü söyler. Karanlık madde kümeleri, tıpkı bir yüzme havuzunun yüzeyindeki dalgaların alttaki fayansların desenini bozduğu gibi, daha uzaktaki galaksilerin şekillerini bozarak varlıklarını ortaya koyuyor.

Yerçekimsel merceklenme ve ipuçları

Sıradan optik merceklerle benzerliği göz önüne alındığında (fizik farklıdır ama matematik aynıdır), ışık ışınlarının madde tarafından bükülmesine kütleçekimsel merceklenme denir. Nadir durumlarda bükülme o kadar güçlüdür ki aynı galaksinin birden fazla görüntüsü gözlemlenebilir. Ancak çoğu zaman etki daha incelikli olur ve uzak galaksilerin şekillerini çok az değiştirir. Bununla birlikte, eğer çok sayıda galaksinin ölçümlerinin ortalamasını alırsak, onların yönelimlerindeki, hem düzenli hem de karanlık, araya giren madde dağılımının damgasını vurduğu kalıpları ortaya çıkarabiliriz.

Bu “zayıf merceklenme” sinyali o kadar muhteşem olmayabilir, ancak bize, özellikle de şekillerin ölçüldüğü galaksilere olan mesafelerle birleştirildiğinde, evrendeki maddenin dağılımını haritalandırmanın doğrudan bir yolunu sağlar. Bu tekniğin potansiyeli doksanlı yılların başında fark edilmişti ancak ölçümlerin zorlu olacağı da açıktı. Atmosferdeki türbülans, kullanmak istediğimiz soluk, küçük, uzak galaksilere ilişkin görüşümüzü bulanıklaştırırken, teleskop optiklerindeki kusurlar da kaçınılmaz olarak galaksilerin gözlemlenen şekillerini değiştiriyor. Bu nedenle astronomi camiası teknik fizibilite konusunda şüpheciydi. Doktoraya başladığımda durum buydu. 1995 yılında onların yanıldığını kanıtlamak için bir yolculuğa çıktığımda.

Yıllar geçtikçe, yer tabanlı teleskoplarla toplanan daha büyük veri setlerini kullanarak yeni sorunlar keşfettik ve çözdük. 1990 yılında fırlatılan Hubble Uzay Teleskobu’ndaki gözlemlere dayanarak yaptığım tez çalışması, şekilleri kısmen ölçmenin uzaydan çok daha kolay olduğunu zaten göstermişti. Ancak Öklid’in gelişine kadar uzay teleskopları gökyüzünün yalnızca küçük parçalarını gözlemleyebiliyordu: 2021’de fırlatılan James Webb Uzay Teleskobu (JWST), kol mesafesindeki bir kum tanesinin eşdeğerini görüyor. Ancak karanlık enerjinin doğasını gerçekten test etmek için 6 milyon kat daha fazla alanı kapsamamız gerekiyor. Bu, 1,5 milyar galaksi için keskin görüntüler ve bunlara uzaklık bilgisi sağlamak üzere tasarlanmış benzersiz bir teleskop olan Euclid’in ortaya çıkmasına yol açtı. Şekil 2’de görüldüğü gibi tek çekimde dolunaydan daha büyük bir alanı gözlemliyoruz.

Bu veriler, uzak galaksilerin dağılımını çok ayrıntılı bir şekilde haritalandırmak için yaklaşık 25 milyon galaksinin kesin mesafeleriyle tamamlanmaktadır.

