25 Aralık 2021 tarihinde uzaya gönderilen James Webb Uzay Teleskobu'nun inşa aşamasından fırlatılma anına kadar hepimiz, bu teleskobun astronomide çığır açacağını biliyorduk. 12 Temmuz 2022 tarihinde James Webb Uzay Teleskobu'ndan gelen ilk görüntülerle beraber ise tüm insanlık olarak gök biliminde yeni bir dönemin başladığına resmi olarak şahit olduk. Peki bu görüntüler neden bu kadar önemli ve bize evren hakkında bilmediğimiz neleri söylüyor?

Webb’in ilk gözlemleri, bir ötegezegenden erken evrendeki en uzak gözlemlenebilir galaksilere kadar uzanıyor. Gözlenecek uzay nesneleri NASA, ESA, CSA ve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü'nden bir grup temsilci tarafından seçilmişti. Seçilen nesneler rastgele olmaktan ziyade Webb’ in en gelişmiş bilimsel araçlarının dördünün de yeteneklerini ortaya koyuyor.

SMACS 0723 Galaksi Kümesi

Paylaşılan ilk görüntülerden biri SMACS 0723 galaksi kümesi oldu. Bu görüntü, bugüne kadar evrenin en derin ve en yüksek çözünürlüklü kızılötesi görüntüsü. Bu nedenle de James Webb tarafından elde edilen ilk derin alan fotoğrafı olarak adlandırılmakta. Peki Webb tarafından gözlemlenen SMACS 0723’ün bu görüntüsünü bu kadar "derin" ve özel kılan ne?

Aslında en önemli kısım, fotoğraftaki ayrıntılarda gizleniyor. Genel itibariyle bakıldığında görüntünün sadece etrafa yayılmış galaksilerden ve parlak yıldızlardan oluştuğunu söyleyebilirsiniz. Ancak görülen bu galaksilerden bazıları evrenin ilk zamanlarında oluşmuş en erken galaksiler.

Fotoğrafta SMACS 0723 galaksi kümesini görmekle beraber, kümenin arkasında bulunan ve aslında oldukça uzak ve soluk olan diğer galaksi popülasyonlarını da görmekteyiz. 4.6 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan bu galaksi kümesi kütleçekimsel merceklenme sayesinde evrenin ilk zamanlarında oluşmuş galaksileri görmemize olanak sağlıyor.

Kütleçekimsel Merceklenme Etkisi

Galaksi, galaksi kümesi veya karadelik gibi büyük kütleli cisimler kütleleri dolayısıyla kendilerine göre arka planda olan yıldız ya da kuasar gibi cisimlerin ışığını saptırır. Bu olaya kütleçekimsel merceklenme denir. SMACS 0723 galaksi kümesinin yaptığı da tam olarak bu. Küme öylesine büyük bir kütleye sahip ki arkasında bulunan galaksilerin ışıkları, takip ettikleri yolda düz bir doğrultuda devam edemiyor. Görüntüde Webb'in NIRCam (yakın kızılötesi kamera) ekipmanının bu uzak galaksileri keskin bir odak noktasına getirdiğini görebiliyoruz.

Öyleyse ilk olarak görüntüdeki merceklenmeden sorumlu olan galaksilere odaklanalım: yani görüntünün merkezindeki parlak beyaz eliptik galaksiye ve görüntü boyunca daha küçük olan beyaz galaksilere... Bu galaksiler kütle çekimi ile birbirine bağlı olarak arkalarında çok uzaklarda olan galaksilerin ışığını büküyorlar. Tabi burada ışığı bükenin yalnızca galaksilerin kütlesi olmadığını belirtmekte yarar var; aynı zamanda galaksiler ile karanlık maddenin de birleşik kütlesi adeta kozmik bir teleskop görevi görerek galaksilerin büyütülmüş ve bükülmüş görüntülerini yaratıyor.

Yukarıda kütleçekimsel merceklenme nedeniyle aynı galaksinin iki parçaya bölündüğünü görüyoruz. Webb'in yakaladığı bu görüntü, kenarlardaki turuncu yıldız kümeleriyle birlikte galaksilerin yıldızlarla dolu parlak çekirdeklerini de tamamen ortaya çıkarıyor. Şimdiyse aynı görüntüye Webb’in MIRI (orta kızıl öte) ekipmanıyla bir bakalım:

Eğer görüntüdeki mavi nesnelerin etrafında sivri ve dikenli altıgenler yoksa anlıyoruz ki o bir galaksidir. Bu galaksiler yıldız içerir ancak galakside az miktarda toz vardır. Bu da galakside bulunan yıldızların daha yaşlı olduğu anlamına gelir çünkü yeni yıldız oluşturmak için yoğunlaşacak daha az gaz ve toz vardır.

