Galaksimiz Samanyolu’nda 100 milyardan fazla yıldız var. 2012 yılında yapılan bir çalışmaysa bu yıldızların her birinin etrafındaki ötegezegen sayısının en az 1.6 olduğunu ortaya çıkarmıştı. Bu da sadece galaksimizdeki yani güneş sistemi dışındaki gezegen sayısının en az 160 milyar civarında olması gerektiğini gösteriyor.¹ Ancak sorun, bu gezegenleri tespit edip, doğrulamak.

Bugüne dek yapılan birçok farklı misyon ve uzaya gönderilen uzay teleskopları yardımıyla 5.000 kadar ötegezegen tespit edildi.² 7.000’in üzerinde güneş sistemi dışındaki gezegen adayı ise doğrulanmayı bekliyor. Tüm bu gezegenleri tespit edip, gezegenlerin kütle, çap ve atmosferleri gibi bilgileri edinmek için çok farklı yöntemler kullanılıyor.

Daha önceki yazılarımızda ötegezegenlerin transit ve radyal hızdaki değişim yöntemleriyle nasıl keşfedildiğini anlatmıştık. Anlattığımız bu iki yöntem ile bugüne dek binlerce ötegezegen keşfedilmiş olsa da bu yöntemlerin en önemli dezavantajları “dolaylı gözlem teknikleri” olmaları... Yani bu yöntemlerle keşfettiğimiz ötegezegenleri “doğrudan göremiyor”, ya da fotoğraflarını çekemiyoruz. Bu nedenle bu yazımızda doğrudan görüntüleme yöntemini NASA’nın Starshade projesiyle birlikte ele alacağız. 

Güneş Sistemi Dışındaki Gezegenleri "Doğrudan" Gözlemlemek Neden Zor?

Başka yıldızların etrafında dolanan gezegenlerin ışıma güçlerinin yıldızlarına oranla oldukça düşük oluşu, onları doğrudan gözlemlemeyi de çoğu zaman imkansız hâle getiriyor. Bu da güneş sistemi dışındaki gezegen keşifleri sırasında doğrudan gözlem tekniklerinden daha çok dolaylı gözlem tekniklerini elverişli bir duruma getiriyor. Çünkü dolaylı gözlem tekniklerinde gezegenleri görmeye ihtiyaç bile duymadan keşfedebiliyor ve bununla beraber kütlelerini, çaplarını bile ölçebiliyoruz. Örneğin transit yönteminde bir yıldızın önünden geçiş yapan bir gezegenin, yıldızın parlaklığını hangi oranda düşürdüğüne bağlı olarak çapını ölçebiliyoruz. Ya da radyal hızdaki değişim yönteminde bir gezegen ne kadar yüksek kütleliyse yıldızın daha fazla yalpalama hareketi yapmasına yol açıyor ve kütlesini hesaplayabiliyoruz.

Gelgelelim transit yöntemiyle bir gezegen, yıldızının önünden henüz geçmediyse o gezegeni keşfedemiyoruz. Ya da yıldızına uzak mesafede seyreden bir gezegen, bir tam turunu yakındaki bir gezegene göre çok daha uzun bir sürede tamamlayacağından, yıldızına uzak yörüngelerde dolanan gezegenleri de bulamıyoruz. Oysa, yıldızın etrafının fotoğrafını çekebiliyor olsaydık, gezegenin yıldızın önüne geçmesini beklememize gerek kalmadan keşfedebilirdik. Üstelik bu gezegen yıldızına çok uzak mesafelerde olsaydı bile bu onu keşfetmemize engel olmazdı. Peki buradaki sorun tam olarak ne? Bu noktada milyonlarca ışık yılı uzaklıklardaki gök cisimlerini fotoğraflayabilen teleskopların, yalnızca birkaç yüz ışık yılı uzaktaki bu gezegenleri bulmasının neden bu kadar zor olduğunu sorgulayabilirsiniz. 

Aslında burada bizi ilginç bir paradoks karşılıyor. Teleskopları, soluk cisimlerdeki ışığı mümkün olduğu kadar fazla toplayıp, parlak biçimde gösterebilmesi amacıyla inşa ediyoruz. Ancak yıldızların etrafındaki gezegenlere bakmaya çalıştığımızda teleskop, yıldızın ışığını da topladığı için asıl görmek istediğimiz objeyi, yani gezegeni kaybetmiş oluyoruz. O halde bu yıldızın ışığını kısmanın bir yolunu mutlaka bulmamız lazım.

Koronagraf Yardımıyla Yıldız Işığını Azaltmak

Günlük hayattaki deneyimlerimizden bir düşünelim; Güneş’e doğru baktığımızda Güneş gözümüzü alır ve bu etkiyi minimize etmek adına bazı basit yöntemler kullanırız. Güneş gözlüğü bunun için iyi bir çözümdür. Ancak elimizde Güneş gözlüğü yoksa, Güneş’in olduğu kısmı elimizle kapatarak Güneş’in çevresini daha rahat görebiliriz. İşte doğrudan görüntüleme tekniği³ dediğimiz keşif yönteminde yapılan şey de aslında tam olarak bu. Uzay teleskopları ya da Dünya üzerindeki teleskoplara entegre edilen koronagraf cihazları, yıldızın olduğu bölgedeki ışığı kapatarak, etrafındaki gezegenleri görmemize imkân tanıyor. Bu yöntemle bugüne kadar 54 adet güneş sistemi dışındaki gezegen (ötegezegen) keşfedildi bile.

