Evreni Görme Şeklimizi Değiştiren İki Dev

NASA, 2022 yılının Temmuz ayında James Webb Uzay Teleskobu'nun (JWST) çektiği ilk tam renkli görüntüleri yayınladığında, en deneyimli bilim insanları bile gördükleri karşısında büyülendi. Özellikle Dünya'dan 7.500 ışık yılı uzaklıktaki bir yıldız oluşum bölgesi olan Carina Nebulası'nın kızıılötesi ışıkla çekilmiş o inanılmaz derecede ayrıntılı fotoğrafı, bir dönüm noktasıydı. JWST misyonunun baş araştırmacılarından René Doyon, o anı "Bilim insanıyız... ama o fotoğrafı gördüğümde kendimi bir sanat galerisine girmiş gibi hissettim. Bu bir sanat eseri," sözleriyle özetlemişti.

Webb'in bu olağanüstü başarısı tesadüf değildi. Bu başarı, 1990 yılında fırlatılan ve evren anlayışımızı baştan yazan Hubble Uzay Teleskobu'nun mirası üzerine inşa edildi. Hubble bize uzak galaksilerin ilk derin alan görüntülerini sundu, süpernovaların ve nebulaların akılalmaz fotoğraflarını çekti, evrenin yaşını ve kozmik genişleme hızını belirlememize yardımcı oldu. Bugün hala görüntüleri ders kitaplarını ve manşetleri süslüyor.

Ancak Webb, Hubble'ın yerini alması için değil; onun göremediklerini görmesi için tasarlandı. Hubble öncelikle görünür ve ultraviyole (morötesi) ışığa bakarken, Webb kızıılötesi (infrared) ışıkta uzmanlaşmıştır. Bu sayede Webb, kozmik toz bulutlarının arkasını görebilir ve evrenin ilk dönemlerindeki galaksilerden gelen soluk sinyalleri yakalayabilir.

Eğer Hubble uzağa bakmamızı sağlıyorsa, Webb derine ve geçmişe bakmamızı sağlar.

Temel Farklar: Neden Aynı Değiller?

Hubble ve Webb, evren hakkındaki farklı sorulara cevap vermek için tamamen farklı teknolojilerle donatıldı.

1. Yörünge: Ulaşılabilir ve Ulaşılamaz

En temel farklardan biri teleskopların konumlarıdır:

• Hubble: Dünya'nın yörüngesinde, yaklaşık 515 kilometre (320 mil) yükseklikte döner. Bu "Alçak Dünya Yörüngesi" (LEO), astronotların uzay mekikleriyle teleskoba ulaşıp onarım yapmasına olanak tanımıştır. Nitekim 1990'daki fırlatılışından sonra tespit edilen "bulanık görme" sorunu, 1993'teki bir servis göreviyle düzeltilmiştir.
• Webb: Dünya'dan çok daha uzakta, yaklaşık 1.5 milyon kilometre (1 milyon mil) mesafede, Lagrange 2 (L2) noktası adı verilen özel bir konumda Güneş'in yörüngesinde döner. Bu nokta, Güneş, Dünya ve Ay'ın oluşturduğu yerçekimi kuvvetlerinin dengelendiği özel bir "park" noktasıdır. Buradan evrenin engelsiz bir görüntüsünü alabilir, ancak bu mesafe aynı zamanda herhangi bir onarım görevinin imkansız olduğu anlamına gelir. Webb fırlatıldığında "kusursuz" çalışmak zorundaydı.

2. Gördükleri Işık: Görünür vs. Kızıılötesi

Bu, iki teleskop arasındaki en önemli bilimsel farktır:

• Hubble: İnsan gözünün görebildiği görünür ışık spektrumunda ve bir miktar ultraviyole (UV) ile yakın-kızıılötesi (near-infrared) aralıkta gözlem yapar.
• Webb: Öncelikle kızıılötesi (infrared) ışığı görmek için optimize edilmiştir.

