Şu Gezegeni Takip Et! Astronomlar TESS Verilerindeki Yeni Dünyaları Nasıl Takip Ediyorlar

Elizabeth Landau
NASA

Pembe bir sıvı ayakkabısına sızdığında, astronom Johanna Teske kendini kötü hissetmeye başladı. Magellan II teleskopuna monte edilmiş endüstriyel büyüklükte bir buzdolabına benzeyen astronomik bir cihaz olan Planet Finder Spectrograph ile yeni gezegenler arıyordu. Ekim 2018’de bir gece, cihaza giden bir hortum patladı ve pembe soğutucunun aletin hassas parçalarına ve çevresindeki platformun üzerine dökülmesine neden oldu. Teske’nin arayış çalışmaları bozulacak mı?

Dünya Bazlı Gözlemevleri

TESS gibi uzay teleskopları tarafından bulunan tüm gezegen adayları, diğer gözlemevleri tarafından da onaylanmalıdır. Dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları, TESS verilerinden yararlanıyor, zeminden gözlemleyebilecek yıldızları seçiyor ve yeni yeryüzü adaylarını takip etmek için güçlü yer tabanlı teleskoplarda rezervasyon zamanını ayırıyorlar. Bu TESS sinyallerinin hangisinin gerçek yeni dünyalara işaret ettiğini görmek için yarış devam ediyor.

Teske, Şili’deki Las Campanas Gözlemevinde bulunan Magellan II teleskobunu güneş sistemimizin dışındaki gezegenleri veya dış gezegenleri konumlandırmak ve neyden yapıldığını bulmak için kullanılıyor. Bugüne kadar, 4.000’den fazla ötegezegen keşfedildi, ancak bilim yalnızca gökadamızda milyarlarca hatta trilyon civarı olması gerektiğini gösterdi. NASA’nın en yeni gezegen avcısı olan Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), yakındaki parlak yıldızların etrafındaki olası gezegenleri arıyor.

Dünyadaki pek çok bilim insanı ekibi şu anda TESS verilerinden yararlanıyor, yeni gezegen adaylarını takip etmek için yerden gözlemlemek için umut verici olabilecek yıldızları seçiyor ve güçlü teleskoplarda rezervasyon zamanını ayırıyor. Yarış, bu TESS sinyallerinden hangisinin bir tür hata olduğunu, hangisinin gerçek yeni dünyalara işaret ettiğini görmek üstüne devam ediyor.

California, Pasadena’daki Carnegie Rasathanelerinde NASA Hubble Doktora Sonrası Araştırmacısı olarak, Teske bu yarışa katılmak için heyecanlı. Grubu, “yarı Dünya” denilen garip gezegenleri de içerecek şekilde, Dünya yarıçapının üç katına sahip gezegenleri aramak için NASA fonu aldı. Süper Dünyaların Dünya gibi kayalık olduğu, ancak gezegenimizden biraz daha büyük olduğu düşünülmektedir. Ekim 2018’de Teske ve arkadaşları ilk kez TESS takip gözlemlerine başladı. Ancak, iki haftalık çalışma sürelerinin ortasında, en açık gecede teleskop tüpü parçalandı zarar gördü.

Tüp, Testo’nun gözlem süresinin geri kalanını kurtarmak için kısa sürede hazırlanıp düzeltilebilir mi? O ve ekibi ötegezegenler hakkında değerli verileri toplayabilirler mi?

Two astronomers are seen inside the dome of the Magellan II telescope
Astronomers Johanna Teske and Alex Ji at the Magellan II telescope in Chile. Photo credit: Cindy Hunt

Dünyadan Gezegen Avcılığı Neden Önemli?