Öklid Kozmoloji Koordinatörü

Bu araştırma alanına yolculuğuma başladığımda karanlık enerji henüz keşfedilmemişti; ancak çok az kişi zayıf merceğin maddenin dağılımını incelemek için önemli bir araç olacağına inanıyordu. İşler nasıl değişti? Öklid’in fırlatılışı tartışmasız bunun en muhteşem göstergesidir. Projenin Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından halen değerlendirme aşamasında olduğu 2011’den bu yana Kozmik Vizyon programı—Öklid’in kozmoloji koordinatörlerinden biri oldum. Bu, görevin temel özelliklerini, özellikle de zayıf yerçekimsel merceklenmeyle ilgili olanları belirlemekten sorumlu olduğum anlamına geliyor. Bu, görüntülerin ne kadar keskin olması gerektiğini ve galaksilerin şekillerini ne kadar iyi ölçmemiz gerektiğini belirtmeyi içeriyordu. Çalışma aynı zamanda bilim hedeflerini açıklığa kavuşturmak ve yeni anlayışlarla nasıl başa çıkılacağını bulmak için Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ile sık sık etkileşimi de içeriyordu.

Mühendislerden ve bilim adamlarından oluşan büyük bir ekibin sıkı çalışması sayesinde birçok teknik engelin üstesinden gelmeyi başardık. İşbirliğimizi bir salgın sırasında sürdürdük ancak Rusya’nın Ukrayna’yı işgali nedeniyle planladığımız roketi kaybettik; Öklid’in bir uzay gemisiyle fırlatılması planlanmıştı. Soyuz roketi. Dikkat çekici bir şekilde, ESA hızla bir çözüm buldu: SpaceX tarafından Falcon 9’un fırlatılması. Sonuç olarak kendimi şu ana kadar yaptığım tüm araştırmaların tartışmasız doruk noktasına tanık olmak için Florida’da buldum.

Öklid’in engelli parkuru

O zamandan beri bir rollercoaster yolculuğu oldu. Temmuz ayında çekilen ilk görüntüler, kameraya sızan güneş ışığı nedeniyle beklenenden daha gürültülü çıktı. Bu ciddi bir sorun olabilirdi ama en muhtemel suçlu (güneş ışığını güneşliğin arkasına yansıtan çıkıntılı bir itici) ve çözüm hızla belirlendi. Uzay aracını çok az döndürerek, itici uydunun gölgesine yerleştirilebilir. Ancak bu, anketin planlamasının tamamen elden geçirilmesi anlamına geliyordu.

Sorunlar bununla bitmedi. Güneşten gelen radyasyon, Öklid’i sürekli olarak bir miktar iter ve bu, teleskopu tamamen sabit tutan iticiler kullanılarak telafi edilir. Ancak o zaman ihtiyacımız olan keskin fotoğrafları çekebiliriz. Ancak güneşten gelen enerjik parçacıklar dengeleme sistemine müdahale ederek teleskopun biraz sallanmasına neden oldu. Bu durum yazılım güncellemesiyle çözüldü. Son zamanlarda teleskopun içinde buz birikmesi endişe yarattı ancak bu sorun da başarıyla çözüldü.

Dünyaya potansiyeli hakkında bir fikir vermek için Kasım ayında fotojenik nesnelerin birkaç “erken yayın gözlemleri” yayınlandı. Araştırmama en yakın olanı Perseus gökada kümesidir (Şekil 1). Bu devasa madde kümesinin bir parçası olan büyük sarımsı gökadalara ek olarak Öklid, 50.000 gökadanın daha ayrıntılı görüntülerini sağlıyor. Araştırmam için bu düzeyde bir ayrıntıya ihtiyacım var, ancak şu ana kadar elimde bu tür 25.000 görüntüden yalnızca 800’ü var! Bu başladı: 15 Şubat 2024’te Öklid ana araştırmasına başladı ve önümüzdeki 2200 gün boyunca gökyüzünü fotoğraflamaya devam edecek. Bu devasa miktardaki veri, önümüzdeki yıllarda gökbilimciler ve tüm dünya için bir hazine hazinesi olacak. Örneğin IC 342 gibi yakınlardaki yüzlerce gökadanın yapısını ayrıntılı olarak inceleyebiliriz (Şekil 3). Bu görüntüler geleceğin neler getireceğine dair sadece bir teaser.

Bu makale şuradan yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altındadır. Okumak orijinal makale.