Kozmostaki birinci yıldızları ‘görmek’ için yeni bir yol geliştirildi

Cambridge Üniversitesi

Cambridge Üniversitesi öncülüğündeki araştırmacılar, Büyük Patlama’dan yaklaşık 378 bin yıl sonra kozmosu kaplayan hidrojen bulutları aracılığıyla, oluşan birinci yıldızları gözlemlemelerini ve incelemelerini sağlayacak bir sistem geliştirdiler. Birinci yıldızların ve galaksilerin oluşumunu gözlemlemek, cihanın Büyük Patlama’dan sonraki boşluktan 13.8 milyar yıl sonra şu anda gözlemlediğimiz karmaşık gök cisimleri alemine dönüşecek biçimde nasıl evrimleştiğini açıklamaya yardımcı olacağı için, on yıllardan beridir gökbilimcilerin amacıydı. 2020’lerin sonuna dek tamamlanması hedeflenen yeni kuşak bir teleskop olan Kilometrekare Müşahede Dizisi, muhtemelen kozmostaki en eski ışığın imgelerini yakalayabilecek; ama mevcut teleskoplar açısından asıl zorluk, kalın hidrojen bulutlarını aşarak yıldızların kozmolojik sinyallerini saptayabilmek.

YENİ USUL NASIL İŞLİYOR?

Gökbilimcilerin tespit etmeyi amaçladıkları sinyalin, örneğin kendi galaksimizden yayınlanan radyo sinyalleri üzere gökyüzünden gelen öbür radyo sinyallerinden yaklaşık yüz bin kat daha zayıf olması bekleniyor. Bir radyo teleskobunun kullanılması, aranan kozmolojik sinyali büsbütün gizleyebilecek biçimde, alınan sinyalde bozulmalara neden olur. Bu durum, çağdaş radyo kozmolojisinde çok gözlemsel bir zahmet olarak görülür. Buna misal araçların yol açtığı bozulmalar, çoğunlukla bunun üzere gözlemlerde en büyük zahmet olarak itham edilir.

Şimdi Cambridge liderliğindeki bir araştırma takımı, radyo teleskobunun yol açtığı bozulmaların ziyanlı tesirlerini bertaraf ederek, ilkel bulutları ve başka gürültülü gökyüzü sinyallerini görmek için bir metodoloji meydana getirdi. REACH (Kozmik Hidrojen Tahlili için Radyo Deneyi) deneyinin bir modülünü oluşturan metodolojileri, gökbilimcilerin en eski yıldızları hidrojen bulutlarıyla etkileşimleri aracılığıyla gözlemlemelerine ve tıpkı halde sisler içindeki gölgelere bakarak bir görünüm resmi oluşturmalarına imkân tanıyacak. Geliştirdikleri metot, cihanın gelişim sürecindeki şimdi keşfedilmemiş bu kilit vakte bakan radyo teleskoplarının sürdürdüğü müşahedelerin kalite ve güvenilirliğini artıracak. REACH’in birinci müşahedelerini bu yıl içinde gerçekleştirmesi bekleniyor.

SONSUZ BOŞLUKTA IŞIK ARAMAK

Makalenin başyazarı olan ve Cambridge Üniversitesi’ne bağlı Cavendish Laboratuvarı’nda misyonunu sürdüren Dr. Eloy de Lera Acedo, “İlk yıldızların ortaya çıktığı periyotta, cihan genelde boştu ve çoğunlukla hidrojen ve helyumdan oluşuyordu” diyor: “Elementler, kütleçekimi sebebiyle nihayet bir ortaya geldi ve birinci yıldızları oluşturacak bir nükleer füzyon için hakikat şartlar oluştu. Buna rağmen, ışığı hakikaten sıkı sıkıya emen ve ‘nötr hidrojen’ ismi verilen bulutlarla çevriliydiler; hâl böyleyken, bulutların ardındaki ışığı direkt tespit etmek ya da gözlemlemek çok güç.”

2018 yılında, ‘Küresel Tekrar İyonlaşma İmzasını Tespit Etme Deneyi’, kısaca EDGES’i gerçekleştiren öbür bir araştırma kümesi, bu birinci ışığın muhtemelen tespit edildiğine işaret eden bir sonuç yayınladı ama gökbilimciler sonucu tekrarlayamadılar ve bu durum, ulaşılan orjinal sonucun kullanılan teleskobun neden olduğu parazitten kaynaklanmış olabileceğine inanmalarına yol açtı.