Teske’nin Şili’deki dramatik gecesi tipik değildir, ancak yerden ötegezegen aramanın dünyevi kaygılarla nasıl karmaşıklaşabileceğini göstermektedir. Aradaki mekanik problemin yanı sıra, gökbilimciler rüzgar, yağmur, kar, bulutlar ve genel atmosferik türbülans ile de mücadele etmelidir – bunların hepsi bir gökyüzü izleme gecesini mahvedebilir. Ay da aynı zamanda zorluklar çıkartır: TESS yıldızları genellikle parlaktır ve “parlak gökyüzü” (yani, Ayın dörtte üçü tam olduğunda) sırasında gözlemlenebilir. Çok soluk yıldızlara veya diğer galaksilere bakan gökbilimciler ay ışığının az olduğu veya hiç olmadığı “karanlık zamanı” beklemeliler. Gökbilimciler sadece geceleri gözlemleyebildiklerinden, saatlerce süren karanlıkta uyumadan geceyi geçirmek zorunda kalıyorlar.

Ancak Dünya tabanlı teleskoplar, TESS ve diğer uzay teleskoplarının bulduğu gezegenlerin varlığını doğrulamak ve onlar hakkında daha fazla şey öğrenmek için bu gereklidir. TESS, görevi 2018 yılında sona eren uzay temelli gezegen avcısı Kepler gibi zamanın yıldızlarına haftalar boyu bakıp yıldızın parlaklığındaki değişimi bir kaç dakikada bir ölçüyor. Bu parlaklıktaki bir düşüş, bir gezegenin yıldızının önüne geçtiği andaki “transit” olarak adlandırılan bir olayı temsil gösterebilir. Fakat düşüş tam da başka bir yıldızdan gelebilir ya da yıldızda veya dedektör elektroniğinde meydana gelen bir başka geçici olay da olabilir.

Bilim adamları, bunu bulmak için Dünyadaki teleskoplara yönelmek zorundadır. Kepler binlerce yeni gezegen olduğunu öne süren verileri yollarken, gökbilimciler onları takip etmek için kendilerini örgütlediler. Sonuçlar, Samanyolu’ndaki yıldızlardan daha fazla gezegen bulunduğunu gösterdi.

California Teknoloji Enstitüsü Pasadena’da astronom olan David Ciardi, “Uzay aracından gelen parlaklık ölçümleri yalnızca ilk adımdır” dedi. “Gördüklerinizi netleştirmek ve netleştirmek için de özel bir yer programına ihtiyacınız var. Temel veriler olmadan, TESS’in ne gördüğünü anlayamazsınız.”

İlk onaylı gezegen Pi Mensae’nin durumunda olduğu gibi bazı durumlarda geçmiş yıllarda yıldızlardan toplanan veriler bir gezegen adayını doğrulamak için TESS’in onayını gerektiren bilgiler olabilir. Aksi halde, gökbilimciler bu yabancı dünyalar hakkında ellerinden geleni öğrenmek için taze gözlemlere ihtiyaç duyarlar.

Ayrıca, insan eli değebildiği için, yer tabanlı teleskoplar uzay gözlemevlerinden çok daha kolay bir şekilde geliştirilebilir, sabitlenebilir ve yeniden oluşturulabilir. Bazı durumlarda, yer teleskopları, yıldızların görüntülerini almak açısından uzay teleskoplarından daha yüksek çözünürlüğe sahiptir.

Hawaii Üniversitesinden Lauren Weiss “Her gezegen hakkında çok fazla sorumuz var,” diyor. “Gerçekten heyecanlandığımız çok sayıda küçük gezegen var, ancak tüm bu soruları yanıtlayabilmek için çeşitli yeni araçlar ve teknikler kullanmalıyız.”

Yer temelli takip, bugüne dek olduğundan çok daha önemlidir ve astronomlar şimdi, henüz gözlemcilere göre daha fazla hassasiyetle ötegezegen atmosferlerini inceleyecek olan NASA’nın tamamlanmakta olan James Webb Uzay Teleskobu için hazırlanıyorlar. Webb, bilindiği gibi içinde hayat bulunabilecekler de dahil olmak üzere, dış atmosferlerinde bulunan kimyasalların parmak izlerini arayacak. Ancak Webb, evren ile ilgili birçok farklı bilimsel soruyu hedefleyeceği için, zamanının yalnızca bir bölümünü ötegezegenlere bakmak için ayıracak. Astronomlar bu yüzden şu anda en umut verici hedefleri bulmaya başlaması gerekiyor, böylece Webb çalışmaya başlar başlamaz onları daha fazla keşfetmeye hazır hale getirir.