Örneğin aşağıdaki videoda 129 ışık yılı uzaklıktaki HR 8799 yıldızının etrafında dönen 4 adet gezegeni ve 7 yıl boyunca yaptıkları hareketi doğrudan biçimde gözlemleyebiliyoruz. Ortada gördüğümüz siyah kısım, teleskoptaki koronagraf cihazının yıldızın ışığını kapattığı bölgeyi gösteriyor. Böylece etraftaki gezegenler açığa çıkıyor.

Burada gördüğümüz gezegenlerin tümü Jüpiter’den daha yüksek kütleli gezegenler olan ve Süper-Jüpiter sınıfına giren gök cisimleri... Ancak fark edebileceğiniz üzere gezegenlerin yıldızın etrafındaki bir tam turunu göremiyoruz. Çünkü yıldızına en yakın gezegen bile bir tam turunu yaklaşık 40 yılda tamamlıyor. En uzaktaki gezegenin bir tam turunu tamamlaması için ise 400 yıldan daha uzun bir süre gerekecek. Yani bu gezegenleri transit yöntemiyle keşfetmek isteseydik, gezegenlerin yıldızın önünden geçiş yapmasını beklememiz gerekeceği için yüzlerce yıl boyunca gözlem yapmamız gerekebilirdi!

Bu yüzden doğrudan görüntüleme yönteminin gücü burada daha belirgin bir hâle geliyor. Ayrıca bu yöntem ile yıldızların etrafındaki gaz ve tozlardan oluşan gezegen oluşum disklerini de doğrudan biçimde görebildiğimiz için, elde edilen veriler gezegenlerin nasıl oluştuğu hakkında da veriler sunuyor. Dahası, aslında henüz oluşum aşamasında olan gezegenleri bile görmemizi sağlıyor.

Örneğin bizden 63 ışık yılı uzaklıkta olan Beta Pictoris yıldızının etrafında dönen Beta Pictoris b ötegezegeni gözlemlenirken, bu yıldızın etrafında gezegenlerin oluştuğu çöküntü çemberi de detaylı biçimde incelenebilmişti. Bu oldukça önemli bir gözlem çünkü Beta Pictoris, yaklaşık 20 milyon yaşında olduğu için genç olarak niteleyebileceğimiz bir yıldız. Etrafındaki gaz ve toz yapısında ise kuyrukluyıldızlar, asteroitler ve yeni gezegenler oluşmaya devam ediyor. Bu yüzden doğrudan görüntüleme yöntemi zaman zaman, genç yıldızların etrafındaki sistemlerin henüz oluşum aşamasında hangi evrelerden geçtiğini ve gezegenlerin nasıl oluştuğunu izleme fırsatı tanıyor.

Starshade Projesi

Doğrudan görüntüleme yöntemi ile elde edilen görüntülerin önemli kısmının uzay teleskoplarından değil, Dünya üzerindeki gözlemevlerinden alındığını belirtmek gerekiyor. Ancak bu tür fotoğrafları uzay teleskoplarındaki güçlü ekipmanları kullanarak çekebilirsek, elimizde ötegezegenlerin çok daha net ve yüksek çözünürlüklü fotoğrafları olabilir. NASA bunu gerçekleştirebilmek için şu an Starshade⁴ ya da Türkçeye "Yıldız Gölgeliği" olarak çevirebileceğimiz bir proje üzerinde çalışıyor. Projeye göre uzay teleskobunun içerisine yerleştirilen dev yapı, uzayda teleskoptan ayrıldıktan sonra gölgeliklerini açıp genişliyor. Ardından Starshade dönerek teleskoptan 50.000 kilometre kadar uzağa gidiyor. Yıldızın tam olarak önüne geçen bu yapı, böylece bir gölgelik ya da güneş gözlüğü görevi görerek, gezegenleri tespit etmemizi kolaylaştırıyor. 

NASA'nın Starshade projesi gelecekte bir gün gerçekleştirilebilirse bu projeden elde edilecek veriler evrendeki konumumuza ilişkin bakış açımızı tamamen değiştirebilir. Çünkü transit ve radyal hızdaki değişim yöntemleri genellikle yıldızına çok yakın ve çok sıcak ötegezegenleri keşfetmemizi sağlıyor. Bu durum da aslında bu gezegenlerdeki yaşam ihtimalini çoğu zaman düşürüyor. Ancak doğrudan görüntüleme yöntemiyle yıldızına çok yakın olmayan gezegenleri de tespit edebiliriz. Böylece projeden elde edilen veriler insanlığın yüzyıllardır sorduğu, en büyük sorulardan olan evrende yalnız mıyız sorusuna bilimsel bir cevap olarak geri dönebilir.

Gelecekte Starshade ile entegre biçimde çalışan Terrascope gibi daha büyük teleskoplar inşa ederek güneş sistemi dışındaki gezegenleri de daha detaylı biçimde gözlemlemeye de başlayabiliriz.

Kemal Cihat Toprakçı

Kaynaklar ve Referanslar:

1. One or more bound planets per Milky Way star from microlensing observations: https://www.nature.com/articles/nature10684
2. Exoplanet and Candidate Statistics: https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/docs/counts_detail.html
3. Exoplanets Direct Imaging: https://roman.gsfc.nasa.gov/exoplanets_direct_imaging.html
4. Starshade Technology Development: https://exoplanets.nasa.gov/exep/technology/starshade/