Yazı dizimizin bir önceki yazısında Dünya üzerindeki teleskopların en kritik engelinin atmosfer olduğundan bahsetmiştik. Atmosfer elektromanyetik spektrumun belirli aralığındaki dalga boylarını geçirdiğinden bütün spektrum bandında gözlem yapmak mümkün değildir. Ayrıca geçirdiği dalga boylarında yapılan gözlemlerde bulanık ve titrek bir görüntü oluşmasına sebep olmaktadır. Her ne kadar bu problem adaptif optik gibi teknolojilerle en aza indirgense de problemi hiç yaşamamak için gözlemler atmosferin dışından yapılabilir.
Elektromanyetik spektrumun atmosferden dolayı gözlenemeyen dalga boylarında hangi gök cismiyle ilgili hangi bilgilerin olduğunu ve o dalgaboyu için özel tasarlanan teleskopların yapısını inceleyelim.
Morötesi (Ultraviolet-UV) Astronomi
Görünür ışıktan daha kısa dalga boyuna dolayısıyla daha fazla enerjiye sahip olan mor ötesi ışınlar çoğunlukla genç ve sıcak yıldızların etrafındaki gaz bulutlarından yayılır. Güneş’in korona tabakası ve galaksilerin etrafındaki gazlarda yeni oluşmaya başlayan yıldızlar da mor ötesi ışınlar yayar.
1978 yılında yörüngeye gönderilen International Ultraviolet Explorer 45 cm’lik, berilyumla kaplanmış, hiperbolik birincil ayna ve yine hiperbolik ikincil aynayla Cassegrian yansıtıcı olarak tasarlanmıştır. Tüpünün içinde ayrıca iki farklı dalga boyu aralığında çalışan spektrograf cihazı bulundurur. Bu teleskop sayesinde Venüs’ün atmosferindeki sülfür monoksit ve sülfür dioksit gazlarının azaldığı saptanmış, görünür aralıkta sönük gözüken pek çok beyaz cüce ve genç anakol yıldızları ile ilgili bilgi ve görüntüler elde edilmiştir. 2003 yılında gönderilen Galaxy Evolution Explorer (GALEX) ise 50 cm’lik birincil aynayla Cassagrian yansıtıcı tasarıma sahiptir. 10 milyar yıl öncesini inceleyen bu teleskop galaksilerin nasıl oluştuğu hakkında ve hangi galakside ne kadar yıldız olduğuna dair gözlemler yapmıştır.
GALEX Uydusu
X-Işını Astronomisi
Dalga boyu morötesi ışıktan kısa olduğundan X-ışınlarının enerjisi daha fazladır. Enerjisi yüksek olan fotonları odaklamak zor olduğundan ve X-ışınları pek çok opak maddeden madde ile etkileşmeden geçebildiğinden dolayı X-ışınlarını toplamak, odaklamak ve görüntü oluşturmak için farklı teknikler kullanılır. Görünür dalga boyunda olduğu gibi ışınlar aynaya 90 dereceye yakın bir açıyla gelirse aynanın içinden geçecektir. Bunu olmasını önlemek için ışınlar aynaya 1 dereceden az bir açıyla gelecek şekilde aynalar konumlandırılır, birkaç aynadan seken ışınlar dedektöre ulaşır. Bu teleskop türüne Wolter teleskop denir.
X-ışınlarının odaklanmasını sağlayan optik konfigürasyon
Enerjisi daha yüksek olduğundan X-ışınları daha sıcak gök cisimlerinde görülür. Güneş patlamaları, Yengeç Nebulası, korona tabakası olan ve atmosferi etrafında rüzgar oluşturan yıldızlar bunlara örnek verilebilir. Ancak bu yüksek enerji seviyelerinde en çok süpernova kalıntıları, merkezlerindeki pulsarlar, kara delikler ve onların toplanma diskleri incelenir.