Alandaki kırmızı nesnelerse kalın toz katmanları ile kaplanmıştır ve uzak galaksiler olabilir. Ancak yıldız olma ihtimalleri de vardır. Dolayısıyla orta kızılötesi görüntüdeki her bir nesneyi net biçimde tanımlamak için objelerin tayf (ışık) analizlerinin yapılması gerekir.

Kütleçekimsel merceklenme sebebiyle bükülen galaksiler, NIRCam ile alınan görüntüde turuncu gözükürken MIRI ile alınan görüntüde ise mavi gözükmektedir. Yeşil gözüken galaksiler ise hidrokarbon ve diğer kimyasal bileşenleri barındıran galaksilerdir. Tüm bunlar Webb’in bize verdiği bilgilerden sadece birkaçı. Webb’in sağladığı bu verilerle bilim insanları, galaksilerin nasıl oluştuğunu, evrildiğini, birbirleriyle nasıl birleştiğini ve bazı durumlarda neden tamamen yıldız oluşturmayı bıraktıklarını anlayabilecekler.

WASP-96 b Ötegezegeni

Sıradaki görüntü diğerlerinin aksine somut bir fotoğraftan ziyade, Güneş sistemi dışında bir gezegene ait olan ve gezegen hakkında inanılmaz bilgiler veren bir ışık spektrumu; yani WASP-96 b’nin tayfını içeriyor.

WASP-96 b, Güneş benzeri bir yıldızın etrafında dolanan ve yaklaşık 1.150 ışık yılı uzaklıkta, Anka (Phoenix) takımyıldızında bulunan gaz devi bir gezegen. Gezegen, Jüpiter’in yarısından daha düşük kütleye ve 1.2 kat daha büyük bir çapa sahip. Güneş sistemimizdeki gaz devi gezegenlerle karşılaştırdığımızda WASP-96 b’nin çok daha rüzgârlı bir gezegen olduğunu görüyoruz.

Büyük boyutu, kısa yörünge süresi, rüzgârlı atmosferi ve yakındaki nesnelerden gelen kirletici ışığın olmaması WASP-96 b'yi Webb için ideal bir hedef haline getirdi. Sonuç olarak Webb, gezegen yıldız boyunca hareket ederken WASP-96 sisteminden gelen ışığı 6.4 saat boyunca ölçtü. Ortaya ise gezegen önünden geçerken yıldızın ışık kaybını gösteren bir ışık eğrisi ve gezegendeki gazların bileşenlerini tespit etmeye yardımcı olan iletim tayfı çıktı. Bu yöntem, ötegezegen keşif teknikleri arasında geçiş yöntemi olarak biliniyor.

Bilim insanları Webb’den elde edilen veriler kapsamında gezegenin atmosferinde suyun varlığının belirgin bir imzasını da buldu. Binlerce ötegezegeni TESS uydusu ile zaten daha önce bulmuştuk. Aynı uydu ile su barındıran ötegezegen keşiflerine de imza attık. Peki Webb bunlardan farklı olarak bu tayf ile bize hangi bilgileri sunmuş oldu? İşte bu kısımda James Webb Uzay Teleskobunun "enler teleskobu" olduğunu söylemek gerekiyor.

Webb tarafından alınan WASP-96 b’nin tayfı, bugüne kadar yakalanan bir ötegezegen atmosferinin en ayrıntılı yakın kızılötesi iletim tayfı olma özelliğine sahip. Aynı zamanda görünür kırmızı ışık ve daha önce diğer teleskoplardan erişilemeyen tayfın bir kısmı (1.6 mikrondan daha uzun dalga boyları) dahil olmak üzere oldukça geniş bir dalga boyu aralığını da kapsıyor. Tayfın bu kısmının gözlemlenebilmesi kritik bir değer taşıyor. Çünkü bu kısım ötegezegenlerde su, oksijen, metan ve karbondioksitin belirlenebilmesi için oldukça önemli.

Bilim insanları atmosferdeki su buharı miktarını ölçmek, karbon ve oksijen gibi çeşitli elementlerin bolluğunu tespit etmek ve atmosfer sıcaklığını tahmin etmek için tayfı kullanabilecekler. Böylece bu bilgilerle gezegenin genel yapısı, gezegenin nasıl, ne zaman ve nerede oluştuğu hakkında çıkarımlarda bulunabilecekler. Yani James Webb Uzay Teleskobu sadece evrene ait anlayışımızı değil aynı zamanda evrendeki yaşam kavramına olan bakış açımızı da genişletecek.