Fakat önce bilim adamlarının bu gezegenlerin gerçekten orada olduğundan emin olmaları gerekir.

A woman stands in front of three telescope domes in the background.
Astronomer Lauren Weiss W. M. Keck Observatory in Hawaii. Credit: B.J. Fulton

Dünyadaki Teleskoplar Ne Yapar?

Bir bilim insanının muhtemel bir dış gezegen hakkında bilmesi gereken ilk gerçeklerden biri: Hangi yıldızın yörüngede bir gezegeni var? Bu temel bulmaca parçası teleskop verilerinden hemen anlaşılmaz çünkü her bir astronomun gökyüzü görüşüne karşılık gelen teleskop kamerasından çıkan tek tek piksellerdir. Bu verilerde eğer iki yıldız birbirine çok yakın görünüyorsa, o veriyle hangi yıldızın bir gezegen geçişi nedeniyle ışığının azaldığı anlaşılamayabilir.

Palomar Telescope
5 metrelik Güney Kaliforniya Palomar Gözlemevideki Hale Teleskobu, Foto: Jay Thompson/NASA/JPL-Caltech 

NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi (Maryland) Greenbelt’teki gökbilimci Knicole Colon, “Dünyaya dayalı çabalar hangi yıldızın sinyal kaynağı olduğunu belirleyebilir” dedi. “Bu yüzden dünyadan yapılan gözlemler izlemenin önemli bir parçası: Ev sahibi olan hangi yıldız?”

O zaman, gezegenin kütlesini öğrenmek için ayrı bir süreç başlıyor. Hiç kimse bir gezegeni bir ölçeğe alamaz. Ancak bir gezegenin kütlesi genellikle “radyal hız metodu” veya yıldızın gezegenlerinin çekimine karşı nasıl yalpaladığına bakarak belirlenir. Şu anda, yalnızca dünyadaki teleskoplar ötegezegen radyal hız ölçümleri yapabilmektedir. Teske’nin Şili’deki Las Campanas’ta kullandığı Carnegie’nin Planet Finder Spectrograph’ı, bir gezegenin kütlesini belirleyebilecek araçlardan sadece biridir. Arizona’daki Kitt Peak Gözlemevinde NASA ile Ulusal Bilim Vakfı arasında bir işbirliği olan yaklaşan NEID spektrografı bir başkasıdır.

Bir gezegenin kütlesi, çapını gösteren boyuttan farklıdır. Bilim adamları, geçiş sırasında merkez yıldızın parlaklığının ne kadar karartıldığına bakarak çapı ölçerler.

Gezegenin büyüklüğünü ve kütlesini birleştiren bilim adamları yoğunluğunu belirleyebilirler. Bu Güneş Sistemimizdeki kaya gibi, Dünya gibi, gazlı, Jüpiter gibi, ya da bildiğimiz gezegenlere hiç benzemeyen bir şey olup olmadığının büyük bir göstergesidir.

Gökbilimciler ayrıca gezegen özelliklerini belirlemek için yıldızları iyice araştıran yeryüzü teleskoplarını kullanırlar. Bir gezegenin herhangi bir büyüklüğü veya kütle ölçümü, sadece merkez yıldızının büyüklüğü ve kütlesine göre hesaplanabilir. Eğer inceledikleri bir çift ya da çok yıldızlı sistemin parçasıysa, astronomların yakındaki diğer yıldızlardan kaynaklanan ışık fraksiyonunu belirleyemediği ve hesaplamalarını da hesaba katamadığı sürece her şeyi tamamen değiştirebilir.