ROSAT uydusu, bulundurduğu dört Wolter teleskobu ve yüksek çözünürlüklü kamerasıyla 1990 yılında yörüngeye gönderilmiştir. Açıklığı 84 santimetre ve odaklayabildiği ışınların enerji aralığı 0.1 ile 2 keV arasında değişir. (eV yani elektron-Volt bir elektronun enerjisini 1 volt kadar artırmak için verilmesi gereken enerjidir. Elektronun yükü ve 1 Volt’un çarpılmasıyla elde edilen bir enerji birimidir.) Bu enerji aralığı uç morötesi denen en yüksek enerjili morötesi ışınları da kapsadığından dolayı hem X-ışını hem de uç morötesi yayınım yapan gök cisimlerinin kataloğu çıkarılmıştır. ROSAT’ın operasyonunun bittiği 1999 senesinde yine dört Wolter teleskobu bulunduran Chandra uydusu gönderilmiştir. ROSAT’ın aksine Chandra’nın odaklayabildiği fotonların enerjisi 10 keV’a kadar çıkar ve üç farklı spektrograf cihazı da bulunur. Adını Nobel ödüllü astrofizikçi Chandrasekhar’dan alan bu uydu sayesinde pek çok süpernovanın gaz bulutu görüntülenmiş, merkezlerindeki kara delik veya nötron yıldızları keşfedilmiş ve keşfedilmeye devam edilmektedir.
Chandra uydusunun ilüstrasyonu
X-ışını teleskopların geliştirilmesi için gereken şey aynaların odaklayabileceği fotonların enerjisinin yüksek olmasıdır. Bunun için Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) uydusu için yapılan aynalar diğerlerinde olduğu gibi cilalama veya tek kat kaplama yöntemiyle değil birden fazla ve farklı malzemelerle kaplanarak odaklayabileceği foton enerjisi 79 keV’a kadar yükseltilmiştir. 2012 yılında yörüngeye gönderilen uydunun amacı süpernova kalıntılarındaki radyoaktif maddeleri inceleyerek yıldız patlamalarının karakterize edilmesini sağlamak için veri toplamaktır. Ayrıca NuSTAR’ın sağladığı verilerle 2017 yılında NGC 1448 ve IC 3639 galaksilerinin merkezinde süper kütleli kara delikler keşfedilmiştir.
Yengeç Nebulası’nın pulsarının yaydığı X-ışınları
Gama Işını Astronomisi
X-ışınları için dalga boyu kısa enerjisi fazla olduğundan spektrumun diğer aralıklarındaki elektromanyetik dalgalar gibi yansıtılarak odaklanamayacağını söylemiştik. Gama ışınları X-ışınlarından daha kısa dalga boyuna dolayısıyla daha fazla enerjiye sahiptir. Gama ışınlarının dalga boyu bir atomun boyutlarıyla aynı mertebede olduğu için pek çok maddenin içinden etkileşime girmeden geçer. Bu yüzden gama ışınlarını algılamak için Compton etkisi denen fenomenden yararlanılır. Compton etkisinde bir kristale gönderilen gama ışınları kristaldeki yüklü parçacıkların saçılmasına sebep olur. Saçılan yüklü parçacıklar buna uygun bir dedektör tarafından algılanır. Algılanan yüklü parçacıktan onun saçılmasına sebep olan gama ışını hakkında dalga boyu ve hangi açıyla kristale çarptığı gibi bilgiler elde edilebilir. Böylece doğrudan algılanamayan gama ışınları dolaylı yoldan algılanmış olur.
Evrendeki gama ışını kaynakları X-ışınıyla da yayınım yapan süpernova kalıntıları, karadelikler, nötron yıldızları ve onların pulsarları gibi gök cisimleridir. Buna ek olarak galaksi dışından gama ışını patlamaları gözlemlenir. Gama ışını patlamaları, Güneş’in 10 milyar yılda yayacağı enerjiyi 10 saniyelerde yayabilecek kadar yüksek enerjili olaylardır.