Güney Halka Bulutsusu (NGC 3132)

James Webb Uzay Teleskobu'nun paylaştığı diğer bir fotoğraf ise bir gezegenimsi bulutsu (nebula) fotoğrafı... Gezegenimsi bulutsular, ölmekte olan yıldızlardan çıkan gaz ve toz kabuklarıdır.

Güney Halka Bulutsusu'nu daha önce Hubble Uzay Teleskobu ile gözlemleyebilmiştik. Ancak çok önemli bir detayı Webb sayesinde öğrenebildik: Merkezde bulunan ikinci yıldızın varlığı!

Webb’in gönderdiği bu görüntüde, iki yıldızın bir yörüngede birbirleri etrafında dolandıklarını rahatlıkla görebiliyoruz. NIRCam’den alınan görüntüde yıldızlar ve bu yıldızların ışık katmanları öne çıkarken, MIRI’dan alınan görüntü ilk kez ikinci yıldızın tozla çevrili olduğunu gösteriyor. Merkezdeki daha sönük olan yıldız zaten binlerce yıldır her yöne gaz ve toz yayıyordu. James Webb Uzay Teleskobu, ilk kez bu yıldızın toz içinde gizlendiğini ortaya çıkardı.

Bir diğer önemli ayrıntı daha parlak olan yıldızın, evriminin daha erken bir aşamasında olması. Yani ileride parlak yıldız da ömrünün sonuna gelecek ve gezegenimsi bir bulutsu yaratacak. Tabi bu, parlak yıldızın bulutsuya hiçbir etkisi olmadığı anlamına gelmiyor. Yıldızlar birbirleri etrafında dolandıkça etkilenen gaz ve toz, bulutsuda asimetrik şekillerin oluşmasına sebep oluyor.

Gördüğümüz her bir kabuk, sönük yıldızın kütlesinin bir kısmını kaybettiği bir dönemi temsil ediyor. Görüntünün dış bölgelerine doğru en geniş gaz kabuklarının daha önceden püskürtüldüğünü anlayabiliyoruz. Yıldıza en yakın olanlar en yeni oluşan kısımlar. Bu fırlatmaların izini sürmek, araştırmacıların sistemin geçmişini anlamalarına olanak tanıyor.

Karina Bulutsusu (Carina Nebula)

Webb’in gözlemlediği en muhteşem ve en dikkat çeken görüntülerden biri de Karina Bulutsusu. Karina Bulutsusu, aslında çalkantılı bir gaz ve toz bulutu ve yaklaşık 7.600 ışık yılı uzaklıkta. Burası, Samanyolu'nun en sıcak ve en büyük yıldızlarından bazılarının doğum yeri ve mezarlığı...

Webb'in Karina Bulutsusu'ndaki "kozmik uçurumlara" bakışı, daha önce gizlenmiş olan yıldız oluşumunun en erken ve hızlı evrelerini ortaya çıkarıyor. Karina'daki bu yıldız oluşum bölgesine ve buna benzer diğer bölgelere bakan Webb, yeni oluşan yıldızları görebilir ve onları oluşturan gaz ve tozu inceleyebilir. NGC 3324 olarak adlandırılan bu yıldız oluşum bölgesi, Karina Bulutsusu'nun küçük bir bölümü gibi görünebilir. Ancak bu sizi yanıltmasın çünkü görüntüdeki en yüksek tepeler yaklaşık 7 ışık yılı yüksekliğinde!

Webb bu görüntüyle birlikte daha önce görünmeyen yıldız doğum alanlarını ilk kez ortaya koymuş oldu. Normalde yıldız oluşumunun en erken aşamalarındaki nesneleri yakalamak oldukça zordur. Ancak Webb'in uzamsal çözünürlüğü ve görüntüleme yeteneği, görüntülemesi zor kısımları dâhi net biçimde gösteriyor. Webb yıldız oluşumunun devasa gaz ve toz bulutlarının evrimi üzerindeki etkisini ortaya çıkaracak. Şiddetli rüzgarları ve yüksek enerjileriyle büyük kütleli yıldızların etkisi genellikle belirgin olsa da çok sayıdaki düşük kütleli yıldızların etkisi hakkında hâlâ her şeyi bilmiyoruz.

Stephan Beşlisi Galaksi Kümesi (Stephan's Quintet)

Webb’in gönderdiği sıradaki görüntü çok daha heyecan verici, çünkü evrendeki en akıl almaz güçler olan kara delikler ve galaksi birleşmeleri hakkında pek çok ipucu içeriyor.

