2021’deki Noel yemeğinin ardından ailemiz, NASA’nın 10 milyar ABD doları (15 milyar AU $) değerindeki James Webb Uzay Teleskobu’nun heyecan verici fırlatılışını televizyon karşısında izledi. Hubble’ın 1990’da fırlatılmasından bu yana teleskop teknolojisinde bu kadar ilerleme kaydedilmemişti.
Dağıtıma giderken Webb’in 344 potansiyel başarısızlık noktasını başarıyla aşması gerekiyordu. Neyse ki lansman beklenenden daha iyi geçti ve sonunda yeniden nefes alabildik.
Altı ay sonra Webb’in şimdiye kadar görülen en uzak galaksilere ait ilk görüntüleri ortaya çıktı. Ancak Avustralya’daki ekibimiz için iş daha yeni başlıyordu.
Açıklık maskeleme interferometresi veya kısaca AMI olarak adlandırılan Webb’in en yüksek çözünürlüklü modunu kullanıyor olacağız. Teleskobun kameralarından birine yerleşerek çözünürlüğü artıran, hassas bir şekilde işlenmiş küçük bir metal parçasıdır.
AMI’yi titizlikle test etmeye ve geliştirmeye yönelik sonuçlarımız artık açık erişim arşivinde yayınlandı arXiv bir çift kağıtta. Sonunda yıldızlara, gezegenlere, aylara ve hatta kara delik jetlerine ilişkin ilk başarılı gözlemlerini sunabiliyoruz.
Bir milyon kilometre uzaktaki bir enstrümanla çalışmak
Hubble hayatına odağın dışında görerek başladı; aynası hassas fakat yanlış bir şekilde yerleştirilmişti. Bilinen yıldızlara bakarak ve ideal ve ölçülen görüntüleri karşılaştırarak (tıpkı optometristlerin yaptığı gibi), bu optik hata için bir “reçete” bulmak ve bunu telafi edecek bir lens tasarlamak mümkündü.
Düzeltme, yeni optikleri takmak için 1993 yılında yedi astronotun Uzay Mekiği Endeavor’da uçmasını gerektirdi. Hubble, Dünya’nın yüzeyinden sadece birkaç yüz kilometre yüksekte yörüngede dönüyor ve astronotlar tarafından ulaşılabilir.
Buna karşılık Webb yaklaşık 1,5 milyon kilometre uzakta; onu ziyaret edip bakım yapamıyoruz ve herhangi bir donanımı değiştirmeden sorunları çözebilmemiz gerekiyor.
AMI burada devreye giriyor. Bu, gökbilimci Peter Tuthill tarafından tasarlanan, gemideki tek Avustralya donanımıdır.
Görüntülerindeki herhangi bir bulanıklığı teşhis etmek ve ölçmek için Webb’e verildi. Webb’in 18 altıgen birincil aynasındaki ve birçok iç yüzeyindeki nanometrelik bozulma bile, hassasiyet ve çözünürlüğün önemli olduğu gezegenler veya kara deliklerin incelenmesini engelleyecek kadar görüntüleri bulanıklaştıracaktır.
AMI, herhangi bir optik yanlış hizalama olup olmadığının anlaşılmasını çok daha kolay hale getirmek için basit bir metal plakadaki dikkatlice yapılandırılmış deliklerle ışığı filtreler.
Bulanık pikselleri avlama
Bu modu gezegenlerin doğum yerlerini ve kara deliklerin içine çekilen maddeleri gözlemlemek için kullanmak istedik. Ancak tüm bunlardan önce AMI, Webb’in tam olarak umulduğu gibi çalışmadığını gösterdi.
Çok iyi çözünürlükte (tek tek piksel düzeyinde), elektronik etki nedeniyle tüm görüntüler biraz bulanıktı: daha parlak pikseller daha karanlık komşularına sızıyordu.
Bu bir hata ya da kusur değil, kızılötesi kameraların temel bir özelliğidir ve Webb için beklenmedik derecede ciddi olduğu ortaya çıkmıştır.