Gama ışınlarını ve patlamalarını incelemek için gönderilen uydulardan Compton Gamma Ray Observatory en yüksek 30 GeV’a sahip gama ışınlarını algılayabiliyordu. Sahip olduğu görüntüleme ve spektrograf cihazları sayesinde gökyüzündeki 100 Mev’tan fazla enerjiye sahip gök cisimlerinin haritasının çıkartılmasını ve gama ışınlarını Samanyolu Galaksisi’nden daha uzak galaksilerden geldiğinin anlaşılmasını sağlamıştır. 2004 yılında gönderilen Neil Gehrels Swift Observatory ise gama ışını patlamalarını ve sonrasındaki son parıltıyı (afterglow) incelemek için özel olarak tasarlanmıştır. Gama patlamasını algılamak ve koordinatlarını belirlemek için bir teleskop ve son parıltıyı farklı dalga boylarında incelemek için X-ışınları ve morötesi-görünür aralıkta çalışan iki teleskop bulundurur. Swift uydusu evrenin genç halini yani milyar ışık yılı uzaktaki olayları inceleyerek evrenin gelişimi hakkında bilgi edinmeyi amaçlamış ve yaklaşık 12 milyar ışık yılı uzaktaki bir gama ışını patlamasını görüntülemiştir.
Compton Gamma Ray Observatory
Hubble ve James Webb Uzay Teleskopları
Dünya üzerinden görünür, kızılötesi ve radyo dalga boylarındaki ışınlar gözlenebilir olsa da atmosferin yarattığı etkilerden kaçınmak için bu dalga boyu aralığında çalışan uydu teleskoplar da yapılmıştır. Bunların en meşhuru Hubble Uzay Teleskobu (HST) 1990 yılında yörüngeye gönderilmiştir ve halen yörüngede dolanarak gözlem yapmaya devam etmektedir.
2.4 metre çapındaki birincil hiperbolik aynası ve ikincil hiperbolik aynasıyla Cassegrian yansıtıcı tasarıma sahiptir. Bu aynaların sadece görünür değil belli bir seviyeye kadar morötesi ve kızılötesi ışınları da yansıtması gerektiğinden yapım aşaması oldukça zorlu geçmiştir. Bu zorlu süreç sonucunda birincil aynadaki bir üretim probleminden dolayı oluşan görüntüler küresel aberasyona maruz kalmış, Hubble en başta beklenen çözünürlük ve görüntü kalitesine ulaşamamıştır. Bu durumu düzeltmek için bir ekip astronot yörüngedeki teleskoba ulaşarak aynadaki problem gidermişlerdir. Hubble sayesinde evrenin yaşı tayin edilmiş, evrenin genişlemesinin ivmeli olabileceği öne sürülmüş, süpernova kalıntılarının merkezindeki kara delikler, Jüpiter’in uydusu olan Ganymede’in okyanusu olduğu keşfedilmiştir. Saymakla bitmeyecek olan Hubble sayesinde yapılan keşifler bir yana gök cisimlerinin uzaydan çekilmiş büyüleyici fotoğraflarının büyük çoğunluğu Hubble tarafından çekilmiştir. Hubble’ın halefi olacak James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ise altıgen aynaların birleştirilmesiyle 6.5 metrelik ayna çapına sahip olacaktır. Dünya üzerindeki teleskoplarda kullanılan aktif optik yöntemi bu teleskopta da kullanılarak çevresel etkiler minimize edilmesi amaçlanmıştır. Uzaya gönderilmesi en son 2021’e ertelenen uydunun evren ile ilgili bildiklerimize neler katacağı merakla beklenmektedir.
Hubble Uzay Teleskobu (HST)
HST ile çekilen Satürn görüntüsü 
HST ile çekilen Deniz Kulağı Bulutsusu görüntüsü
Hazırlayan: Eylül Nihan Kamun
İTÜ Astronomi Kulübü Üyesi
Kaynaklar:
- science.nasa.gov
- encyclopedia.com
- imagine.gsfc.nasa.gov
- spacetelescope.org
- wikipedia.org