Stephan Beşlisi bir galaksi grubu ve James Webb Teleskobu, bu grubu daha önce hiç olmadığı kadar ayrıntılı bir şekilde gözler önüne serdi. Aynı zamanda görüntü Webb’in bugüne kadar yayımlamış olduğu en büyük görsellerden birisi, öyle ki Ay’ın çapının yaklaşık beşte birini kaplayabilir. 150 milyon piksel içeriyor ve 1000 ayrı görüntü dosyasından oluşuyor. Stephan Beşlisi’nin bu harika fotoğrafı aynı zamanda galaktik birleşimlerin erken evrende galaksi evrimini nasıl yönlendirmiş olabileceğine dair inanılmaz bilgiler taşıyor.

Stephan Beşlisi her ne kadar beşli olarak adlandırılsa da aslında galaksilerin sadece dört tanesi gerçek anlamda birbirine yakın. En solda yer alan NGC 7320 adlı galaksi diğerlerine kıyasla oldukça ön planda kalıyor. NGC 7320, Dünya'dan 40 milyon ışık yılı uzaklıkta yer alırken, diğer dört gökada (NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B ve NGC 7319) yaklaşık 290 milyon ışık yılı uzaklıkta yer alıyor. Kozmik açıdan baktığımızda aslında bir hayli yakında bulunuyorlar.

Gök bilimciler bu fotoğraf sayesinde galaksi evrimini, galaktik birleşmeler ve etkileşimler ışığında çok daha yakından inceleyebilecekler. Etkileşim halindeki bu galaksilerin birbirleri içerisindeki yıldız oluşumunu nasıl etkiledikleri ve galaksi içerisindeki gazın davranışı oldukça kilit bir konuydu. Ancak ilk defa Webb sayesinde bu kadar ayrıntılı biçimde gözler önüne serilmiş oldu.

Stephan Beşlisi gibi galaksi grupları, erken evrende çok daha yaygın olabilir. Özellikle bu tür galaksi gruplarından dışarıya atılan, oldukça ısınan madde kuasar adı verilen inanılmaz güçlü kara delikleri de beslemiş olabilir. Bugün bile, NGC 7319 süper kütleli bir kara delikten meydana gelen aktif bir çekirdeğe sahip. Bu kara delik sürekli olarak maddeyi kendine doğru çekiyor ve 40 milyar Güneş’e eş değer ışık enerjisi yayıyor. İşte Webb, bu kara deliği çevreleyen gazı ve tozu güçlü ekipmanları sayesinde aşabildi ve kara deliğin yakınındaki sıcak gazların ortaya çıkmasını sağladı. Dolayısıyla bu gibi kara deliklerin etraflarındaki gazın bileşenlerini tespit etmeye başladık bile.

James Webb Uzay Teleskobu'nun gönderdiği sadece bu 5 fotoğraftan binlerce makale ve binlerce keşif elde etme potansiyeli var. Bu, James Webb Uzay Teleskobu ile astronomi biliminde yeni bir çağın başladığı anlamına geliyor. Evrene bakış açımız sonsuza dek değişecek, gelişecek ve hiç olmadığı kadar enginleşecek. En güzel tarafıysa burada anlattıklarımızın tümünün sadece bir başlangıç olması... Bilimle kalın!

Yazar: Asya Demirkol
Editör: Kemal Cihat Toprakçı

Kaynaklar ve Referanslar:

1. First images from Webb Telescope Reveal unseen universe. ESA. Retrieved July 16, 2022, from https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/First_images_from_Webb_telescope_reveal_unseen_Universe
2. Jenner, L. (2021, October 5). 'double' galaxy mystifies Hubble astronomers. NASA. Retrieved July 16, 2022, from https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/double-galaxy-mystifies-hubble-astronomers
3. Webb's first deep field (Miri and NIRCAM images side by side). WebbTelescope.org. Retrieved July 16, 2022, from https://webbtelescope.org/contents/media/images/2022/035/01G7DDDR3P8ZW10HD8MKXGV8MJ
4. Dodson, G. (2022, July 12). NASA reveals Webb telescope's first images of Unseen Universe. NASA. Retrieved July 16, 2022, from https://www.nasa.gov/press-release/nasa-reveals-webb-telescope-s-first-images-of-unseen-universe
5. Garner, R. (2022, July 11). NASA's Webb reveals steamy atmosphere of distant planet in detail. NASA. Retrieved July 16, 2022, from https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/2022/nasa-s-webb-reveals-steamy-atmosphere-of-distant-planet-in-detail
6. Webb reveals "Cosmic cliffs" – a glittering landscape of star birth. ESA. (n.d.). Retrieved July 16, 2022, from https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/Webb_reveals_Cosmic_Cliffs_a_glittering_landscape_of_star_birth
7. Webb sheds light on Galaxy Evolution, black holes. ESA. (n.d.). Retrieved July 16, 2022, from https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/Webb_sheds_light_on_galaxy_evolution_black_holes