Yıldız ve gezegen gözlemlerinin dikkate alınması gereken birçok farklı değişkene sahip olması, gezegensel sistemin en basit anlamını çözebilmek için dahi farklı araçlarla çalışan büyük bilim adamı gruplarının ortak çalışmasıyla olur.

Weiss, “Bu yüzden bu ekipler çok kalabalıktır” diyor. “Her birimiz gezegen hipotezinin geçerliliği ve yıldız ve gezegenin temel özellikleri ile ilgili çok özel bir soruya veya bir dizi soruya değinmek zorundayız.”

Weiss’in keşfetmesine yardım ettiği bir gezegen olan TOI-197b (ayrıca HD 221416b olarak da bilinir), uzayda ve yer gözlemevlerini kullanan insanların dev bir işbirliğinin yeni bir dünyanın resmini oluşturabilmesi açısından özellikle iyi bir örnektir. Nisan 2019’da yayınlanan ve dünyaya duyurulan çalışma, beş farklı kıtayı temsil eden 100’den fazla kişi tarafından yazılmıştır. Gökbilimciler, özelliklerini incelemek için özel yollardan dolayı yıldızın yaşı, yarıçapı ve kütlesi hakkında çok şey öğrendiler.

Weiss, “Yıldız iç basınç dalgalarından ve yıldızın içindeki yerçekimi dalgalarından bir zil gibi çalıyor” dedi. Asterosismoloji olarak adlandırılan bu dalgaların incelenmesi, bir yıldızı karakterize etmek için güçlü bir araçtır.

Weiss’ın bulunduğu Hawaii’deki Mauna Kea’daki Keck Gözlemevi dahil dünya çapında birçok gözlemevi gözlemlere katkıda bulundu. Lider yazar Dan Huber, tüm farklı veri kümelerini bir araya getirdi. Hawaii Üniversitesi’nden Ashley Chontos, hem geçiş hem de radyal hız ölçümlerini uzlaştırmak için bir model yarattı. Modellerini gözlemlerle eşleştirerek, astronomlar, farklı teleskopların hepsinde görülen tüm bu farklı sinyalleri açıklayabilecek bir gezegen görüntüsü hazırlayabildiler.

Gökbilimciler sonuçta, Dünyanın kütlesinin 63 katı olan bu gezegenin Satürn’den biraz daha yoğun olduğunu buldular. Fakat buna “sıcak Satürn” diyorlar çünkü yıldızın etrafındaki yörüngesi sadece 14 gün (buna karşın, Satürn Güneş etrafında her 29 yılda bir tur atıyor). Güneş sistemimizde buna benzer hiçbir şey yok.

Yeni Bir Gezegen ve Hatta Bir Başkası

Peki, Teske’nin Las Campanas’taki patlayan tüp olayından sonra yaptığı gezegen araştırmasında ne oldu? Yeni gezegen arayışı, onu harekete geçmeye motive etti. “Çok hızlı bir şekilde bu modda ‘nasıl düzeltebiliriz’ bölümüne girdim” diye hatırladı. “Kesinlikle büyük bir takım çalışmasıydı.”

Neyse ki, gözlemevi personeli bu sorunu birkaç saat içinde çözmeyi başardı. Teske ve meslektaşları, temizlemeyi bitirdikten ve cihazı dikkatlice kontrol ettikten sonra, o gece ötegezegenleri keşfetmeye devam ettiler ve planladıkları şekilde haftanın geri kalanında çalıştılar. Teleskobun çalışması sırasında yaklaşık iki hafta boyunca bir gecede yapılan gözlemlere rağmen, Teske daha sonra Pasadena’ya gitmedi. Washington, DC’de koştuğu bir maraton için uçağa bindi.

Bu gezide oluşturdukları gözlemleri, bilim insanlarının HD 21749 veya GJ 143 adlı bir yıldızın etrafındaki bir gezegenin kütlesini belirlemelerine yardımcı oldu. Bu sözde “alt Neptün” gezegeni, Dünya çapının yaklaşık 2.6 katı ve muhtemelen gaz, ancak herhangi bir gazdan oluşuyor fakat Güneş sistemimizdeki dev gaz kütlelerinden daha küçük.

