Gökbilimciler, James Webb Verilerindeki Gezegen Sinyallerini Yanlış Yorumlama Riskiyle Karşı Karşıya!

NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu, Evren'i olağanüstü ve benzeri görülmemiş bir netlikle gözler önüne seriyor. Gözlemevinin ultra keskin kızılötesi görüşü, kozmik tozu yarıp geçerek Evren'in en eski yapılarından bazılarına ışık tuttu. Bu yapılar arasında, yüz milyonlarca ışık yılı uzaklıkta uzanan, önceden gizli olan moleküler bulutlar ve dönen galaksiler yer aldı.

Webb, Evren'de hiç olmadığı kadar uzağı görmenin yanı sıra, Samanyolu'nda keşfedilen 5,000 gezegenden bazıları gibi kendi galaksimizdeki nesnelerin de en kapsamlı görüntüsünü yakalayacak. Astronomlar, bu yakındaki gezegenlerin bazılarını çevreleyen atmosferleri çözümlemek için teleskopun ışık ayrıştırma hassasiyetinden yararlanıyorlar. Atmosferlerinin özellikleri, bir gezegenin nasıl oluştuğuna ve yaşam belirtisi bulundurup bulundurmadığına dair ipuçları verebilir.

Ancak yeni bir MIT çalışması, astronomların ışık bazlı işaretleri çözümlemek için genellikle kullandıkları araçların, yeni teleskopun verilerini doğru bir şekilde yorumlayacak kadar iyi olmayabileceğini öne sürüyor. Araştırmacılara göre, özellikle maddenin özelliklerinin bir işlevi olarak ışığın madde ile nasıl etkileşime geçtiğini modelleyen araçlar olan donukluk (İng: "opacity") modelleri, Webb'in verilerinin hassasiyetine uymak için önemli ölçüde yeniden ayarlama gerektirebilir.

Peki ya bu modeller düzeltilmezse? Araştırmacılar; sıcaklık, basınç, ögesel bileşim gibi gezegen atmosferi özelliklerinin büyüklük sırasına göre açığa çıktığını tahmin ediyorlar. MIT Dünya, Atmosfer ve Gezegen Bilimi (EAPS) bölümü öğretim üyesi ve çalışmanın yardımcı lideri Julien de Wit şöyle söylüyor:

Su gibi bir bileşiğin 5 derecede bulunması ile 25 derecede bulunması arasında bilimsel açıdan önemli bir fark var. Güncel modeller bunları ayırt edemiyor.

EAPS'tan Prajwal Niraula şunları ekliyor:

Şu anda spektral bilgiyi çözmek için kullandığımız model, James Webb teleskobundan aldığımız verilerin hassasiyeti ve kalitesiyle aynı düzeyde değil. Kendimizi geliştirip donukluk problemini beraber çözmemiz gerekiyor.

Seviye Atlamak!

Donukluk (veya "opasite"), fotonların bir malzemeden ne kadar kolay geçtiğinin bir ölçüsüdür. Belli dalga boylarındaki fotonlar; bir materyalden doğrudan geçebilir, emilebilir veya geri yansıtılabilir. Hangisinin olacağı, fotonların materyalin içerisindeki belirli moleküller ile nasıl etkileşime geçtiğine bağlıdır. Bu etkileşim aynı zamanda, materyalin sıcaklığına ve basıncına da bağlıdır.

Donukluk modeli, ışığın maddeyle nasıl etkileşime girdiğine dair varsayımlar temelinde çalışıyor. Astronomlar, materyalin yaydığı ışık spektrumu göz önüne alındığında, bir materyalin belirli özelliklerini türetmek için donukluk modellerini kullanıyor. Öte gezegen bağlamında donukluk modeli, bir teleskopun yakaladığı gezegenden gelen ışığa dayanarak, bir gezegenin atmosferindeki kimyasalların türünü ve bolluğunu çözebilir.

De Wit, klasik bir dil çeviri aracına benzettiği son teknoloji donukluk modelinin, Hubble Uzay Teleskobu gibi araçlar tarafından alınan spektral verileri çözümleme konusunda iyi bir iş çıkardığını söylüyor. Wit şunları da ekliyor:

Şimdiye kadar bu 'Rosetta Stone' iyi iş görüyor. Ama şimdi Webb'in hassasiyetinde bir sonraki aşamaya geçtiğimize göre, çeviri sürecimiz bir gezegenin yaşanabilir olup olmaması gibi önemli incelikleri yakalamamızı engelleyecek.

Hafif ve Rahatsız!

Wit ve iş arkadaşları, en yaygın kullanılan donukluk modelini teste tabi tuttukları çalışmalarında buna değiniyorlar. Ekip, ışık ve maddenin nasıl etkileşime girdiğine dair anlayışımızda belirli sınırlamalar üstlenecek şekilde düzeltilirse modelin hangi atmosferik özellikleri türeteceğine baktı. Araştırmacılar, böyle sekiz adet bozuk model oluşturdu. Sonrasında gerçek versiyon da dahil olmak üzere her bir modeli, sentetik spektrumlarla beslediler. Sentetik spektrumlar, ekip tarafından simüle edilmiş ışık desenleriydi ve James Webb teleskobunun göreceği hassasiyete benzerdi.

Aynı ışık spektrumuna dayanarak her bir bozuk modelin, gezegenin atmosferinin özelliklerine dair geniş kapsamlı tahminler ürettiğini buldular. Analizlerine göre ekip, eğer mevcut donukluk modelleri Webb teleskobundan alınan ışık spektrumlarına uygulanırsa bir hassasiyet duvarına çarpacakları sonucuna vardı. Yani, bir gezegenin atmosfer sıcaklığının 28 derece mi yoksa 326 derece mi olduğunu veya belirli bir gazın atmosferik katmanda %5'lik mi yoksa %6'lık mı yer kapladığını söyleyecek kadar hassas olmayacaklar. Nirula şöyle söylüyor:

Bu fark, gezegen oluşum mekanizmalarını kısıtlamamız ve biyolojik işaretleri güvenilir bir şekilde tanımlamamız için önemli.

Ekip ayrıca, her modelin verilerle iyi bir uyum ürettiğini buldu. Yani bozuk bir model, araştırmacıların yanlış olduğunu bildiği bir kimyasal bileşim üretse bile aynı zamanda bu kimyasal bileşimden, orijinal spektruma yeterince yakın veya ona uyan bir ışık spektrumu da üretiyordu. Wit şöyle açıklıyor:

Hala iyi bir uyum elde etmek için, yanlış bir modelle bile, ince ayar yapılabilecek yeterli parametre bulunduğunu fark ettik. Yani modelinizin yanlış olduğunu ve size söylediklerinin yanlış olduğunu bilemezsiniz.

Wit ve iş arkadaşları, mevcut donukluk modelini nasıl geliştireceklerine dair bazı fikirler öne sürdüler. Fikirler, modellerin ışık ve çeşitli moleküllerin nasıl etkileşime girdiğine dair varsayımlarını iyileştirmek için daha fazla laboratuvar ölçümü ve teorik hesaplama ihtiyacına yönelikti. Ayrıca, disiplinler arası işbirliğine, özellikle de astronomi ve spektroskopi arasındakine odaklanıldı. Niraula şöyle söylüyor:

Işığın ve maddenin nasıl etkileşime girdiğini tam olarak bilseydik çok daha fazla şey yapabilirdik. Dünya'nın koşullarında bunu yeteri kadar iyi biliyoruz. Fakat farklı tipte atmosferlere geçtiğimiz anda işler değişiyor. Kalitesi artan çok fazla veriyi yanlış yorumlama riski alıyoruz.