Peki, kızıılötesi ışığı görmek neden bu kadar önemli? İki ana nedenden dolayı:

1. Kozmik Tozun Arkasını Görmek: Yıldızların ve gezegenlerin doğduğu devasa gaz ve toz bulutları (nebulalar), görünür ışığı engeller. Hubble bu bulutların sadece dışını görebilirken, Webb'in kızıılötesi görüşü bu tozun "arkasını" delip geçerek içindeki bebek yıldızları inceleyebilir.
2. Zamanın Başlangıcına Bakmak (Redshift - Kızıla Kayma): Evren sürekli genişlemektedir. Büyük Patlama'dan kısa süre sonra oluşan ilk galaksilerden yola çıkan ışık, milyarlarca yıllık yolculuğu sırasında evrenin genişlemesiyle birlikte "esner". Bu esneme, ışığın dalga boyunu uzatır ve onu görünür ışıktan kızıılötesi ışığa kaydırır (buna "kızıla kayma" denir). Hubble bu ilk, aşırı kızıla kaymış galaksileri göremez. Webb ise tam olarak bu soluk, kızıılötesi sinyalleri yakalamak için tasarlanmıştır.

Teknolojik Karşılaştırma: Aynalar ve Kalkanlar

Bu farklı görevler, teleskopların tasarımlarına da yansımıştır.

• Ayna Boyutu:
  • Hubble'ın ana aynası 2.4 metre (yaklaşık 8 feet) çapındadır.
  • Webb'in ana aynası ise 6.5 metre (yaklaşık 21 feet) devasa bir yapıdadır. Bu ayna, bir roketin içine sığabilmek için katlanabilir 18 adet altıgen, altın kaplama berilyum segmentten oluşur. Daha büyük ayna, daha fazla ışık toplamak ve böylece çok daha soluk ve uzak nesneleri görmek anlamına gelir.
• Güneş Kalkanı:
  • Webb, kızıılötesi ışığı (yani ısıyı) tespit etmek için tasarlanmıştır. Kendi ekipmanının veya Güneş/Dünya'nın ısısının, gözlemlediği soluk kozmik ısı sinyallerini bozmasını önlemek için aşırı derecede soğuk (-223°C) kalması gerekir.
  • Bunu başarmak için Webb, bir tenis kortu büyüklüğünde, beş katmanlı devasa bir güneş kalkanının arkasına gizlenir. Hubble'ın böyle bir kalkanı yoktur.
• Optik Tasarım:
  • Hubble, iki aynalı bir Ritchey-Chrétien tasarımı kullanır.
  • Webb ise üç aynalı bir anastigmat tasarımı kullanarak en uzak noktalardan gelen ışığı bile benzeri görülmemiş bir ayrıntıyla yakalayabilir.

Birlikte Daha Güçlüler

Webb, Hubble'ın yerini almak için değil, onun bıraktığı yerden devam etmek için tasarlandı. Bugün iki teleskop, aynı kozmik hikayenin farklı versiyonlarını anlatmak için bazen birlikte çalışıyor.

Hubble bir galaksinin yıldızlarını ve yapısını görünür ışıkta gösterirken, Webb aynı galaksinin içindeki toz bulutlarının arkasında gizlenen yeni doğmuş yıldızları kızıılötesi ile ortaya çıkarabilir.

Hubble $0.1$ ila $2.5$ mikron dalga boyları için tasarlanmışken, Webb $0.6$ ila $28.5$ mikron aralığını kapsar. Bu da Webb'i, ötegezegenlerin atmosferlerini analiz etmek, Hubble'ın göremeyeceği kadar soğuk olan kahverengi cüceleri ve Hubble'ın algılayabileceğinden dokuz kat daha soluk olan galaksileri tespit etmek için çok daha üstün bir araç haline getirir.

Sırada Ne Var?

Bu miras, yakında fırlatılması planlanan Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu gibi yeni gözlemevleriyle devam edecek. 2027'de fırlatılması planlanan bu teleskopun, Hubble'ınkinden 100 kat daha geniş bir görüş alanına sahip olması ve karanlık enerji ile ötegezegenler hakkındaki sorulara odaklanması bekleniyor.

İronik bir şekilde, ışık kirliliği nedeniyle kendi galaksimiz Samanyolu'nu bile zar zor görebildiğimiz bir çağda, insanlık bu mühendislik harikaları sayesinde evrenin en derin sırlarına her zamankinden daha net bir şekilde bakıyor.