Las Campanas gözlemlerini TESS ve Şili’deki La Silla’daki HARPS enstrümanındaki arşiv verilerinden elde edilen verilerle birleştiren astronomlar, bu ötegezegeni doğruladı ve Dünya’nın 20 katı olan kütlesini belirleyebildi.

Three people stand on an overlook with mountains beyond.
Astronomlar Johanna Teske, Diana Dragomir ve George Zhou Şili’deki Magellan II teleskopunda. Fotoğraf kredisi: Steve Shectman 

MIT’deki NASA Hubble Postdoctoral Üyesi ve Las Campanas’ta bu sistemin çalışmasını Teske ile birlikte yürüterek ilk kez yazan gözlem ekibinin bir parçası Diana Dragomir, “O gezegenin verilerine bakarken, aynı yıldızın etrafında aynı sistemde başka bir gezegenin olduğunu görüyoruz; bu gezegen Dünya büyüklüğünde” diyor. “Bu, TESS’in Dünya boyutunda gezegenleri gerçekten bulabildiğine dair güzel bir örnekti.”

Aynı gözlem çalışması sırasında Teske ve meslektaşları, TESS verilerinde onaylanan ilk gezegen Pi Mensae c’nin kütleleri üzerinde daha iyi bir yol belirlemeye yardımcı olacak bazı ölçümleri de elde ettiler. İncelenecek çok fazla veri kaldığında, yeni olacak keşifler Ekim 2018’deki aynı gözlemden olmayacak olabilir.

TESS yakın zamanda bakışlarını gökyüzünün Kuzey Yarımküresi’ne çevirdiğinden beri, Şilili teleskoplar bir sonraki veri grubunun çoğu için menzil dışında olacak. Bu Teske ve ekibine şu ana kadar yaptıklarını tekrar gözden geçirmek ve önümüzdeki iki yıl boyunca hangi TESS yıldızlarını takip etmek istediklerini bulmak için zaman kazandıracak. Amaçları, bu tür gezegenler için mümkün olduğunca kesin bir kitle oluşturarak, Süper Dünya ve alt Neptün ötegezegen toplulukları hakkında daha fazla bilgi edinmek.

At nearly 8,000 feet up, Las Campanas isn’t high enough to make Teske feel dizzy from the altitude, but high enough that she might get out of breath from walking fast. A variety of wildlife, like foxes and rabbit-like animals called viscachas, sometimes approach the dome as Teske and her collaborators explore the galaxy. She knew she wanted to be an astronomer around age 10 or 11 when she saw the movie “Contact,” based on the book by Carl Sagan, and related to the main character’s drive and curiosity. Today, observing in Chile is one of Teske’s favorite parts of her job. 

Yaklaşık 2400 metre yükseklikteki Las Campanas, Teske’nin irtifadan başını dönmesini sağlayacak kadar yüksek değil, ama hızlı yürümekten nefesi kesilebilecek kadar yüksek. Tilkiler ve viskakas adı verilen tavşan benzeri hayvanlar gibi çeşitli vahşi yaşamlar bazen kubbeye Teske ve arkadaşları galaksiyi keşfederken yaklaşıyorlar. 10 veya 11 yaşlarında Carl Sagan’ın kitabından hareketle çekilen ve ana karakterin heyecan ve merakı ile ilgili “Contact” filmini gördükten sonra bir astronom olmak istediğine karar vermiş. Bugün Şili’de gözlem yapmak Teske’nin işinin en sevdiği anlarından biri.

Teske, “Kimsenin görmediği şeyleri görmeye başlıyorum. Sessiz, sadece ben ve yıldızlar” diyor “’Büyülü’ kelimesini kullanmakta tereddüt ediyorum – ama buna benzer.”

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.