Acedo, “Orijinal sonuç, kainatın şu anki anlayışımızın imkân tanıdığından çok daha soğuk olması gereken hidrojen gazının sıcaklığı yüzünden, bunu açıklamak için yeni bir fizik anlayışı gerektirecektir. Buna bir alternatif olarak, art plan radyasyonunun açıklanamayan daha yüksek sıcaklığı -tipik olarak, yeterli bilinen Kozmik Mikrodalga Art Planı olduğu varsayılır- bunun sebebi olabilir” diyor: “Daha evvelki deneyde bulunan sinyalin sahiden de birinci yıldızlardan geldiğini teyit edebilseydik, sonuçlar devasa olurdu.”

KOZMİK ŞAFAK GÖRÜLEBİLECEK Mİ?

Gökbilimciler, kainatın gelişimindeki ekseriyetle ‘Kozmik Şafak’ diye isimlendirilen bu devri incelemek için, erken cihandaki hidrojenden geriye kalan elektromanyetik bir radyasyon imzası olan 21 santimetrelik çizgiyi incelerler. Hidrojenden kalan radyasyon ile hidrojen sisinin gerisindeki radyasyon ortasındaki kontrastı gösteren bir radyo sinyali bulmaya çalışırlar.

De Lera Acedo ve meslektaşlarınca geliştirilen metodoloji, teleskoptan gelen parazit ve gökyüzünden gelen genel gürültü şartlarında kozmolojik bir sinyali tespit etmek için Bayes istatistiklerini kullanıyor ve bu sayede sinyaller ayrıştırılabilir. Bunu gerçekleştirmek için, farklı alanlardan en son teknik ve teknolojilere muhtaçlık duydular.

Araştırmacılar, birden fazla antenin yanı sıra gerçek bir müşahedesi taklit etmek gayesiyle simülasyonlar kullandılar ve bu metot dataların güvenilirliğini artırdı; buna rağmen, daha eski müşahedeler sadece bir antene dayanıyordu. De Lera Acedo, “Kullandığımız sistem, birden fazla antenden ve muadil akım aygıtları sayesinde daha geniş bir frekans aralığından gelen bilgileri ortaklaşa biçimde tahlil ediyor. Bu yaklaşım bize Bayes bilgi tahlilimiz için gereken bilgileri sağlayacaktır” diyor: “Özünde, alışılmış tasarım stratejilerini bir kenara bıraktık ve bundan fazla bilgileri tahlil etmeyi planladığımız duruma uygun bir teleskop tasarlamaya yoğunlaştık; kısaca, aykırı tasarım yapmak üzere bir şey. Bu, Kozmik Şafak’ta ve kainattaki hidrojenin yine iyonize olduğu ‘reiyonizasyon çağı’na kadar gerçekleşen şeyleri ölçmemize yardımcı olabilir.”

Teleskopun inşası, şu anda Güney Afrika’da bulunan Karoo radyo alanında, gökyüzünde radyo müşahedeleri yapmak için harika şartlara sahip olduğu için seçilen bir yerde tamamlanıyor. Televizyon ve FM radyo sinyalleri üzere insan imali radyo frekansı parazitlerinden uzak bir bölgede bulunuyor.

EKSİK KESİME YANLIŞSIZ BİR ADIM DAHA

Otuzdan fazla araştırmacının meydana getirdiği REACH grubu, teorik ve gözlemsel kozmoloji, anten tasarımı, radyo frekansı araç inşası, sayısal modelleme, dijital sürece, büyük data ve Bayes istatistikleri üzere alanlardan uzmanları barındıran çok disiplinli ve dünya çaplı bir oluşum. REACH, Güney Afrika’daki Stellenbosch Üniversitesi tarafından yönetim ediliyor. Güney Afrika’da bulunan Stellenbosch Üniversitesi’nde yürütülen projenin ortak önderi Profesör de Villiers şunları aktarıyor: “Bu araç için kullanılan anten teknolojisi ziyadesiyle kolay olmasına rağmen, şiddetli ve uzak dağıtım ortamı ve üretimde gereken sıkı toleranslar, üzerinde çalışmak için ziyadesiyle güç bir proje haline getiriyor. Sistemin ne kadar âlâ performans sergileyeceğini görmek konusunda son derece heyecanlıyız ve bu güç tespiti yapacağımıza inancımız tam.”

Kozmik Mikrodalga Arkaplan (SPK) radyasyonu çalışmaları sayesinde, Büyük Patlama ve kozmosun en erken vakitleri âlâ anlaşılmış periyotlardır. Daha da düzgün anlaşılan alan, yıldızların ve öteki gök cisimlerinin geç ve yaygın evrimidir. Buna rağmen, cihandaki birinci ışığın oluşma anı, cihan tarihiyle ilgili bilmecede temel bir eksik kesimdir.


Yazının özgünü Science Daily sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)

Yorum yapın