Bu, birkaç piksel uzaklıktaki yıldızlarından binlerce kat daha sönük olan uzak gezegenleri görme açısından anlaşmayı bozan bir durumdu: meslektaşlarım, sınırlarının umulandan on kat daha kötü olduğunu hemen gösterdi.
Biz de bunu düzeltmek için yola çıktık.
Webb’in vizyonunu nasıl keskinleştirdik?
Sidney Üniversitesi Ph.D. tarafından yürütülen yeni bir makalede. Öğrenci Louis Desdoigts ile birlikte, optik ve elektronik bozulmaları aynı anda öğrenip düzeltmek için AMI ile yıldızlara baktık.
AMI’nin optik fiziğini simüle etmek için aynaların ve açıklıkların şekilleri ve yıldızların renkleri hakkında esneklik sağlayan bir bilgisayar modeli oluşturduk.
Elektroniği “etkili bir dedektör modeli” ile temsil etmek için bunu bir makine öğrenme modeline bağladık; burada yalnızca verileri ne kadar iyi yeniden üretebildiğiyle ilgileniyoruz, nedenini değil.
Bazı test yıldızları üzerinde eğitim ve doğrulama sonrasında bu kurulum, diğer verilerdeki bulanıklığı hesaplamamıza ve geri almamıza olanak tanıyarak AMI’yi tam işlevine geri döndürdü. Webb’in uzayda yaptıklarını değiştirmez, bunun yerine verileri işleme sırasında düzeltir.
Harika bir şekilde çalıştı; HD 206893 yıldızı soluk bir gezegene ve bilinen en kırmızı kahverengi cüceye (bir yıldız ile gezegen arasındaki bir nesne) ev sahipliği yapıyor. Bu düzeltmeyi uygulamadan önce biliniyorlardı ancak Webb’e ulaşamıyorlardı. Artık sistemin yeni haritalarında her iki küçük nokta da açıkça ortaya çıktı.
Bu düzeltme, bilinmeyen gezegenleri önceden imkansız çözünürlüklerde ve hassasiyetlerde araştırmak için AMI’nın kullanılmasının kapısını açtı.
Sadece noktalarda çalışmıyor
Sidney Üniversitesi Ph.D.’nin tamamlayıcı makalesinde. öğrenci Max Charles, bunu yalnızca noktalara bakmak için değil (bu noktalar gezegen olsa bile) Webb ile yapılan en yüksek çözünürlükte karmaşık görüntüler oluşturmak için de uyguladık. Teleskobun sınırlarını zorlayan, iyi çalışılmış hedefleri yeniden ziyaret ederek performansını test ettik.
Yeni düzeltmeyle, Jüpiter’in uydusu Io’yu odağa aldık ve bir saatlik bir zaman aralığı boyunca dönüşü sırasında yanardağlarını net bir şekilde takip ettik.
AMI tarafından görüldüğü gibi, NGC 1068 galaksisinin merkezindeki kara delikten fırlatılan jet, çok daha büyük teleskoplardan alınan görüntülerle yakından eşleşiyor.
Son olarak AMI, muhteşem Apep sisteminin zayıf kuzeni olan WR 137 adı verilen bir çift yıldızın etrafındaki toz şeridini teoriyle uyumlu bir şekilde keskin bir şekilde çözebilir.
AMI için oluşturulan kod, Webb ve onun devamı olan Roma uzay teleskopundaki çok daha karmaşık kameralar için bir demodur. Bu araçlar o kadar ince bir optik kalibrasyon gerektirir ki, bu, bilinen herhangi bir malzemenin kapasitesinin ötesinde, bir nanometrenin sadece bir kısmı kadardır.
Çalışmalarımız gösteriyor ki, eğer çalışmak zorunda olduğumuz malzemeleri ölçebilir, kontrol edebilir ve düzeltebilirsek, galaksimizin en uzak noktalarında Dünya benzeri gezegenler bulmayı hâlâ umut edebiliriz.
